Выбор кинематической схемы манипулятора

От выбора кинематической схемы - структуры “скелета” руки - зависят двигательные возможности робота.

Манипулятор представляет собой открытую кинематическую цепь, элементы которой соединены друг с другом посредством кинематических пар. Как правило, это одноподвижные кинематические пары пятого класса - вращательные либо поступательные. Если кинематическая цепь не содержит внутренних замкнутых контуров, то число кинематических пар определяет число степеней подвижности манипулятора [24].

Звенья кинематической цепи соединены кинематическими парами так, что одно из них крепится к основанию (подвижному или неподвижному), а еще одно несет на себе рабочий орган - схват, или инструмент.

Для выбора кинематической схемы манипулятора осуществим анализ существующих типовых компоновок манипуляторов.

Для перемещения манипулятора в любую точку рабочего пространства требуются три кинематических сочленения. Для обеспечения требуемой ориентации в пространстве рабочего органа требуются дополнительно три кинематических сочленения.

По способу осуществления пространственных перемещений манипулятор относится к одной из четырех основных категорий [10, 25]:

манипулятор с декартовой системой координат, имеющий три поступательных сочленения;

манипулятор с цилиндрической системой координат, имеющий одно вращательное и два поступательных сочленения;

манипулятор со сферической системой координат, имеющий одно поступательное и два вращательных сочленения;

манипулятор с шарнирной системой координат, имеющий три вращательных сочленения.

На рисунке 2.1 представлены типовые компоновки промышленных манипуляторов.

С целью уменьшения стоимости системы управления и увеличения точности управления необходимо оптимально выбрать количество кинематических пар манипулятора.

Рисунок 2.1 Типовые компоновки промышленных манипуляторов

а - манипулятор с декартовой системой координат;

б - манипулятор с цилиндрической системой координат;

в - манипулятор со сферической системой координат;

г - манипулятор с шарнирной системой координат.

Рассмотрим возможные кинематические схемы, обеспечивающие неизменную ориентацию рабочего органа.

Манипулятор с шарнирной системой координат (2.1 (г)) обеспечивает условие вертикальной ориентации рабочего органа в различных точках рабочей зоны благодаря добавлению четвертого вращательного сочленения с осью вращения параллельной осям вращения второго и третьего сочленений. Недостатком является большое количество сочленений, что приведет к усложнению и удорожанию системы управления. Поскольку для рассмотренного технологического процесса требуется только обеспечение вертикальной ориентации, нет необходимости в трех дополнительных сочленениях.

Манипулятор с декартовой системой координат, имеющий три поступательных сочленения (2.1 (а)). Манипуляторы с поступательными сочленениями сложны в изготовлении и получили неширокое распространение. К тому же такой манипулятор занимает больше производственной площади, чем манипуляторы с вращательными сочленениями.

Манипулятор со сферической системой координат (2.1 (в)) не обеспечивает условие вертикальной ориентации рабочего органа в различных точках рабочей зоны.

Манипулятор с цилиндрической системой координат с одной вращательной и двумя поступательными сочленениями (2.1 (б)). Имеет преимущества по сравнению с выше описанными. Он имеет всего три сочленения, из которых только два поступательных. К тому же 60% выпущенных в мире манипуляторов имеют такую кинематическую схему. Таким образом, возможно оснащение существующих манипуляторов разработанной в данном дипломном проекте системой управления.

Статья в тему

Конструкторское проектирование микроконтроллерной системы формирования цифрового кода аналогового сигнала с применением САПР Proteus VSM
Актуальность использования автоматизированного проектирования печатных плат заключается в том, что в настоящее время практически во всех областях деятельности человека, касающихся высокопроизводительного прецизионного оборудования, робототехнических комплексов и вычислительной техники ...