Какой принцип построения конструкций манипуляторов получил развитие

Какой принцип построения конструкций манипуляторов получил развитие

Общие требования к конструкции манипулятора. Существуют различные способы установки промышленных роботов (напольные, подвесные, портальные, встроенные). Это первый фактор, определяющий конструкцию робота. На конструкцию также влияют желаемые форма, размеры и расположение рабочей зоны манипулятора, требования необходимой точности позиционирования и процессов движения, максимальные скорости и ускорения, упругая податливость звеньев, собственные частоты. Важный фактор – требуемая грузоподъемность робота, а также допустимые его габаритные размеры и масса.

Существенно отражаются на конструкции манипуляторов робота виды и мощности устанавливаемых приводов, а также их расположение – непосредственно у КП, соединяющих звенья, или в основании робота с соответствующими передаточными механизмами, или же в смешанном варианте. Передаточные механизмы в манипуляторе предназначены для передачи движения от двигателей к основным звеньям. В качестве передаточных используются различные виды механизмов и передач: рычажные, зубчатые, мальтийские, шарико-винтовые, зубчато-ременные, волновые и др. Степень сложности передаточного механизма зависит от расположения двигателей. Если двигатель расположен на соседнем звене от звена, к которому передается движение, то передача получается весьма простой, однако в этом случае двигатель находится на подвижном звене и перемещается вместе с манипулятором. Если двигатель расположен на основании, то передаточный механизм сильно усложняется: передаточные кинематические цепи образуют вместе с основными звеньями сложную многозвенную механическую систему с несколькими степенями свободы [5].

Играют роль и способы передачи движений (зубчатые механизмы, цепные передачи и др.). В разработке конструкции робота учитываются и эксплуатационные требования, такие как ремонтопригодность и удобство обслуживания, потребляемая мощность и источники энергопитания, стоимость и надежность функционирования, защита от агрессивной среды, взрыво- и пожаробезопасность. Учитываются типы захватных устройств и их сменяемость (в том числе автоматическая), способы крепления рабочих инструментов, наличие системы технического зрения и др. Система управления роботом обычно разделена: манипулятор робота несет на себе датчики обратных связей по положению и скорости в каждой кинематической паре, а также в ряде случаев датчики усилий в кисти, несущей захватное устройство. Основная часть системы управления действиями робота, включая электронные блоки, микроЭВМ или микропроцессорные устройства, помещается в отдельной стойке с соответствующими линиями связи с манипулятором робота, средствами очувствления и с обслуживаемым технологическим оборудованием.

Унификация промышленных роботов. Большое значение имеет унификация промышленных роботов, поскольку ПР применяются для автоматизации выполнения самых различных технологических процессов. Обычно устанавливается некоторая базовая модель манипулятора для определённого ряда условий его применения. Эта базовая модель может быть использована для нескольких конструкций, различающихся компоновкой некоторых унифицированных узлов – модулей. Это касается и концевой части манипулятора (набор различных схватов, устройства крепления инструментов и т.д.). Из базовой модели манипулятора с шестью степенями подвижности могут компоноваться манипуляторы с меньшим их числом, путём изъятия некоторых узлов.

Унификация промышленных роботов охватывает различные их свойства. Роботы разбиваются на группы по грузоподъёмности: сверхлёгкие (до 1 кг), лёгкие (от 1 до 10 кг), средние (от 10 до 200 кг), тяжёлые (от 200 до 1000 кг), сверхтяжёлые (более 1000 кг).

Конструкции роботов и их манипуляторов унифицируются и по другим признакам: по типу привода, типу кинематики, числу степеней подвижности, наибольшему перемещению по каждой степени, быстродействию (скорости, ускорения), погрешности позиционирования.

Получило развитие агрегатно-модульное построение конструкций манипуляторов, а также приводов и систем управления роботов. Унифицированными модулями могут служить отдельные звенья манипулятора. Агрегатно-модульный принцип применяется также и к узлам конструкций крепления оснований роботов: напольные (неподвижные и подвижные), подвесные и портальные. Агрегатно-модульный принцип построения роботов – это конструирование из типовых узлов и модулей. Роботы этого типа не обладают избыточностью на конкретных операциях и в то же время универсальны. Недостатки агрегатно-модульных роботов по сравнению с универсальными при большом числе степеней подвижности – увеличение массы и снижение жесткости.

При компоновке многих роботов придаётся большое значение статическому уравновешиванию манипулятора в различных пространственных его положениях, чтобы манипулятор был загружен от действия сил тяжести его звеньев, благодаря чему энергия приводов в основном идёт на перемещение груза. Это позволяет поставить приводы соответственно меньшей мощности, а значит, и меньших весов и габаритов, что облегчает всю конструкцию манипулятора.

Уравновешивание сил тяжести звеньев достигается чаще всего установкой специальных пружинных механизмов, с помощью которых можно частично скомпенсировать статические моменты, создаваемые весом перемещаемого груза.

Какой принцип построения конструкций манипуляторов получил развитие

Промышленные роботы по своей трудоемкости, точности и классу изготовления, а также требованиям к качеству относятся к наиболее сложным изделиям машиностроительной и электронной техники; они требуют для своего производства высокой технологической культуры, современного высокоточного оборудования и высоких технологий. Их производство базируется на разветвленной системе кооперирования при совместном участии в производстве множества различных предприятий-соисполнителей.

Одним из наиболее перспективных направлений в современном роботостроении является создание промышленных роботов на основе унифицированных агрегатных узлов и блоков (модулей), так называемое агрегагно-модульное построение, имеющее следующие технико-экономические преимущества: сокращение времени и трудоемкости проектирования, возможность получения ПР, наиболее полно отвечающих требованиям конкретного технологического процесса и потребителя, повышение уровня специализации и организации производства, снижение стоимости производства ПР, повышение их надежности, улучшение ремонтопригодности и удобства обслуживания промышленных роботов.

9.1. Агрегатно-модульное построение промышленных роботов

Основой агрегатно-модульного построения ПР является разработка и создание так называемых агрегатных модулей, позволяющих- компоновать неограниченный диапазон конструкций в соответствии с требованиями конкретного технологического процесса или потребителя.

Под модулем понимают универсальный агрегатный узел, обладающий функциональной полнотой и конструктивной завершенностью. Модули ПР должны удовлетворять требованиям прочности и жесткости, обеспечивать взаимную стыковку в различных сочетаниях и положениях, простой и надежный монтаж.

Модули ПР классифицируются по следующим основным признакам: по функциональному назначению — на управляющие, программно- задающие, информационные и исполнительные; по величине — на большие и малые; по порядку расположения внутри агрегатной системы — на равноценные и наиболее предпочтительные.

набор модулей исполнительной системы ПР, различные комбинации которых дают возможность компоновать манипулятор, обеспечивающий решение поставленной технологической задачи. Входящие в набор «руки» (выдвижная, локтевая двухшар- нирная, локтевая трехшарнирная), механизмы (поворота, подъема, качания, ориентировки), каретка, монорельс, столы (тактовый и крестовый), захватное устройство позволяют получить варианты компоновок манипуляторов промышленных роботов ( 9.2) с различными 396 возможностями манипуляционной системы. Оснащение таких манипуляторов модульными управляющими устройствами дает возможность формировать промышленные роботы модульного типа, не имеющие избыточных возможностей и наиболее полно отвечающие конкретным технологическим процессам, специфике и возможностям производства

Однако преимущества агрегатно-модульного принципа могут быть полностью реализованы только при удовлетворении следующих требований к создаваемым модульным промышленным роботам: характеристики и технологические параметры ПР должны максимально близко соответствовать его функциональному назначению и требованиям конкретного технологического процесса;

компоновка манипулятора ПР и его управляющего устройства

должна обеспечивать минимальный объем манипуляционных действий, необходимых для обеспечения определенного технологического процесса, т.е. отвечать принципу минимизации конструктивного решения;

объем операций, выполняемых ПР, и темпы их исполнения в сочетании с затратами на внедрение должны обеспечивать технико- экономическую эффективность применения ПР.

Разработка и создание модульных конструкций — трудоемкая и длительная задача, которой должен предшествовать целый комплекс работ: проведение исследований по установлению параметрических рядов конструктивно-технологических характеристик ПР, выработка принципов агрегатного построения ПР применительно к технологическим процессам, разработка технологических требований, которым должны, отвечать агрегатно-модульные ПР, выбор системы модулей и кинематики ПР, выработка принципов создания широкономенклатурных и переналаживаемых робототизированных комплексов, обслуживаемых агрегатно-модульными ПР, обоснование целесообразности создания и применения агрегатно-модульных ПР.

Принципы агрегатно-модульного построения использованы при создании отечественных электромеханических роботов модульного типа РПМ-25, портального ПР «Пирин» (Болгария), агрегатных ПР «MHU Senior» и «MHU Junior» (Швеция), «Kawasaki Unimate» (Япония) и др.

Разработанная базовая система исполнительных электромеханических модулей промышленного робота РПМ-25, каждый из которых предстааляет собой автономный блок механизмов, датчиков, энергетических и информационных коммуникаций одной или нескольких степеней подвижности, позволяет собрать более 100 различных компоновок манипуляторов ПР, что в сочетании с модульно-блочной конструкцией приводов и управляющего устройства обеспечивает создание роботов, наиболее соответствующих технологическим требованиям и специфике производства.

Учитывая перспективу развития электропривода ПР, остановимся на примерах разработки электромеханических модулей исполнительного устройства с волновыми передаточными механизмами, предназначенными для ПР общего и специального машиностроения. При этом основным вариантом кинематической схемы манипулятора ПР при его модульном построении будем считать схему с электромеханическими модулями, встроенными непосредственно в звенья МС.

Смотрите также:

Такие роботы называются промышленными. Большинство промышленных роботов — это роботы-манипуляторы. Они имеют механическую «руку.

Такие роботы называются промышленными. Большинство промышленных роботов — это роботы-манипуляторы. Они имеют механическую «руку».

Такие роботы называются промышленными. Большинство промышленных роботов — это роботы-манипуляторы. Монтаж одноэтажных промышленных зданий.

За прошедшие с появления промышленных роботов. десятилетия люди уже привыкли, что робот — это «шкаф на колесиках, с.

. (точение — фрезерование, фрезерование — шлифование), удобство загрузки заготовок, выгрузки деталей (что особенно важно при использовании промышленных роботов).

Но то, что под руку электронным недоумкам лучше не попадаться, уже очевидно: 150 тысяч промышленных роботов, которые трудятся в разных странах.

. автоматических и полуавтоматических линий для машиностроения, обрабатывающих центров, промышленных роботов.

Экология СПРАВОЧНИК

Конструкция роботов компонуется из отдельных узлов — модулей. Модули конструктивно объединяют двигатель, передаточный механизм, датчики обратной связи по положению и скорости, тормозные устройства. В качестве унифицированных модулей могут выступать отдельные звенья щяипулятора, узлы сочленения звеньев, совокупность двух-грех звеньев, деля они неразделимы по условию компоновки. Конструктивные схемы узлов сочленения звеньев приведены на рис. 2.53.[ . ]

На рис. 2.54 и 2.55 представлены кинематические схемы модулей с одной и двумя степенями подвижности.[ . ]

Варианты расчленения манипулятора на отдельные модули приведены на рис. 2.56.[ . ]

Агрегатно-модульная унификация промышленных роботов позволяет исключить неоправданное многообразие конструкций манипуляторов, сократить затраты на проектирование, уменьшить стоимость роботов.[ . ]

Унификация агрегатов позволила создать роботы модульного типа. Модули таких роботов дополнительно оснащены унифицированными стыковочными узлами, имеют полную механическую и аппаратную совместимость (рис. 2.57).[ . ]

Модульные компоновочные схемы роботов не всегда дают желаемый результат, т.к. могут приводить к утяжелению звеньев манипулятора, т.е. к снижению удельной мощности и ухудшению динамических свойств манипуляторов. Тем не менее, преимущества роботов модульного типа в ряде случаев очевидны, т.к. позволяют заказывать роботы в требуемой комплектации и при необходимости наращивать число модулей. Отечественный электромеханический промышленный робот РПМ — 25 относится к числу таких роботов модульного типа. Различные варианты компоновки манипулятора модульного типа приведены на рис. 2.58.[ . ]

Рисунки к данной главе:

Робототехника: история. Основные задачи робототехники.

Фантасты 50-х представляли себе 2000 год с летающими машинами и роботами, живущими бок о бок с человеком.
Как мы видим, этого пока не случилось, тем не менее сфера робототехники постепенно развивались в течение десятилетий, иногда стремительно затем ее развитие приутихло, но в настоящее время вновь возобносила небывалый рост. Каждый месяц производятся тысячи различных промышленных роботов, разрабатываются гуманоиды и андроиды, ученые всего мира работают созданием искусственного интеллекта, и все это -только начало.

Робототехника — это не самостоятельная отрасль, прежде всего это синергия всех последних достижений технических, естественных наук и информационных технологий.

Когда мы говорим «робот», то люди далеки от техники его примерно так и представляют как в советских фантастических фильмах с железными руками и ногами. Конечно, мы вкладываем в это понятие гораздо более широкий смысл.

Выделяют следующие группы роботов:

1. Промышленные — когда говорят «роботизация» имеют ввиду прежде всего развитие этой сферы.

2. Военные — единственный вид, который получил развитие в России, к ним же можно отнести роботов ливидаторов различных аварий и природных катаклизмов.

3. Космические — к ним относятся и спутники, планетоходы и антропоморфные роботы, помогающие космонавтам.

4. Бытовые — уборщики, кухонные роботы, роботы — компаньоны.

5. Андроиды, гуманоиды — различные антропоморфные роботы, чьей целью является усовершенствование «человекообразности» роботов для различных социальных целей.

История робототехники

Автоматизация и роботизация производства в капиталистическом мире началась в 50-е годы XX века. Именно к тому времени можно отнести появление первых промышленных роботов. Они осуществляли сборку оборудования, и простейшие монотонные операции.
Первый такой робот был разработан изобретателем самоучкой Джоржем Деволом в 1954 году. Робот-манипулятор весил две тонны и управлялся программой записанной на магнитном барабане. Система получила название Unimate на новое устройство был оформлен патент и а в 1961 изобретатель основал компанию Unimation.

Первый робот был установлен на заводе Дженерал Моторс (на литейном участке) в 1961 году. Затем новинка была опробована заводами Chrysler и Ford,

Система Unimate применялась для работы с литыми металлическими деталями, которые манипулятор извлекал из форм отливки. Захватиное устройство управлялось гидроприводом.
Робот имел 5 степеней свободы и захватное устройство с двумя «пальцами». Точность работы была весьма высока до 1,25 мм. И был эффективнее человека — работал и быстрее и с меньшим количеством брака.

В 1967 промышленные манипуляторы приходят Европу. Они уже расширяют свой функционал, осваивают профессии сварщика, маляра. У робота появляется «техническое зрение» посредством видеокамер и датчиков, он учится определять габариты изделий и место их расположения.

В 1982 году IBM разрабатывает официальный язык для программирования робототехнических систем. В 1984 — компания Adept представила первый робот Scara с электроприводом.
Новая конструкция сделала роботы более простыми и надежными, сохранив высокую скорость.

В 90-е появился контроллер с интуитивным интерфейсом управления, которому мог управлять оператор, он мог изменять параметры и регулировать режим работы. С тех пор возможности управления роботами и их функиции только развивались, увеличивалась их сложность, скорость, число осей, стали использоваться различные материалы , шире становились возможности разработки и управления, было сделано несколько первых уверенных шагов в сторону искусственного интеллекта.

В то же время в СССР был фактически лидером в робототехнике. Началось все еще в 30-е годы. В 1936 году 16–летний советский школьник Вадим Мацкевич создал робота, который умел поднимать правую руку. Для этого он потратил 2 года работы в токарных мастерских новочеркасского Политеха. Ранее, в 12 лет создал маленький радиоуправляемый броневик, стрелявший фейерверками. На «робота» Мацкевича обратили внимание власти и в 1937 году он представлял его на Всемирной выставке 1937 года в Париже.

На рубеже 30 — 40-х гг. XX в. в СССР также появились автоматические линии для обработки деталей подшипников, а в конце 40-х гг. XX в. впервые в мировой практике было создано комплексное производство поршней для тракторных двигателей с автоматизацией всех процессов — от загрузки сырья до упаковки готовой продукции.

В 1966 в Воронеже был изобретен манипулятор для укладки металлических листов, в 1968 в Ленинграде году разработали подводный робот «Манта» с чувствительным захватным устройством — в дальнейшем он совершенствовался. В 1969 году в ЦНИТИ Миноборонпрома приступили к разработке промышленного робота «Универсал-50». В дальнейшем активно в недрялись автоматизированные системы на крупные производства.

В 1985 году уже использовалось 40 тыс промышленых роботов и в несколько раз превосходило количество, используемых в США. Автоматизированые линии вовсю работали на АвтоВазе в 80-е года и даже подвергались атакам работников-«хакеров».

Были крупные военные и космические разработки. Уникальным достижением по тем временам был беспилотный разведчик ДБР-1, который был принят на вооружение ВВС СССР еще в 1964 году. Такой аппарат мог выполнять разведывательные задачи над всей территорией Западной и Центральной Европы.

Одним из самых заметных достижений отечественной робототехники и науки стало создание в КБ им. Лавочкина «Лунохода-1». Именно советский аппарат стал первым в мире планетоходом, который успешно выполнил свою миссию на поверхности другого небесного тела.

В 1983 году на вооружение ВМФ СССР был принят уникальный противокорабельный комплекс П-700 «Гранит». Его особенностью стало то, что при залповом пуске ракеты могли самостоятельно выстраиваться в боевой порядок и во время полета обмениваться между собой информацией, самостоятельно распределяя цели. При этом одна из ракет комплекса могла играть роль лидера, занимая более высокий эшелон атаки.

Развивались и «роботы-гуманоиды»: в 1962 году появился первый робот экскурсовод Рэкс — он проводил экскурсии для детей в Политехническом музее. Говорят, он все еще там «работает».

В Советском Союзе было выпущено более 100 тыс. единиц промышленной робототехники. Они заменили более одного миллиона рабочих, но в 90-е годы эти роботы исчезли.

В дальнейшем развитие робототехники идет ударными темпами, потому что развивается ключевые отрасли — физика, химия, электротехника и главное — электроника. На смену вакуумным лампам пришла силовая электроника, позже микросхемы, затем микроконтроллеры. Появляются новые материалы, новые способы автоматизации и методы программирования.

Но к России и СНГ это не уже не относится. Прежде всего развитие происходит в США, в Юго-Восточной Азии и Западной Европе.

На производствах внедряются управляемые роботизированные линии, роботы манипуляторы используются во всех отраслях промышленности, в сельском хозяйстве, медицине, в космосе и, конечно, в быту.

В некоторых отраслях до 50% работ выполняют промышленные роботы, например в автомобилестроении они могут сварить, покрасить, и переместить детали на другой участок сборки, где ими займутся другие роботы.

Существуют даже 100% автоматизированные фабрики. В Японии есть завод где роботы сами собирают роботов. И даже готовят еду для 2000 человек — офисного центра, обслуживающего этот завод.

В 90-е годы наблюдался некоторый спад. Внедрение роботов, использующих существующие в то время технологии, на производство не принесло ожидаемой прибыли и финансирование некоторых крупномасштабных проектов было приостановлено. По ряду причин — и экономических, и социальных — ожидаемого бума не произошло, они остались как нишевая продукция для автосборочных и ряда других производств.

Резкий скачок произошел только в середине нулевых и это развитие продолжается. Прежде всего из-за того, что в робототехнике заинтересовались военные.

Остановить уже развитие невозможно и все странам, желающим быть в авангарде мировой промышленности приходится это принимать и догонять.

Устройство робота и задачи робототехники

Выделяют шесть общих задач роботехники:

1. Перемещение — передвижение в любой среде
2. Ориентация — осознавать свое местоположение
3. Манипуляция — свободно манипулировать предметами окружающей среды
4. Взаимодействие — контактировать с себеподобными
5. Коммуникация — свободно общаться с человеком
6. Искусственный интеллект — робот должен самостоятельно решать как ему выполнить команду человека

Самое оптимальное перемещение робота на колесах и гусеничной платформе. Именно эти способы обеспечивают наибольшую устойчивость и проходимость.
У колесных платформ с проходимостью сложнее — колесо не может преодолеть препятствие выше, чем его радиус. Колесные схемы постоянно совершенствуются, используются мощные серводвигатели, разрабатывается независимые подвески, применяются покрышки с грунтозацепами.

Устойчивы четырехноние и инсектоморфные роботы (это значит в форме насекомых, несколько «ног», обычно 6) Такие устройства часто используются для военных целей.

Ходить на двух ногах робот учился очень долго. Из всех существующих с этим хорошо справляется только гуманоид ASIMO от Honda он умеет не только устойчиво ходить, но и подниматься по ступеням, компания его разрабатывала более 25 лет
Большинство же человекоподобных роботов пока передвигаются на платформе.

Кроме хождения по земле опреденные модели могут ползать, плавать и летать.

Ориентрируется в пространстве робот с помощью датчиков, сенсоров, видеокамер, имеет способность «видеть» в инфракрасном диапазоне, улаваливать ультразвуковые колебания и воспринимать тепловое излучение.
Управлять может и оператор, он может находиться в той же комнате или за несколько километров.

Все озвученные задачи робототехники в той или иной мере решаются. Робот становится совершеннее, он умеет сотрудничать с другими роботами, учится общаться человеком и лучше его понимать.

Интересная схема обучения космического робота-спутника, вероятно этот же принцип используется для настройки других робототехнических систем. «Эмоциональное обучение», как называют его разработчики. Суть его в том, что в нем закладывается «аппарат эмоций», который сообщает спутнику что для него «хорошо», а что «плохо». Хорошо — если он нацеливается на конкретный заданный обьект — это увеличивает оценку, плохо — если от него отклоняется — оценка будет уменьшена. Ну и так пока устройство не станет стабильным «хорошистом».
Например, это может пригодиться для космических телескопов. Обучение проводится с помощью оператора и занимает около 20 минут, результат отображается в базе знаний.

Конкретно это описанное устройство космонавт может выбросить в открытый космос: остальные действия спутник выполнит сам. В концепте разработана модель нервной системы, которая логически следует из тех условий, в которых работает нервная система всех живых организмов.
Робототехника будущего может самостоятельно собирать новые знания, анализировать их и применять на практике.

Просмотров: 57612 | Дата публикации: Понедельник, 20 июня 2016 06:56 |