|
|
При изучении классификации
промышленных роботов давалась краткая характеристика базовой системы
координат применительно к промышленным роботам, рассмотрим это понятие более
подробно.
Степени подвижности звеньев манипуляционной системы,
обеспечивающие перенос объекта манипулирования в пространстве, реализуются в
виде поступательных или вращательных движений относительно осей
соответствующих кинематических пар. Величины перемещения звеньев (координаты
их положений) определяются по отношению к этим осям и измеряются в линейных
(м) либо угловых (рад., град.)единицах. Таким образом, оси кинематических пар
МС являются осями координат, по которым реализуются (программируются)
движения звеньев МС. В совокупности эти оси образуют некоторую, так
называемую базовую, систему координат, в которой целесообразно описывать
переносные движения звеньев МС.
Виды кинематических пар (поступательные или вращательные),
использованные в данной МС, последовательность их расположения по
кинематической цепи и взаимное расположение осей соседних пар в пространстве
(перпендикулярное, параллельное или под произвольным углом) однозначно
определяют базовую систему координат и соответствующую ей структурную схему
МС. В свою очередь, от вида базовой системы координат зависят не только форма
и объем рабочей зоны, но и возможности манипуляционной системы робота.
Для краткого описания структурных схем МС, характеризующих
базовые системы координат, примем следующие условные обозначения,
определяющие вид и взаимное расположение в пространстве кинематических пар
звеньев: П, В - поступательная и вращательная кинематические пары
соответственно; 1, II - перпендикулярное и параллельное взаимные расположения
осей соседних кинематических пар.
С использованием этих обозначений структурная схема МС,
представленная на 4.3, описывается как В II П 1 П II В 1 В, т.е. первая
кинематическая пара, если нумерацию пар вести по кинематической цепи МС от
основания к захвату, - вращательная, ось второй поступательной пары
параллельна оси первой, ось третьей поступательной пары перпендикулярна ко
второй и т. д.
Для большинства промышленных роботов применяют МС с тремя
переносными степенями подвижности, или с тремя кинематическими парами.
Структурные схемы таких МС должны обеспечивать для ПР объемную рабочую зону.
В принципе при использовании любого сочетания видов пар ППП, ВПП, ВВП, ВВВ -
такое требование выполняется, однако при условии определенного взаимного
расположения осей пар. Так, если структурную схему В 1 В 1П () с объемной
рабочей зоной трансформировать в схему В II В 1П, то в результате получим МС
с плоской рабочей зоной.
При выборе структурной схемы МС для конкретного робота,
помимо реализации требуемой формы рабочей зоны, учитываются особенности
обслуживаемого технологического процесса и условия среды функционирования
робота; возможность достижения требуемых траекторий движения и точности
установки (позиционирования) рабочего органа; необходимость получения
простой, технологичной и надежной конструкции манипулятора, а также ряд
других требований эксплуатационного и экономического характера.
Из числа многих возможных структурных схем МС широкое
практическое применение в конструкциях современных промышленных роботов нашли
пока лишь 6-8 схем. Среди наиболее распространенных базовых систем координат
МС с тремя переносными степенями подвижности отметим следующие ( 4.6).
Схема П 1 П 1 П ( 4.6,а) обеспечивает реализацию трех
поступательных степеней подвижности в трех взаимно перпендикулярных
направлениях. Положение захватного устройства (точка М) в пространстве
определяется линейными координатами х, у, z, что соответствует прямоугольной,
или Декартовой, базовой системе координат. Форма рабочей зоны -
параллелепипед. Основные достоинства схемы - простота программирования и
возможность точного позиционирования рабочего органа, что обусловливает применение
роботов с такими МС для высокоточных процессов сборки и обработки изделий. К
недостатку следует отнести большое пространство, занимаемое роботом при
относительно малом объеме рабочей зоны.
Схема В II П 1 П ( 4.6, б) реализует одну вращательную и
две поступательные степени подвижности. Положение захватного органа
определяется угловой координатой ос и двумя линейными -риг, что образует
цилиндрическую базовую систему координат. Соответствующая форма рабочей зоны
- пустотелый цилиндр или часть era По сравнению с предыдущей схема с
цилиндрической базовой системой координат обеспечивает значительно больший
объем рабочей зоны при одинаковой величине поступательных перемещений.
Недостаток, присущий и предыдущей схеме, - в существенном увеличении размеров
робота по вертикали рабочей зоны, что при больших размерах последней приводит
к утяжелению манипулятора.
Схема В 1 В 1 П ( 4.6, в) обеспечивает перемещение звеньев
по двум вращательным степеням подвижности (ротация относительно вертикальной
оси и сгиб в вертикальной плоскости) и одной поступательной. Положение
рабочего органа в пространстве определяется двумя угловыми координатами а и 3
и одной линейной - р, что в совокупности образует сферическую, или полярную,
базовую систему координат. Форма рабочей зоны - часть пустотельного шара.
Существенное достоинство схемы в том, что при относительно малой высоте
колонны (первое звено, вращающееся в направлении координаты а) может быть
реализована значительная высота рабочей зоны. Это в немалой степени
определяет универсальность применения роботов с такой структурной схемой МС.
Схема В 1 В II В ( 4.6, г) реализует только вращательные
степени подвижности: одну, создающую ротацию первого звена относительно
вертикальной оси, и две, осуществляющие сгибы последующих звеньев в
вертикальной плоскости относительно двух параллельных горизонтальных осей.
Положение рабочего органа определяется тремя угловыми координатами a, р, у.
Система таких координат называется угловой, или ангулярной сферической, или
сложной сферической, поскольку сложная объемная фигура рабочей зоны может
быть разделена на отдельные элементы сферических поверхностей с различными
радиусами. Достоинство схемы в большой компактности, недостаток - в сложности
управления и трудности реализации конструкции манипулятора из-за
необходимости использования сложных приводов, установки уравновешивающих
устройств и пр.
Схема В II В II П ( 4.6,<3) включает три кинематические
пары с параллельными осями, которые реализуют две вращательные (сгибы в
горизонтальной плоскости) и одну поступательную степени подвижности.
Положение рабочего органа определяют две угловые координаты а и (3 и линейная
координата г. Система из таких координат, при которой сложная объемная фигура
рабочей зоны состоит из отдельных цилиндрических элементов, назвается
ангулярной цилиндрической, или сложной цилиндрической, базовой системой
координат. Как упоминалось выше (см. 3.2), такую схему в зарубежной
литературе называют, используя аббревиатуру, "SCARA". Ее
достоинство в компактности и возможности точного позиционирования захватного
устройства в необходимых положениях.
|