Главная > Разное > Конструирование роботов
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

9.2. ДЕЙСТВИЕ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ

Конструкция робота должна выдерживать собственный вес (часто намного превышающий полезную нагрузку). Отсюда вытекают два различных требования: в неподвижном состоянии робот должен поддерживать заданную конфигурацию, несмотря на действие силы тяжести (т. е. не должен прогибаться), а при движении режим работы двигателей определяется тем, как направлены развиваемые ими усилия — по направлению силы тяжести или против нее. С другой стороны, усилие, необходимое для уменьшения влияния силы тяжести, часто намного превышает полезное усилие.

9.2.1. Действие силы тяжести на робот в неподвижном состоянии

Электродвигатели постоянного тока плохо приспособлены для поддержания постоянного момента, но поскольку почти всегда их устанавливают на редукторах, то возникают сухое трение и самоторможение передачи. В частности, необратимые передачи болт — гайка обеспечивают идеальную неподвижность робота.

С помощью гидродвигателей или гидроцилиндров можно непосредственно уравновешивать силы тяжести. Однако это техническое решение имеет два недостатка: сложность обеспечения безопасности в случае внезапного спада давления и расходование энергии в неподвижном состоянии (компенсация внутренних утечек).

Чаще всего эти трудности устраняются благодаря применению статического уравновешивания, которое при использовании необратимых связей или тормозных электромагнитных муфт обладает определенными достоинствами. В частности, оказывается несложно с помощью отключения гидравлических двигателей приводов использовать манипулятор в режиме ручного управления для прямого обучения или любого другого вмешательства человека-оператора в управление движением.

9.2.2. Действие силы тяжести на робот при движении

Независимо от типа расходуемой энергии приходится уравновешивать силу тяжести и при перемещениях манипулятора. Это позволяет использовать двигатели малой мощности, работающие в режиме, не зависящем от направления развиваемых ими усилий.

В общем случае не представляется возможным обеспечить полное уравновешивание, так как структура манипулятора

сильно изменяется в ходе выполнения производственной операции и нагрузка непостоянна. Однако для устранения причин, нарушающих равновесие, часто оказывается достаточно действия сухого трения.

Уравновешивание можно проводить разными способами.

9.2.3. Уравновешивание противовесами

На рис. 9.1 представлен очень простой случай — одно звено длиной I с закрепленной на его конце массой Эту массу при любом положении звена можно уравновесить массой расположенной на противоположном конце стержня длиной I (продолжении звена в противоположную сторону от сочленения), т. е.

Рис. 9.1. Уравновешивание противовесом.

Целесообразно длину рычага V выбрать такой, чтобы ограничивались не только габариты, но и полный момент инерции относительно оси сочленения:

9.2.4. Пассивное уравновешивание пружинами

Эта идея может вызвать удивление: пружина создает упругую силу реакции, пропорциональную ее удлинению, и создается впечатление, что при этом возможно лишь единственное положение равновесия, как в случае, показанном на рис. 9.2, который неприемлем на практике. На самом же деле следует учитывать, что в общем случае момент силы тяжести относительно данного сочленения является нелинейной функцией переменных кинематических пар, которую необходимо

обратить в нуль с помощью пружины. Проиллюстрируем этот способ на примере шарнира, изображенного на рис. 9.3. Требуется найти значения параметров пружины (жесткость k, первоначальную длину заданные положения креплений болтами на верхнем и нижнем звеньях и т.д.), при которых момент силы реакции пружины на звено относительно оси шарнира равен по величине и противоположен по направлению моменту, создаваемому силой тяжести.

Рис. 9.2. Уравновешивание пружиной при одном положении равновесия.

Рис. 9.3. Уравновешивание пружиной независимо от положения равновесия.

Обозначим длину звена через I, а координаты точки крепления в системе, связанной с нижним звеном через и расстояние от точки крепления на верхнем звене до оси через Тогда получим следующее выражение для момента силы пружины:

Этот момент должен уравновесить момент силы тяжести тела массой

Видно, что равновесие не может быть точным. Оптимальное решение внутри интервала получается путем варьирования свободных параметров:

Для того чтобы действие пружины было одинаковым относительно среднего положения естественно положить что следует из условий равновесия в вертикальном положении. Уравновешивание будет тем точнее, чем ближе ось

сочленения к креплению к нижнему звену и дальше от крепления к верхнему (выходному) звену: Таким образом, условие равновесия будет иметь вид

9.2.5. Активное уравновешивание с помощью силового цилиндра

В данном способе уравновешивающая сила имеет постоянную величину независимо от системы управления данным сочленением, однако ее направление может изменяться так, чтобы изменения создаваемого ею момента относительно оси сочленения и момента силы тяжести подчинялись бы одинаковому закону. При этом обычно используются пневматические силовые цилиндры одностороннего действия (рис. 9.4).

Рис. 9.4. Уравновешивание с помощью силового цилиндра.

Для приведенного выше примера выражение для момента создаваемого силой реакции силового цилиндра, имеет вид

Равновесие в вертикальном положении возможно при условии . В других положениях приближенное равновесие имеет место, если где

Данное решение выгодно отличается от уравновешивания пружинами тем, что динамические характеристики

(собственные частоты и т.д.) меняются не очень сильно. Кроме того, в обоих рассмотренных способах момент инерции всей системы изменяется меньше, чем при уравновешивании противовесами.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление