Исполнительный механизм манипулятора - это много-звеньевой пространственный механизм, который может иметь в общем случае поступательные, вращательные, цилиндрические, сферические и сферические с пальцем кинематические пары. Кинематические схемы незамкнутых цепей манипуляторов и их движущие возможности определяются видом и расположением кинематических пар. Для примера на рис. 15.14 показаны три кинематические цепи [33], применяемых в манипуляторах, содержащие такие кинематические пары: а) три сферические с пальцем б) две цилиндрические и одну сферическую с пальцем в) две сферические с пальцем и одну цилиндрическую. На практике сферические и сферические с пальцем пары вследствие сложности в передаче относительных движений из управляющего механизма на исполнительный заменяют кинематическими соединениями (см. пункт 2.3), состоящие соответственно из трех и двух пар пятого класса с осями пересекаются.

Зависимости от поставленной задачи манипулятор должен обеспечивать разное число степеней свободы восторга. Например, для воспроизведения пространственного движения захвата в общем случае манипулятор должен иметь шесть степеней свободы, которые можно реализовать с помощью семиланкового незамкнутого кинематической цепи с одними вращающимися парами. Если же надо воссоздать пространственную траекторию лишь одной точки захвата, то необходимое число степеней свободы уменьшается до трех, то есть появляются избыточные степени свободы. В этом примере законы изменения трех обобщенных координат определяются из условий воспроизведения заданной траектории, а остальные три - из условия получения оптимальных значений дополнительных критериев: производительности, минимума затрат энергии и т.п..

Следовательно, число степеней свободы манипулятора как многоцелевой системы должно выбираться в соответствии с поставленной задачей, требующей максимальной подвижности восторга. При выполнении других задач - избыточные степени свободы манипулятора позволяют оптимизировать кинематические, динамические, энергетические и другие критерии качества процесса манипулирования. Избыточные (лишние) степени свободы называют также маневренностью манипулятора, под которой понимают их число степеней свободы при неподвижном восторге. Необходимо только иметь в виду, что при заданной траектории одной точки захвата неподвижной надо считать только эту точку. Маневренность - одна из важнейших характеристик манипулятора. Увеличения числа ступеней маневренности манипулятора расширяет возможности при выполнении сложных движений: увеличивает рабочий объем, уменьшает мертвые зоны и расширяет свободу действия оператора при выполнении движений с объектом манипулирования в несвободном рабочем объеме или в стесненных условиях.

Механический манипулятор (рис. 15.15, a) имеет шесть степеней свободы, но при неподвижном восторге он имеет степень свободы, а следовательно, и маневренность, равный нулю, и превращается в ферму. Манипулятор "Mastott И" (рис. 15.15, б), имеет шесть степеней свободы, при закрепленном восторге также теряет всякую подвижность, превращаясь в ферму. Однако этот манипулятор характеризуется тем, что одному и тому же положению его недвижимого захвата отвечают два различных положения звеньев, то есть он может образовывать две различные фермы (одно из положений показано штриховыми линиями). Это дает возможность оператору обходить некоторые препятствия в рабочей зоне. Манипулятор "Рука" (рис. 15.15, в), кинематическая схема которого модулирует руки человека, имеет одну ступень маневренности, вследствие чего он имеет большие возможности для выполнения сложных движений. Манипулятор "Жук" (рис. 15.15, г) имеет девять ступеней маневренности, что позволяет ему выполнять все классы движений и нормально работать в сложных условиях.

После выбора степеней свободы манипулятора устанавливают возможные варианты его структурной схемы, которые различаются числом звеньев и кинематических пар различной подвижности (класса) и их расположением. Число этих вариантов значительное. Например, уже для манипулятора с тремя степенями свободы, если применять только вращающиеся и поступательные пары, получаем восемь возможных комбинаций расположения этих пар. При структурном синтезе манипуляторов с шести или более степенями свободы все возможные варианты можно получить лишь с помощью ЭВМ.

Для сравнения вариантов структурной схемы манипулятора, кроме степени маневренности, используются еще другие характеристики манипуляторов, раскрывающие возможности и удобства выполнения различных типовых операций, для которых предназначен манипулятор. Такими характеристиками являются рабочий объем, зона обслуживания, угол и коэффициент сервиса.


Загрузка...

Яндекс.Метрика Google+