Основные параметры ПР. Грузоподъемность ПР. Число степеней свободы

Технологические возможности и конструкция ПР характеризуются совокупностью следующих данных: грузоподъемностью, числом степеней подвижности (свободы), рабочей зоной, мобильностью, компоновочной схемой, системой управления и точностью позиционирования.

Грузоподъемность – наибольшее суммарное усилие, развиваемое исполнительными органами ПР. При многоруком исполнении манипулятора, наряду с суммарной, указывается грузоподъемность и одного (или каждого исполнительного органа.

По грузоподъемности ПР образуют следующий ряд (в кгс):

0,63; 1,25; 2,5; 5; 10; 20; 40; 80; 160; 250; 500; 1000.

От 0,63 до 5 кгс – ПР легкой серии, от5 до 160 кгс – ПР средние, свыше 160 кгс – тяжелые. Начиная с 1000 кгс, ряд по грузоподъемности ПР может быть продолжен в сторону создания более тяжелых моделей манипуляторов.

Указанный ряд регламентирует значения грузоподъемности при минимальных скоростях перемещений исполнительных органов манипуляторов, каждой конкретной модели. При больших скоростях возможно уменьшение грузоподъемности, что определяется разработчиком модели.

Большинство применяемых современных ПР оперирует с грузами в пределах от 10до 50 кгс. Установлено, что наиболее эффективно применять ПР при переносе грузов свыше 10 кгс на расстояние, превышающее радиус действия руки человека (это иллюстрируется графиком на рис.).

Число степеней свободы (подвижности) – это сумма всех возможных движений кисти манипулятора (без учета движения захвата, или зажима заготовки).

В общем случае для перемещения и ориентации тела в пространстве манипулятор должен иметь 6 степеней подвижности: три – для переноса тела в заданную точку пространства и еще три – для ориентирования тела в заданной точке. При наличии осей симметрии в заготовке для указанных целей манипулятору достаточно менее 6 степеней свободы.

При наличии же 6 степеней рука манипулятора способна исполнять функции руки человека, имеющей 27 степеней подвижности. При проектировании универсальных роботов число степеней свободы следует выбирать равным или большим шести (для увеличения маневренности манипулятора). Однако, для целевых и специальных ПР это число должно быть минимальным (при этом увеличивается жесткость конструкции и улучшаются ее динамические качества). Поэтому большинство современных ПР имеют число степеней свободы от 3 до 5.

Необходимое число степеней свободы определяется в основном компоновочной схемой манипулятора и зоной обслуживания технологического оборудования. На это число оказывают непосредственное влияние следующие факторы:

- характер ориентации заготовок перед загрузкой в станок;

- тип устройства для перемещения заготовок на позицию загрузки и для хранения заготовок (стационарная тара, транспортер, магазинное устройство, склад и т.п.);

- выполняемые манипулятором операции (например, перенос заготовок из тары на станок и обратно с перебазированием, без перебазирования и т.д.);

- компоновка станка;

- количество одновременно обслуживаемых единиц оборудования;

- планировка технологического участка (линейная, многопоточная, круговая и др.).

Учитывая большую значимость числа степеней подвижности как рабочего параметра манипулятора для характеристики и обеспечения его эксплуатационных возможностей, рассмотрим этот вопрос более подробно.

Число степеней свободы Wp механизма можно определить по формуле, предложенной в 1923 г. А.П.Малышевым:

Wp = 6 – 5 – 4 – 3 – 2 - = 6

где 1 – число подвижных звеньев системы;

- общее число звеньев (твердых);

- число кинематических пар пятого, четвертого и т.д. классов.

Приведенная формула справедлива при условии, что одно звено связано с неподвижной системой координат и лишено всех 6-ти степеней свободы (поэтому и = - 1).

Напомним, что каждая кинематическая пара 1-го класса налагает на относительное движение звеньев одно условие связи, 2-го класса – два условия и т.д. Соответственно пара 1-го класса может обеспечить = 5, т.е (6-1), 2-го класса - = 4, т.е. (6-2) и т.д.

Иногда кинематические пары удобнее классифицировать не по классам, а по родам – 5 родов по числу в относительном движении звеньев: пара 1-го рода имеет = 1, 2-го рода - = 2 и т.д.

В этом случае формула Малышева принимает вид:

= 6 - 5 - 4 - 3 - 2 -

здесь:, … - число пар первого, второго и т.д. родов.

Применение формулы Малышева иллюстрируется примерами на рис.58. Проводя анализ того или иного механизма, оперируют понятиями низших и высших пар. Низшими называются пары, если соприкасающимися элементами звеньев являются поверхности, высшие – если эти элементы – точки или линии. В высших парах возможно качение и скольжение элементов этих пар, в низших – относительное скольжение при поступательном, вращательном или винтовом движениях. В низших парах обычно осуществляется геометрическое замыкание, сохраняющее постоянство контакта звеньев, в высших парах – силовое замыкание.

Рис.58. Примеры использования формулы Малышева А.П.

Дата добавления: 2015-07-08