- •Мехатронные и робототехнические системы
- •Введение
- •Глава 1. Предпосылки развития, основные понятия и принципы построения мехатронных устройств
- •Предпосылки развития мехатроники
- •Основные понятия и определения мехатроники
- •Принципы построения, признаки и состав мехатронных систем
- •Глава 2. Применение мехатронных машин
- •2.1. Мобильные мехатронные роботы для инспекции и ремонта подземных трубопроводов
- •2.2. Лазерный робототехнический комплекс
- •2.3. Робототехнический комплекс механообработки
- •2.4. Технологические машины – гексаподы
- •2.5. Транспортные мехатронные средства
- •Глава 3. Структура и принципы интеграции мехатронных систем
- •Глава 4. Проблемы и современные методы управления мехатронными модулями и системами
- •4.1. Принципы построения систем интеллектуального управления в мехатронике
- •4.2. Иерархия управления в мехатронных системах
- •4.3. Системы управления исполнительного уровня
- •4.3.1. Адаптивное регулирование по эталонной модели
- •4.3.2. Нечеткие регуляторы исполнительного уровня
- •4.3.3. Системы управления тактического уровня. Система контурного силового управления технологическим роботом
- •4.3.4. Способы программирования траекторий технологических роботов
- •4.3.5. Интеллектуальные системы управления на основе искусственных нейронных сетей
- •Глава 5. Области применения роботов и робототехнических систем. Классификация промышленных роботов и их технические характеристики
- •5.1. Классификация роботов
- •5.2. Техническая характеристика пр (гост 25378 - 82)
- •Глава 6. Структура, классификация и основы кинематики манипуляционных систем промышленных роботов
- •6.1. Структура манипуляторов промышленных роботов
- •6.2. Переносные и ориентирующие степени подвижности манипулятора
- •6.3. Основы кинематики манипуляторов роботов
- •Положение I-го звена относительно предыдущего (I-1)-го устанавливается с помощью обобщенной координаты qi (рис. 6.6):
- •6.4. Однородные координаты. Матрица перехода 4×4 кинематической пары
- •6.5. Определение ориентации звеньев манипуляторов с использованием углов Эйлера
- •Глава 7. Прямая задача кинематики манипуляторов роботов. Абсолютные скорости и ускорения в манипуляционных системах промышленных роботов
- •7.1. Теоретические вопросы решения прямой задачи
- •7.2. Решение прямой задачи кинематики манипуляторов при позиционном (цикловом) управлении
- •7.3. Определение абсолютных скоростей и ускорений точек и звеньев манипулятора
- •Глава 8. Обратная задача кинематики манипуляторов роботов
- •8.1. Обратная задача кинематики манипуляторов роботов при контурном управлении
- •8.2. Решение обратной задачи кинематики манипуляторов на основе линейной зависимости между абсолютными и обобщенными скоростями (управление по скорости)
- •Глава 9. Динамический синтез и анализ манипуляционных систем промышленных роботов
- •Глава 10. Назначение, состав и классификация робототехнических комплексов
- •10.1. Назначение робототехнических комплексов
- •10.2. Состав и классификация робототехнических комплексов
- •Глава 11. Траектории манипуляторов роботов в составе робототехнических комплексов
- •Компоновка ртк и возможные траектории схвата манипулятора
- •11.2. Анализ местных (частных) траекторий манипулятора
- •11.3. Особенности использования нескольких пр в одном ртк
- •11.4. Межстаночные траектории как функции числа схватов и организации производственной сцены
- •Глава 12. Планирование траекторий схвата манипулятора на основе сплайн – функций
- •12.1. Планирование траекторий при ограниченном числе
- •Опорных точек
- •12.2. Общие случаи планирования траекторий в пространстве обобщенных координат
- •Глава 13. Применение робототизированных технологических комплексов в механообрабатывающем производстве
- •13.1. Требования к технологическим процессам, реализуемым в ртк
- •13.2. Требования к деталям, обрабатываемым в ртк
- •13.3. Требования к технологическому оборудованию, используемому в ртк
- •13.4. Требования к промышленным роботам, включаемым в состав ртк
- •13.5. Требования к вспомогательному и транспортно-накопительному оборудованию, включаемому в ртк
- •13.6. Требования к ртк
- •13.7. Общие характеристики и особенности ртк механообработки
- •Библиографический список
- •Оглавление
5.2. Техническая характеристика пр (гост 25378 - 82)
Техническая характеристика содержит следующие основные показатели:
номинальная грузоподъемность, кг;
тип привода;
число степеней подвижности;
геометрическая характеристика рабочей зоны;
тип системы управления;
максимальная абсолютная погрешность позиционирования, мм;
надежность и др.
Показатели привода:
давление рабочего тела Р, МПа;
расход рабочего тела Q, м3 /с;
напряжение питания U, В;
потребляемая мощность W, Вт.
Показатели степени подвижности:
максимальное перемещение L, , мм, град;
время перемещения t, с;
максимальная скорость V, , м/с, град/с;
максимальное ускорение a, ε, м/с2, град/с2;
максимальная абсолютная погрешность позиционирования , мм.
Показатели устройства управления:
объем памяти;
число одновременно управляемых движений по степеням подвижности;
число каналов связи с внешним оборудованием:
на вход nвх;
на выход nвых.
число программируемых точек:
при прямом ходе – nпр;
при обратном ходе – nобр.
Показатели захватного устройства:
усилия захватывания S, Н;
время захватывания tзахв, с;
время отпускания tотп с;
характерные размеры захватываемого предмета:
максимальный диаметр – dmax, мм;
минимальный диаметр – dmin, мм.
Показатели надежности:
установленная безотказная наработка t, ч (наработка на отказ);
установленный срок службы:
до капитального ремонта Ткап, лет;
до списания Тсп, лет.
Массогабаритные показатели:
масса m, кг;
габаритные размеры L1х L2х L3, мм3.
Глава 6. Структура, классификация и основы кинематики манипуляционных систем промышленных роботов
6.1. Структура манипуляторов промышленных роботов
Манипулятор – это кинематическая цепь, образованная последовательным или последовательно-параллельным соединением тел, называемых кинематическими звеньями, и предназначенная для преобразования движения этих звеньев в требуемое (заданное) движение схвата. При этом кинематические звенья соединяются друг с другом подвижно с помощью кинематических пар.
Кинематическая цепь, образующая манипулятор, имеет два оконечных звена: одно из них будет являться основанием – стойкой (ему присваивается нулевой номер), а другое оконечное звено оснащается схватом. Этому оконечному звену присваивается последний n-й номер, равный при последовательном соединении звеньев числу подвижных звеньев манипулятора.
Дадим определение тем новым терминам, которые уже использованы.
Кинематическое звено – совокупность жестко соединенных друг с другом тел, входящих в состав механизма, в данном случае в состав манипулятора.
Кинематическая пара – подвижное соединение двух кинематических звеньев, допускающее их вполне определенное движение относительно друг друга.
Элементы кинематической пары – поверхности, линии или точки, по которым соприкасаются звенья, образующие данную кинематическую пару.
Кинематическая цепь – это совокупность кинематических звеньев, подвижно соединенных друг с другом с помощью кинематических пар.
Если в кинематической цепи есть кинематические звенья, входящие в одну кинематическую пару, то такая цепь называется разомкнутой, а если же каждое звено входит, как минимум, в две кинематических пары, то это замкнутая кинематическая цепь.
Манипулятор может быть образован как на основе разомкнутой кинематической цепи (рис. 6.1) с последовательным соединением звеньев (антропоморфные человекоподобные роботы) и на основе замкнутой кинематической цепи (рис. 6.2) с последовательно-параллельным соединением звеньев (роботы с параллельной кинематикой, в частности, гексаподы на основе платформы Стюарта).
Итак, манипулятор – это механизм, представляющий собой разомкнутую или замкнутую кинематическую цепь, предназначенную для получения требуемого движения схвата в пространстве.
Рис. 6.2. Манипулятор с параллельной кинематикой
Дадим характеристику кинематическим парам. Именно от характера кинематических пар и от их взаимного расположения в манипуляторе зависят законы преобразования движения.
Кинематические пары, как отмечалось, допускают вполне определенные движения образующих их звеньев относительно друг друга. Эта определенность достигается теми ограничениями, которые создают пары геометрией своих элементов.
Пары классифицируют по классам, номер которого равен числу ограничений (числу условий связи), накладываемых данной парой:
одно ограничение (одно условие связи) – пара I класса;
два ограничения (два условия связи) – пара II класса;
три ограничения (три условия связи) – пара III класса;
четыре ограничения (четыре условия связи) – пара IV класса;
пять ограничений (пять условий связи) – пара V класса (пары пятого класса могут быть поступательными и вращательными).
Поступательная пара
V
класса Вращательная пара
V
класса
Приведем примеры условных обозначений кинематических пар пятого класса как наиболее часто используемых в манипуляторах ПР.
Вращательная пара, соединяющая подвижные звенья
Вращательная пара, соединяющая неподвижное звено (стойку) с подвижным
Поступательная пара, соединяющая подвижные звенья
Поступательная пара, соединяющая неподвижное звено (стойку) с подвижным
Важной характеристикой манипулятора является число степеней его подвижности, число степеней свободы.
Для произвольной кинематической цепи следует использовать формулу Сомова – Малышева.
,
где pi – число кинематических пар i-го класса.
Для манипуляторов с кинематическими парами 5- го класса
.
Например, для манипулятора, представленного на рисунке 6.1:
.
Так как в манипуляторе с последовательной кинематикой каждому подвижному звену соответствует одна кинематическая пара пятого класса, то . Следовательно,или, то есть число степеней подвижности в таких манипуляторах равно числу подвижных звеньев и числу кинематических пар.
Использование в манипуляторах в основном одноподвижных вращательных или поступательных пар 5-го класса связано с тем, что для определенности движения одного звена относительно другого в случае, если они подвижно соединены парой 5-го класса требуется задание одного перемещения (рис. 6.3), что легко реализуется современными двигателями, которые приводят в движение либо вал (электродвигатели), либо шток (пневмо- и гидродвигатели).
Рис. 6.3. Схема расположения приводов на звеньях манипулятора