|
Оснащение манипулятора робота
дополнительно координатными степенями подвижности увеличивает его рабочую
зону, повышает универсальность, расширяет технологические возможности.
Такой робот может обслуживать несколько технологических машин, выполняя,
помимо манипулирования объектами, их транспортирование, что способствует
повышению эффективности его применения. Естественно, что в этом случае
усложняется конструкция механической части и устройства управления,
повышается общая стоимость робота.
В общем виде устройства передвижения могут быть колесными,
шариковыми, гусеничными, на электромагнитной, жидкостной или воздушной
подушках, стопоходящими, прыгающими, т.е. с любым возможным способом
перемещения. Реализация координатных степеней подвижности манипуляторов
промышленных роботов обеспечивается установкой основания манипулятора на
специальную каретку или тележку, перемещающуюся по направляющим обычно в
одном или двух направлениях. Направляющие должны быть достаточно жесткими и
точно расположенными по оси движения каретки, зазоры между поверхностями направляющих
и контактирующими с ними элементами каретки должны быть минимально
возможными. Несоблюдение этих требований снижает точность позиционирования
захватного устройства при перемещении в рабочем пространстве, ухудшает
динамические характеристики робота. В качестве направляющих используются
элементы типа "ласточкин хвост", трубчатые направляющие, напольные
и подвесные рельсы с различной формой поперечного сечения. Для обеспечения
движения каретки (тележки) можно применять все типы приводных устройств,
используемых для прямолинейного перемещения звеньев манипулятора - пневмо- и
гидроцилиндры, электродвигатели в сочетании с зубчато-реечными, винтовыми или
волновыми резьбовыми передачами и др. Используются также приводы от электро-
и гидродвигателей непосредственно на ходовые колеса кареток, устройства с
линейными электродвигателями и т. д.
Выбор типа направляющих и вида приводного устройства для
каретки зависит прежде всего от величин требуемых перемещений по координатным
степеням подвижности, которые следует подразделять на малые - до 0,2 м, средние - до 1- 2 м и большие - до нескольких десятков метров. При малых и средних величинах
перемещений целесообразно использовать жесткие, с хорошо обработанной
поверхностью направляющие типа "ласточкин хвост", трубчатой формы,
шариковые или роликовые, т.е. такие, которые находят применение, например, в
металлорежущих станках. В качестве приводных устройств в этих случаях следует
применять силовые пневмо- или гидроцилиндры, в том числе телескопические,
приводы с реечными или винтовыми
парами, цепной передачи. Для малых перемещений с высокой
требуемой кинематической точностью могут быть рекомендованы передаточные
устройства с волновыми резьбовыми передачами винт-гайка. При малых и средних
перемещениях используется компоновка с так называемым внешним расположением
приводных устройств, когда основные элементы привода (цилиндр, двигатель с
редуктором) закрепляются на неподвижном основании вне каретки, а к раме
каретки присоединяются такие исполнительные элементы, как шток цилиндра,
рейка, винт, ведомая звездочка и др. При такой компоновке упрощается
конструкция каретки, уменьшаются ее масса и габаритные размеры.
При больших перемещениях применяются преимущественно
каретки (тележки) с ходовыми колесами, опирающимися на направляющие в виде
рельсов, привод при этом располагается на каретке. Необходимое усилие для
перемещения каретки обеспечивается трением ободов приводных колес о
поверхность рельсов, в ряде случаев используют реечное зубчатое зацепление,
при котором протяженная зубчатая рейка закрепляется неподвижно на
направляющем рельсе, а зубчатая шестерня привода входит с ней в зацепление.
Конструктивная схема устройства передвижения с большими
перемещениями зависит от места расположения ПР - на полу цеха или на
некоторой высоте. В первом случае на уровне пола устанавливают рельсы, по
которым перемещается каретка. Во втором случае на требуемой высоте (2-3 м и более) устанавливается протяженная балка тавровой, коробчатой или иной формы, вдоль которой
крепятся направляющие рельсы (прямоугольного, трапециевидного или другого
сечения), а при необходимости и элементы, с которыми взаимодействует привод
каретки. Характерным примером подвесной конструкции является устройство
передвижения тельферного типа отечественного транспортного промышленного
робота ТРТ-1-250 ("Спрут-1"), предназначенного для
транспортирования деталей, уложенных в тару (см. 3.4). Робот перемещается по
монорельсовой подвесной дороге с помощью ходовых колес, привод которых
осуществляется от асинхронного электродвигателя через зубчатые передачи,
торможение - с помощью электромагнитного тормоза. Позиционирование ПР по
трассе перемещения производится с помощью двух индукционных датчиков, один из
которых обеспечивает упреждающее отключение электродвигателя, другой - включение
тормоза непосредственно в точке позиционирования. Погрешность при этом
составляет не более ±10 мм.
Рассмотрим схемы некоторых устройств передвижения. На
5.13 показано устройство для перемещения основания 1 манипулятора по
направляющим 2 типа "ласточкин хвост" с помощью телескопического
гидроцилиндра 3, предназначенное для малых и средних величин перемещений.
устройство передвижения в виде четырехколесной тележки 1,
на которой установлено основание 2 манипулятора. Тележка оборудована
электродвигателем 3 с механической передачей 4 и перемещается на ходовых
колесах 5 по рельсам 6.
схема конструкции для передвижения основания 1
манипулятора, прикрепленного к тележке 2, вдоль подвесной балки 3 коробчатого
сечения с помощью электродвигателя 4 с редуктором 5 и зубчато-реечной
передачей 6. Тележка опирается на рельс 7 (с расположенными под углом
плоскостями качения) ходовыми колесами 8; в нижней части для обеспечения
устойчивого положения и восприятия боковых нагрузок установлены боковые ролики
9, взаимодействующие с направляющим рельсом 10.
Определенные конструктивные трудности возникают при
необходимости передвижения робота по поверхности пола или грунта без
направляющих в виде труб, балок, рельсов и др. Необходимость огибания углов и
препятствий, движения по криволинейным траекториям требуют наличия рулевого
механизма, что существенно усложняет конструкцию устройства передвижения. В
таких случаях для обеспечения необходимой маневренности в колесных системах
практически используются три группы методов.
Первая из них заключается в управлении поворотом одного
или двух передних (иногда задних) колес, как это осуществляется в
автомобилях, при этом два других колеса неуправляемы, а используются лишь для
движения платформы вперед или назад. Этот метод не обеспечивает достаточной
маневренности, особенно в условиях загроможденное и ограниченности цехового
пространства, считается трудным для управления или применяется достаточно
редко.
Вторая группа устройства передвижения - с произвольным
независимым управлением поворотом каждого колеса влево или вправо по типу
кресла-каталки - получила широкое распространение в современных промышленных
роботах, благодаря хорошей маневренности и относительно несложной
конструкции. Большинство применяемых на практике колесных мобильных роботов
относятся к этой группе.
Что касается третьей группы устройств передвижения,
обладающих высокой маневренностью и весьма перспективных, способных
перемещаться во всевозможных направлениях за счет использования независимых
приводных колес, то она пока находится на стадии экспериментальных
исследований и испытаний и имеет ряд конструктивных разновидностей. В одной
из таких систем используют два независимых (неповоротных) приводных колеса (
5.17) наряду с одним или несколькими опорными колесами. При вращении обоих
приводных колес в одном направлении с одинаковой скоростью платформа
совершает прямолинейное движение ( 5.17,а). Вращение колес с одинаковыми
скоростями, но в противоположных направлениях ( 5.17,6) обеспечивает вращение
относительно центра, расположенного посередине между приводными колесами.
Если же колеса вращать в одном направлении, но с разными скоростями ( 5.17,
в), то платформа будет двигаться по дуге окружности, радиус которой зависит
от соотношения величин скоростей колес, в сторону колеса, вращающегося с
меньшей скоростью. И, наконец, при вращении колес в противоположных
направлениях с различными скоростями ( 5.17,г) платформа поворачивается
относительно любой точки, расположенной на линии между двумя ведущими
колесами.
С целью уменьшения пространства, требуемого для огибания
углов, применяется разновидность такого устройства передвижения с тремя
независимыми приводными колесами, расположенными в виде равностороннего
треугольника, на окружности обода каждого из которых установлены неприводные
ролики ( 5.18). Колесо может вращаться в прямом или обратном направлениях
относительно своей оси, а сочетание направлений их вращений обеспечивает
маневрирование платформы, при этом наличие неприводных роликов на окружностях
колес облегчает их боковые (поперечные) перемещения, снижает потери на трение
и износ, а трехколесная система улучшает контакт с грунтом, исключает необходимость
специальной подвески.
Конструктивное исполнение, сложность и точность
позиционирования устройств передвижения промышленных роботов в значительной
мере зависят от принципа управления, который может быть реализован с
использованием а) замкнутого по положению привода с постоянным контролем
положения ПР по всему пути его передвижения, б) разомкнутого привода со
ступенчатым регулированием скорости, в) комбинированного привода,
разомкнутого между местами остановок и замкнутого по положению вблизи этих
мест, г) разомкнутого привода с механизмами уточнения положения и фиксации.
Выполнение устройства передвижения по первому' принципу
требует постоянной информации о текущем положении робота Этот способ является
наиболее универсальным, так как позволяет располагать робот в любой точке
трассы передвижения, однако усложняет конструкцию и повышает стоимость ПР.
Устройства передвижения, выполненные по второму принципу,
менее сложны и дороги, но имеют недостаточную точность позиционирования. В
этом случае используется электрический привод, а выход на заданные позиции
осуществляется с помощью одной или нескольких команд на торможение от
устройств релейного действия, установленных на пути движения робота Такой
принцип использован в устройстве передвижения ПР ТРТ-1-250, его также можно
применять" для позиционирования кранов-манипуляторов с жестким подвесом
груза (кранов-штабелеров, колодцевых кранов, кранов для
"раздевания" слитков и др.).
Третий принцип управления передвижением мобильного робота
представляет комбинацию первого и второго. В этом случае датчики положения
подключаются только в районе непосредственного обслуживания технологического
оборудования, и высокая точность и жесткость направляющих элементов требуются
лишь в этих местах трассы, а не на всем ее протяжении. Недостатком способа
является конструктивная сложность осуществления кинематической и
электрической связей с датчиками положения.
Четвертый принцип является модификацией второго. С целью
улучшения точностных характеристик устройств передвижения дополнительно
вводят различные механические устройства фиксации положения (упоры, ловители
и пр.), обеспечивающие высокую точность позиционирования.
Литература [30, 33, 34, 37, 45, 47, 49, 54, 56, 60, 61,
62, 75, 78, 82, 92, 94, 95].
Контрольные вопросы для самопроверки
1. Что понимается под узлом манипулятора, и какие
составные части он включает ?
2. Каковы основные узлы манипулятора, их
назначение и характеристика ?
3. Каковы функциональное назначение и структурная
схема "руки" манипулятора ?
4. Каковы конструктивные особенности отдельных
элементов "руки" манипулятора?
5. Каковы назначение и конструктивные
разновидности ориентирующих механизмов ?
6. Каковы основные схемы и конструктивные
особенности устройств для обеспечения поступательных движений с использованием
пневмо- и гидроцилиндров ?
7. Каковы основные схемы и конструктивные
особенности комбинированных устройств для обеспечения поступательных движений
со значительными величинами перемещений рабочего органа?
8. Каковы основные схемы и конструктивные
особенности устройств для обеспечения вращательных движений с использованием
пневмо- и гидроцилиндров ?
9. Каковы основные схемы и конструктивные
особенности устройств для обеспечения вращательных перемещений от моторов
вращательного движения ?
10. Каковы компоновочные схемы и технологические
возможности манипуляторов, работающих в прямоугольной базовой системе
координат ?
11. Каковы компоновочные схемы и технологические
возможности манипуляторов, работающих в цилиндрической базовой системе
координат ?
12. Каковы компоновочная схема и технологические
возможности манипулятора, работающего в сферической базовой системе координат
?
13. Каковы компоновочная схема и технологические
возможности манипулятора, работающего в угловой системе координат ?
14. Каковы устройство и принцип действия механизмов
манипулятора промышленного робота (пояснить на схеме) ?
15. Каковы назначение и конструктивные особенности
устройств передвижения роботов ?
16. Какрвы конструктивные разновидности устройств
передвижения роботов?
17. Какие методы используются для обеспечения
маневренности колесных устройств передвижения роботов ?
18. Какие принципы применяются для управления
передвижением мобильных промышленных роботов ?
|