notatek-pl-elementy-skladowe-i-struktura-robotow-wyklad.pdf

(2172 KB) Pobierz
1. Elementy składowe i struktura robotów
Manipulatory przemysłowe są zbudowane z członów połączonych przegubami w
otwarty łańcuch kinematyczny. Przeguby te są zazwyczaj obrotowe (rotacyjne) lub
pryzmatyczne (liniowe).
Przeguby obrotowe
są podobne do zawiasów i umoŜliwiają obrót
jednego członu względem drugiego.
Przeguby pryzmatyczne
umoŜliwiają ruch liniowy
jednego członu względem drugiego. Będziemy uŜywać oznaczenia (R) dla przegubu
obrotowego i oznaczenia (P) dla przegubu pryzmatycznego, jak to pokazano na rys. 1. KaŜdy
przegub reprezentuje wzajemne połączenie dwóch członów, oznaczonych
l
1
oraz
l
i+1
. Oś
obrotu przegubu obrotowego lub oś, wzdłuŜ której następuje przemieszczenie w przegubie
pryzmatycznym, oznaczymy przez
z
i
,
dla przegubu łączącego człony
i, i+1. Zmienna
przegubowa,
oznaczona jako
θ
1
dla przegubu obrotowego i jako
d,
dla przegubu
pryzmatycznego, reprezentuje względne przemieszczenie sąsiednich członów.
Przeguby manipulatora mogą być napędzane elektrycznie, hydraulicznie lub
pneumatycznie. Liczba przegubów determinuje liczbę
stopni swobody
manipulatora. Zwykle
manipulator powinien mieć co najmniej sześć niezaleŜnych stopni swobody: trzy do
pozycjonowania i trzy do orientowania. Przy liczbie stopni swobody mniejszej niŜ sześć
manipulator nie moŜe osiągnąć kaŜdego punktu w przestrzeni z zadaną orientacją. Niektóre
zadania, takie jak sięganie wokół lub za przeszkodę, wymagają więcej niŜ sześciu stopni
swobody. Wraz ze wzrostem liczby stopni swobody manipulatora gwałtownie rośnie stopień
trudności jego sterowania. Manipulator mający więcej niŜ sześć stopni swobody jest
nazywany
manipulatorem kinematycznie redundantnym.
Na rys. 1. Przedstawiono sposób symbolicznego przedstawiania obrotowych
przegubów robota, natomiast na rys. 2 – przegubów pryzmatycznych.
Rys. 1. Graficzna reprezentacja przegubów obrotowych robota
Rys. 2. Graficzna reprezentacja przegubów pryzmatycznych robota
Przestrzeń robocza
manipulatora jest całkowitym obszarem, do którego sięga jego
końcówka robocza przy pełnych zakresach wszystkich moŜliwych ruchów manipulatora. Jest
ona ograniczona przez geometrię manipulatora, jak teŜ przez mechaniczne ograniczenia
zakresów ruchów w poszczególnych przegubach. Na przykład zakres ruchu przegubu
obrotowego moŜe być ograniczony do mniej niŜ 360°. W przestrzeni roboczej często
wyróŜnia się przestrzeń roboczą osiągalną i przestrzeń roboczą pełnej sprawności.
Przestrzeń
robocza osiągalna jest
całkowitym zbiorem punktów osiągalnych przez manipulator, podczas
gdy
przestrzeń robocza pełnej sprawności
składa się z tych punktów, które manipulator moŜe
osiągnąć z wyznaczoną orientacją końcówki roboczej. Oczywiście przestrzeń robocza pełnej
sprawności jest podzbiorem przestrzeni roboczej osiągalnej.
1.1. Ogólna klasyfikacja kinematyki
Manipulatory przemysłowe są co prawda urządzeniami ogólnego przeznaczenia,
jednak w praktyce zwykle projektuje się je z myślą o pewnej klasie zastosowań, jak np.
spawanie, przenoszenie materiałów lub montaŜ. Rodzaj zastosowania w duŜym stopniu
warunkuje wybór róŜnych parametrów konstrukcyjnych manipulatora, w tym takŜe jego
strukturę kinematyczną. Przykładowo montaŜ płytek drukowanych jest zadaniem
odpowiednim dla tzw. manipulatorów typu SCARA, podczas gdy tzw. manipulator sferyczny
moŜe lepiej obsługiwać prasę wykrawającą.
Do
klasyfikacji
manipulatorów moŜna stosować róŜne kryteria, takie jak ich
geometria, struktura kinematyczna, rodzaj zastosowania, dla którego manipulator został
zaprojektowany, sposób sterowania itp. W tym rozdziale przedstawimy głównie klasyfikację
manipulatorów na podstawie ich geometrii. Dzisiejsze manipulatory mają przewaŜnie sześć
lub mniej stopni swobody. Zwykle są one klasyfikowane kinematycznie, biorąc pod uwagę
ramię lub pierwsze trzy stopnie swobody; kiść jest opisywana osobno. Większość
manipulatorów naleŜy do jednej z pięciu grup typów geometrii:
stawowy
(RRR),
sferyczny
(RRP),
SCARA
(RRP),
cylindryczny
(RPP) lub
kartezjański,
(PPP).
1.1.1. Konfiguracja stawowa (RRR)
Manipulator
stawowy
jest nazywany równieŜ
manipulatorem obrotowym
lub
mani-
pulatorem antropomorficznym.
W grupie tej moŜna wyróŜnić dwa rozwiązania konstrukcyjne.
Pierwsze z nich to manipulator z łokciem (ang. elbow manipulator), którego przykładem jest
przedstawiony na rys. 3 manipulator PUMA.
Rys. 3. Manipulator UNIMATE PUMA 500
Budowę manipulatora z łokciem oraz związane z nim określenia przedstawiono rys. 4,
a na rys. 5 zilustrowano jego przestrzeń roboczą.
Rys. 4. Struktura manipulatora z łokciem
Rys. 5. Przestrzeń robocza manipulatora z łokciem: a) widok z boku, b) widok z góry
Drugie zaś rozwiązanie konstrukcyjne jest
strukturą
z
równoległobokiem
i polega ono
na połączeniu kolejnych stopni swobody, tak jak to ma miejsce w modelu T
3
735 firmy
Cincinnati Milacron,
pokazanym na rys. 6. W tej konstrukcji oś
z
2
jest równoległa do osi
z
1
,
a
obie osie
z
1
i z
2
są prostopadłe do osi
Z
0
.
Konfiguracja manipulatora z łokciem zapewnia stosunkowo duŜo swobody ruchu w
dość zwartej przestrzeni. Natomiast struktura z równoległobokiem, chociaŜ najczęściej mniej
zwinna niŜ manipulator z łokciem, ma rónieŜ wiele zalet, które czynią ją atrakcyjną i
popularną. NajwaŜniejszą cechą konfiguracji z równoległobokiem jest to,
Ŝe
silnik trzeciej osi
jest umieszczony na członie l. PoniewaŜ cały cięŜar silnika obciąŜa człon 1, człony 2 i 3 mogą
być lŜejsze, a przez to do ich napędzania mogą być uŜyte silniki o mniejszej mocy. RównieŜ
dynamika manipulatorów równoległobocznych jest prostsza niŜ manipulatorów z łokciem, co
w efekcie daje prostsze sterowanie.
Rys. 6. Manipulator T
3
735 firmy
Cincinnati Milacron
1.1.2. Konfiguracja sferyczna (RRP)
Jeśli w manipulatorze o konfiguracji stawowej trzeci przegub zastąpimy przegubem
pryzmatycznym, to otrzymamy konfigurację sferyczną pokazaną na rys. 7, a manipulator o tej
konfiguracji będziemy nazywać
manipulatorem sferycznym.
Rys. 7. Konfiguracja manipulatora sferycznego
Nazwa tej konfiguracji wywodzi się stąd,
Ŝe
współrzędne sferyczne, określające
połoŜenie końcówki roboczej względem układu współrzędnych o początku w przecięciu osi
z
1
i
z
2
, są takie same, jak trzy pierwsze zmienne przegubowe. Przykładem manipulatora o takiej
konfiguracji jest manipulator Stanforda (rys. 8), którego przestrzeń roboczą przedstawiono na
rys. 9.
Rys. 8. Manipulator Stanforda jako przykład manipulatora sferycznego
Rys. 9. Przestrzeń robocza manipulatora sferycznego

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin