Что представляет собой конструкция робота манипулятора

Роботы манипуляторы стали незаменимым помощником человека в его промышленной деятельности.

Они используются практически повсеместно. Начиная с ядерной энергетики и точного машиностроения и заканчивая автомобилестроением и строительством (стреловые краны так же в настоящее время рассматриваются как простейшие манипуляторы).

В зависимости от сферы применения основное назначение механизмов изменяется: где-то  они служат цели защиты человека от воздействия вредных факторов (радиации, различных излучений, повышенной температуры, опасных газов и т.д.), в других местах – для выполнения физически непосильной для человека работы (например, перемещения тяжелых объектов).

Но все их объединяет одно условие – способность работать в условиях, в которых человек не сможет осуществлять необходимые операции. Прообразом современных роботов манипуляторов стала человеческая рука – природный механизм, имеющие 27 степеней свободы (технически это несложно воплотить в механической конструкции, но в виду огромных финансовых затрат на реализацию подобного проекта, производители оборудования в большинстве конструкций ограничиваются 10-12 степенями свободы).

К тому же рука человека – универсальный механизм, способный выполнять разнообразную работу с объектами самых разных размеров и массы, чего не скажешь про руки роботов манипуляторов, создаваемых для решения ограниченного круга задач, работы с объектами заданного веса, размера, а зачастую и фигуры.

Общее представление о конструкции

Типичный робот манипулятор состоит из трех звеньев, соединенных между собой шарнирами с 6-ю степенями свободы (три направления поступательного движения и столько же вращательного).

На конце последнего звена крепится схват – приспособление для захвата заготовки и ее удержания на время перемещения. Если требуется выполнять только операции перемещения, то минимальное количество степеней свободы составляет 7. Однако этого числа, как правило, недостаточно для высокопродуктивного труда, и свату добавляют еще несколько, что существенно повышает производительность устройства, точность позиционирования заготовки. В итоге простейший манипулятор имеет до 10-12 степеней свободы.

Это необходимый минимум для выполнения операций перемещения объектов, который обеспечит достаточно высокую производительность и точность позиционирования заготовок. Существует правило, что чем больше степеней свободы у схвата, тем выше скорость ориентации изделия. Возвратно-поступательные и вращательные движения звеньев манипулятора создаются такими механическими устройствами как редуктор, трос, рычаг, зубчатая рейка, приводимыми в движение от силовых двигателей.

Все элементы конструкции находятся не только в постоянном движении, но и периодически изменяют усилия. Для регулирования усилия на рабочем органе применяется набор датчиков, измеряющих давление при соприкосновении поверхностей схвата с поверхностью детали. Для определения положения (ориентации) детали в пространстве применяются тактильные датчики (реже – систем видеонаблюдения).

Вообще, робот может иметь огромное количество разнообразных датчиков, отслеживающих разнообразные параметры, начиная от простейших фотоэлементов, которые сигнализируют о поступлении в рабочую область очередной заготовки, и, заканчивая сложными системами видеонаблюдения и тактильных элементов, позволяющих захватить объект нужным образом.

Такие комплексы называются системами технического зрения, с помощью которого оборудование распознает не только заготовку, ее габаритные размеры и ориентацию в пространстве, но и все прочие элементы в рабочей области манипулятора. Надо особо отметить, что обработка визуального ряда требует большей производительности управляющего вычислительного центра, а потому купить робот манипулятор такой комплектации можно только за весьма большую сумму. Причем значительная часть затрат придется на разработку программного обеспечения для подобной машины.

29.11.2011