Роботы

Планетарный механизм

Vania — Sun, 22 May 2011 23:01:01 GMT

Планетарный механизм с воспроизводящее" точкой р. а внешнее зацепление дает эпициклоиды; б. внуреннее дает гипоциклоиды; n=1711 - число циклов циклоиды при )дном обороте кривошипа; к - радиус неподвижной окружности; р - циклоидальная (воспроизводя!!!^) точка. N - рациональное является условием замкг-утос^и кривой. С учетом возможностей$CUT$ идентификации компоновоч- ных структур расчет параметров циклоидальных манипуля- торов достаточно производить для одного из типов компо- нрвк/1. класс циклоидальных кривых получил широкое т. риме нение в технике благодаря то(лу, что ими охватывается ши- рокий спектр других частных кривых, имеющих большое Практическое применение. Они представляют собой траек- тории точек круга, катящегося без скольжения по поверх ности неподвижного круга или неподвижной прямой. Их Свойства и вид описывающего уравнения определяются Характером зацепления и соотношением размеров зубчатых Колес, входящих в зацепление, а также расстоянием ь до Воспроизводящей точки с (рис.31). При внешнем зацепле- 53 и--и будут формироваться эпициклоиды, а при внутреннем - Гипоциклоиды. Иногда непересекающиеся циклоидальные Кривые и кривые, образующие петли, называют трохоида- и-л. с другой стороны такой закон движения охвата можно Получать посредство-1 приводных двигателей двухшарнир- • ной руки в том случае, когда соотношение угловых скоро- стей и направлений вращения звеньев отвечают характеру Зацепления и размерам зубчатых колес, входящих в за- цепление, при воспроизведении одной и той же циклои- дальной криво"!

(рис.32). Рис. 32. Двухшарнирный манипулятор.

Применение тросовых тяг

Vania — Sun, 22 May 2011 23:00:51 GMT

Применение тросовых тяг, ремней (1прм и ттм) или Цепных передач (зрм) позволяет уменьшить инерцион- ность манипуляторов, а также значительно расширить их Рабочие зоны, не вводя паразитные зубчатые колеса, на- пример, как в случае зм компоновок. Очевидно, циклоидальные манипуляторы в шрм ком- поновке можно сопоставить с идентччнгми кинематиче- ски. Ли параметрам ; циклоидальных$CUT$ манипуляторов в зрм Компоновке. При определении параметров циклоидальных манипу- ляторов в зубчатом или зубчато-рычажном исполнении Достаточно геометрические характеристики исполнитель- ного механизма свести к характеристикам базовой двух- шарнирной схемы. В первом с.-учае это легко осуществимо, например, на основе рис.28. В качестве примера идентификации зубчато-рычажной И шарнирно-рычажной компоновок рассмотрим манипуля- тор со схемой, приведенной на рис.26, Для внутреннего зацепления (рис.29) Имеем зависимо- сти: у'=д(к-г1)=-<а1г1; <й1=(й2; ю2г2=<азгз М=-(йз/й=(г1-к)г1,г2гз; м<0. где д - угловая скорость водила. Траектории будут гипоциклс ядами. . "51 Рис.28. Схема для Идентификации параметром Манипулятора Рис.29 Внутреннее Зацепление (зубчато- рычажная компоновка) рис.30 Внешнее Зацепление Для внешнего зацепления (рис.30) Имеем зависимости: у^о^й-го—е)!!-!; <й;=<й2; <в2г2=<йз'"э n=0^з/д=(^1-к)^1.^2гз., М<0. траектории - эпициклоиды. Конкретный вид траектории определяется характером Зацепления, длиной водила и размерами зубчатых колес. Здесь имеют-я с"щ? ственно ограниченные возможности Перенастройки. 52 Рис.31.

Компоновочные структуры

Vania — Sun, 22 May 2011 23:00:42 GMT

компоновочные структуры Циклоидальных манипуляторов И тохноолсгия траекторий схвата У щ клоидальных манипуляторов ведущее звено со- вершает непрерывное вращение в одном направлении, а остальны его звенья совершают кратные отно- шению к нему вращения, и в определенных конфигурациях Кон. Ц выходного звена (полюс охвата) на мгновения может Оказаться неподвижным. Их применение возможно: • с использованием всей шатунной траектории (аналог Контур ;ого управления); • с использованием$CUT$ вышеуказанных симметричных Опорных местоположений полюса охвата - "зоны выстоя"; • с использованием получаемых геометрических кри- вых для машинного нанесения орнаментов на плоских по- верхностях. Наиболее приемлемы для практического применения Циклоидальные манипуляторы с двумя степенями подвиж ности. Кроме конструктивного исполнения манипуляторов, на Основе планетаргчх - зубчатых механизмов (зм) и на ос нове шарнирно-рычажных механизмов (шрм), возможны Компоновк.. V основе зубчато-рычажных механизмов (Зрм) и механизмов с тросовыми тягами птм). наибольшими функциональными - озможностями обла- дают манипулятора с шрм с компоновкой при наличии Соотг.

ггс.^ующь-. су в сил;, прог^амм.-Той пере-.астраивае- 50 мости. В этой компоновке приводные устройства размеще- ны вблизи осей сочленения звеньев и этим самым увеличи- вается инерционность манипулятора.

Остальные варианты Исполнения характеризуются наличием жесткого механиче- ского управления, возможностью использования только Одного приводного двигателя, надежностью, небольшой Стоимостью, но с ограниченными возможностями перена- стройки.

Устройство перенастройки

Vania — Sun, 22 May 2011 23:00:32 GMT

Устройство перенастройки и расширение диапазона по- лучаемых кривых достигнуто в устройстве с механическим Перепрограммированием за счет введения кронштейна и паразитной шестерни (рис 27 а, б). рис.24. Кинематическая схема манипулятора для транспорпфивкн Заготовок; 1-зубчатая передача; н-водило; 2-корпус руки; ^-кулачок; 4-подвюкная тяга; 5-ролик; 6-рычаги; 7-захваг, 8-прижимный шток; 9-пружина Рис.25. Исполнительный механизм на основе$CUT$ цепной передачи: 1-приводный двигатель; 2-корончатое зубчатое колесо; 3-сателлгг; 4,9-звездочки; 5-вал; б-водило; 7-вал ре^яхэра; 8 лепная передача: 10- пгганга; 11-ось; 12-воспроьзводяицш элемент; 13-дополнительное v- версше лля внешнего зацепления сателлигаого и корончатого колес 47 Рис.26. Усовершенствованная схема устройства для воспроизиеде- ния кривых в полярной системе координат: 1-привод; 2.5.7.-звенья исполнительного механизма; 3,4,6-мехаьичесхне передачи; 8-рабочий орган Рис,27,а. универсальное устройство для воспроизведения циклои- дальных кривых с механическим перепрограммированием Иногда возможно использование не всей траектории, а ее отдельных участков - "кусков" циклоид, что осуществле- но в варианте, где автооператор рабс~^ет именно таким Образом. Для практической'реализации конструкции быстродей- ств} эщего циклоидального мани улятора с су принята Кинематическая схема, представленная нь рис. 22, Что обу- 48. словлено ее хорошим функциональными возможностями в плане получения большого диапазона изменения угловых Скоростей рпащения звеньев. Рис.276. Универсальное устройство для воспроизведения цвклоя- дальных кривых с механическим перепрограммированием Это достигается за счет использования: - регулируемых приводов; - сменных цилиндрических пар. Приводы при этом могут работать в номинальном диа- пазоне частот вращения. Кроме того, для изменения формы траекторий путем Соотношения длин звеньев, звенья вучолнены «елескопическими.

Кинематические схемы

Vania — Sun, 22 May 2011 23:00:23 GMT

Приведены дополнительно кинематические Схемы шарнирно-рычажной компоновки, которые можно Свести к двухшарниркой схеме д. возможность сведения данных схем к базовой схеме за Исключением схемы г очевидна. При выборе исполнительного механизма необходимо Исходить чз условий применения, связанных с целевым его Назначением, располагаемых средств, включая стоимость и нал-.чие элементной базы. Главным критерием, опреде- -лющим к компоновку$CUT$ и тип реализации, является требо- вание к перенастройке. При реализации технического процесса, где необходима Цикло; тальная рабочая траектория конкретного типа с точ- ки зрения простоты управ"ения, надежности, стоимости Более предпочтителен вариант циклоидальных манипуля- торов с зубчато-рычажной компоновкой. В такой компоноьке они могут быть оформлены самым Различным образом, например, на основе планетарных ме- ханизмов. Такова схема манипулятора для транспортировки Заготовок (рис.24) С использованием замкнутых гипоцик- лоидальных траекторий. Рабочие позиции совпадают с точ- ками выстоя и располагаются на периферии.

По сравнению с планетарными циклоидальными мани- пуляторами у устройства существенно расширенны функ- циональны" возможности за счет наличия обоих типов за- цепления и разнесения зубчатых килес на водило, и их ох- вате цепной передачей (рис. 24). За счет наложс ;ия дополнительных звь^ьев характер Крив"х » джно усложнять, плуч?^ поликлоидг ^ьные кри- вые. Например, это осуществлено в устройстве ^ис.27). 46 •• . •

Кинематическая пара

Vania — Sun, 22 May 2011 23:00:14 GMT

Кажда" кинематическая пара отвечает какой-то опре;.г- ленной степени подвижности. Последние могут бьпч пепе- носными и ориентирующими, причем кинематические пары Переносных степеней подвижности могут быть поступа- тельными или вращательными, а ориентирующих степеней Подвижности - обязательно ьращательными. Такое разделение степеней пс -[бижности в некоторой Степени является условным, поскольку при вращательных Переносных движениях одновременно применяется и ори ентация. В зависимости от конструктивно-компоновочного ре- шения циклоидальных манипуляторов их функциональные Возможности будут различными. • Универсальность воспроизведения циклоидальных кри вых, гибкость и быстрота переналадки на ту или иную по добную кривую с охватом всех возможных реализации в достаточно полной мере можно получить за счет хорошо Организованной системы управления (су), например, по- средством управляющего автомата для двухшарнирного Манипулятора (рис.). Широта спектра кривых будет определяться только ем- костью памяти су. Здесь каждое звено, оснащенное от- дельным приводом, совершает вращательное движение с постоянной угловой скоростью, отношение их скоростей и направления вращений и определяет вид реализуемой кри- вой. Главным условием работоспособности ппобных ти- пов цих-оидальных манипуляторов являйся синхрониза- ция. Работы приводов - отдельных звеньев, осуществляемое Управляющим автоматом. 43 •Т^утт 'Ту/ту Рис.. Двухшарнирный манипулятор. Су-сисп..Йа управления: 1,2- электропроводные устройства; с - воспроизводящая точка Д г 1-и3.23 кинематические, схемы шарчирйо-рычажной Компоновки 44 На рис.23

Циклоидные механизмы

Vania — Sun, 22 May 2011 23:00:04 GMT

Циклоидные механизмы Манипуляторов циклоидные механизмы Манипуляторов. Технические решения Кинематические цепи манипуляторов, включая и цик- лоидальные механизмы, могут быть самого различного ти- па конструкть чо-кс мпоновочного исполнения: 1. цепи с вращательными парами; 2. ц°пи как с вращательными, так и поступательными$CUT$ Парами; 3. це"и с зубчатыми и цепными передачами и т. д. является очевидным желательность их конструктивно- го решения, отвечающее функциональным требованиям к -леханизгам с минимально возможным числом звеньев и соединений. Существует множество механизмов, являю- щихся изоморфными, отличающихся наличием расширения Кинем"тических пар, инверсией пар, инверсией звеньев ме- ханизма. Топологию компоновочных структур можно опреде- лить набором параметров: числом степеней свободы (подвижностей); числом звеньев; числом сочленений (кинематических пар); тк. Ом сочленений, связанных со стойкой и' привода- ми. Оптимальная в каком-либо смысле технологическая С :ема может быть определена на следующих уровнях: структурном (^без. Избыгочных степеней свободы); компоновочном (на основе одной компоновочной Схек«ы различные модификации); модификационном (разработка ' яогообразия компо- новочных, технолог веских и размерных схе^. 42 Кинематические схемы манипуляторов определяют Функциональные возможности движений руки, и они опре- деляются числом, видом и последовательностью располо- жения кинематических п"р. их возможности выявляются Путем сравнения по выбранному критерию. - -

Несомненное достоинство

Vania — Sun, 22 May 2011 22:59:55 GMT

Несомненным достоинством описанного механизма Является то, что он имеет только враг-тгельные кинемати- ческие пары, нет ни направляющих, ни зубч^гых зацепле- ний, одн"<о длг него ограничен "ыбор траекторий и не- возможны законы движешл с конечным временем выстоя. 32 Конечное время выстоя проще всего достигается заме- ной кривошипа механизмов, который преобразует непре- рывное вращение в прерывистое, например, механизмом Мальтийского креста. Число зубцов и прорезей креста соот- ветствует числу точек на обороте, в которых происходит Выстой; мальтийский механизм может использоваться са- мостоятельно, например, для поворота вокруг вертчкаль- ной оси простейшего робота-перекладчика (рис.14). Точ»л Позиционирования, в которых имеет место выстой, распо- лагаются по окружности равномерно, через 90°. передача вращения ча и'чрнирный четырехзвенник не От кривошипа, а от мальтийского механизма (рис.14) По- зволяет получать точки выстоя с конечным времен м на Шатунной кривой, которая по-прежнему задается механиз- мом четырехзвенника. Положение точек позиционирования На траектории определяется не только параметрами, но и ри^. 14. Манипулятор с мальтийским механизмом 3^ углом установки механ"зма на чалу. Изменяя этот угол, можно пзмежггь положение всех точек совместно. Задание Желаемых положений независимо двум и большему числу Точек представляет серьезные трудности. Подводя итоги, следует констатировать, что имеются Достаточно широкие возможности созд&лия механизмов, воспроизводящих плоские траектории с мгновенными ос- тановками или выстоем в нескольких точках и приводимых В движение от вала постоянно вращающегося привода. 3 Большинстве таких механизмов не происходит необрати- лых поте^ ь энергии на разгон и торможение (потери энер- гии на преодоление сил сопротивления, конечно, остают- ся). механизмы могут включать различные кинематические Пары, ои^ могут включать шарнирные соединения, направ- ляющие и ползуны, зубчатые передачи и т. д. однако пере- наладка их на различные точки позиционирования пред- ставляв серьезные трудности.

Получение траекторий

Vania — Sun, 22 May 2011 22:59:45 GMT

Получение траекторий с точками - возврата в начальной и конечной точках позиционирования может рассматрпаться Как общий прием, реализуемый с помощью различных ме- ханизмов. Использование циклоидальных механг^мов в этом плане представляется наиболее перспективным; имен- но такие механизмы я: ляются основным объектом рас- смотрения в данном пособии, исследуются$CUT$ их свойства. Во всех предыдущих примерах задачи формирс. ания Траектории и закона движения по траектории решались Совместно, изменения траектории вынуждено приводили к соответствующим изменениям закона движения и распре- деления скорости по траектории. Существуют приемы, по- зволяющие разделить эти задачи, т. е. сначала задать одним Механизмом траекторию, а затем другим i; ^ханизмом - за- кон движение.

При этом различными могут быть как меха- низмы, задающие закон движения, а также механизмы, их Соединяющие. Пример комбинированного механизма с по- добным разделением функций изображен на рис. 12: Кинематика шарнирного четырехзвенника авсв задает Траекторию точки, в которой размещается рабочий орган. Выбирая различные положения точки е на i'атуне вс, можно выбирать различные варианты на шатунных кривых Закон движения задает кривошип ор, вращающийся от Двигателя с постоянной угловой скоростью. Движение на Рычаг ав передает ро, выполняющий функции соедини- тельного механизма. В целом полученный механизм пред- ставляет собой шарнирный шестизвеннйк. Линейные раз- меры звеньев выбираются так, чтобы при неограничек-юм Вращении кривошипа ор в одну сторону звено ав совер- ^чс—ту——'\^г г^ Рис.1?, Удвоенный зубчато-реечный механизм ^ос Рис.13. Комбинированный механизм Шало угловые колебания. Тогда точка е перемещается по Шчтунной кривой возвратно-поступате..Лно между двумя Крайними по-.ожемиям в точках м и v, которых происхо- дит мгновенная остановка с изменением направления ско- рости.

Применение зубчатых передач

Vania — Sun, 22 May 2011 22:59:36 GMT

Применение зубчатых передач открывает новые воз- можности. Так, замена последнего звена в шарнирном че- тырехзвеннике парой шестерен (рис.10) Позволяет п^лучать Большие углы поворота касательной ктраектор1.л. если вместо ползуна, перемещающегося по направ- ляющей, использовать пару зубчатое колесо - зубчатая рей - • ка, то можно получить траекторию в виде циклоиды ( (рис 11). начальная и конечные точки могут располагаться ; на циклоиде$CUT$ произвольно, но целесообразно "цслать так, ' чтобы э~и точки совпали с точками возтоата. Тогда в - на- чальной и конечной. точках будет мгновенная останг вка. • Могут быть использованы не только соседние точки воз - ' 29 врата, тогда будут п<мую1.й последовательности точек по- зиционирования. Рис. Ю. зубчато-рычажный манипулятор Убчато-рычажный манипулятордегим, что точки иозврата будут на траекториях Плько точек, лежащих на определенном радиусе, для дру- гих точек будут получаться или гладкие траектории, или Р-тлеобразпые траектории (рис.11 Пок зано штриховыми Линиями). ес. Га упоить реечный механизм, как показано на Рис.12, То тоаектории с точками возврата будут получаться Для ^"х точек вертикально го рьг-ага, рабочий орган, со- единенный с этими рычагом, будет пеоембщаться поступа- тельно, воспроизводя циклоиду, и, следоватег->но, решается Зад-чя сохранения ориентации рабочего сргана при пере- мещениях. 30 Важным недостатком описанного механизма является То, что расстояние между точками возврата однозначно Определяется радиусом зубчатого колеса (или числом его Зубьев), и для изменения этого расстояния необходимо де- лать сменные зубчатые колеса с различным числом зубьев.