Материал: Управление учебным роботом (90
Подвижность манипулятора W - число независимых обобщенных координат однозначно определяющее положение схвата в пространстве.
Маневренность манипулятора М - подвижность манипулятора при зафиксированном (неподвижном) схвате.
Возможность изменения ориентации схвата при размещении его центра в заданной точке зоны обслуживания характеризуется углом сервиса - телесным углом
ψ, который может описать последнее звено манипулятора (звено на котором закреплен схват) при фиксации центра схвата в заданной точке зоны обслуживания.
Структура кинематической цепи манипулятора должна обеспечивать требуемое перемещение объекта в пространстве с заданной ориентацией. Для этого необходимо, чтобы схват манипулятора имел возможность выполнять движения минимум по шести координатам: трем линейным и трем угловым. Рассмотрим на объекте манипулирования точку М, которая совпадает с центром схвата. Положение объекта в неподвижной (базовой) системе координат 0x0y0z0 определяется радиусом-
вектором точки М и ориентацией единичного вектора A с началом в этой точке. В математике положение точки в пространстве задается в одной из трех систем координат:
−прямоугольной декартовой с координатами xM, yM, zM;
−цилиндрической с координатами rsM, ϕM, zM;
−сферической с координатами rM, ϕM, θM.
Ориентация объекта в пространстве задается углами α, β и γ, которые вектор ориентации A образует с осями базовой системы координат. На рисунке 4 дана схема шести подвижного манипулятора с вращательными кинематическими парами с координатами объекта манипулирования.
11
Рисунок 4 - Схема шестиподвижного манипулятора с вращательными КП
При структурном синтезе механизма манипулятора необходимо учитывать следующее:
−кинематические пары манипуляторов снабжаются приводами, включающими двигатели и тормозные устройства, поэтому в схемах манипуляторов обычно используются одноподвижные кинематические пары: вращательные или поступательные;
−необходимо обеспечить не только заданную подвижность свата манипулятора, но и такую ориентацию осей кинематических пар, которая обеспечивала необходимую форму зоны обслуживания, а также простоту и удобство программирования его движений;
−при выборе ориентации кинематических пар необходимо учитывать расположение приводов (на основании или на подвижных звеньях), а также способ уравновешивания сил веса звеньев.
12
При выполнении первого условия кинематические пары с несколькими подвижностями заменяют эквивалентными кинематическими соединениями. Пример такого соединения для сферической пары дан на рисунке 5.
а б
а - сферическая кинематическая пара; б - эквивалентное кинематическое соединение.
Рисунок 5 - Кинематическая пара с несколькими подвижностями и эквивалентное кинематическое соединение
Перемещение схвата в пространстве можно обеспечить, если ориентировать оси первых трех кинематических пар по осям одной из осей координат. При этом выбор системы координат определяет тип «руки» манипулятора и вид его зоны обслуживания. По ГОСТ 25685-83 определены виды систем координат для «руки» манипулятора, которые приведены в таблице 1. Здесь даны примеры структурных схем механизмов соответствующие системам координат. Структурные схемы механизмов «кисти», применяемые в манипуляторах, представлены на рисунке 6. Присоединяя к выходному звену «руки» тот или иной механизм «кисти», можно получить большинство известных структурных схем манипуляторов, которые применяются в реальных промышленных роботах [1].
13
Рисунок 6 – Структурные схемы «кисти» манипуляторов
Таблица 1 - Системы координат «руки» манипулятора
Название системы координат |
Структурная схема |
|
|
1 |
2 |
Прямоугольная (декартова)
Цилиндрическая
14
Продолжение таблицы 1
1 |
2 |
Сферическая
Угловая (ангулярная)
3 Учебный робот
3.1 Назначение робота
Робот предназначен для работы в составе лабораторных стендов. Состоит из следующих составных частей: манипулятора с системой управления; блока питания, кабельной линии связи.
3.2 Технические характеристики робота
Робот имеет четыре степени свободы и работает в ангулярной системе координат. Технические характеристики робота приведены в таблице 2 [2].
15