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

6.2. МЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДВИЖЕНИЯ

6.2.1. Основные положения

Технические условия передачи определяются заранее на основе выбранного числа критериев оптимизации и параметров, характеризующих конкретные условия работы системы передачи движения. Приведем некоторые из них. Критерии качества передачи в основном связываются с массами (или моментами инерции), перемещающимися .при движении вокруг некоторой «оси» робота. При этом требование малых инерционных нагрузок несовместимо с требованиями высокой жесткости (для «жестких» роботов) или пониженного трения (в «гибких» роботах или телеманипуляторах). Зазоры в соединениях также повышают уровень требований к устройствам передачи движения (как следствие получения заданной точности). Конкретные воплощения системы передачи движения в конструкции определяются некоторыми элементами, которые были рассмотрены выше: типом привода (для вращательного или поступательного движения, электрический или гидравлический), видом кинематической структуры и положением кинематических пар, которые должны приводиться в движение двигателями.

Примечание. Иногда система передачи движения является неотъемлемой частью всей конструкции, а круг решаемых задач, в частности по нагрузке, не очерчен достаточно четко. Примеры, приведенные в конце главы, иллюстрируют особенности конструкторских решений рассматриваемой концепции.

6.2.2. Анализ технических условий работы системы передачи движения

Выходные характеристики приводов. Приводы характеризуются в основном параметрами, которые связаны с усилиями, развиваемыми ими во время работы, со скоростями, с массой или моментом инерции. В качестве примера приведем значения скоростей вращения приводов двух типов. Для электрических двигателей постоянного тока номинальные значения скоростей вращения выходного вала находятся в интервале 2000— -3000 об/мин, а для аксиально-поршневых гидравлических двигателей — в интервале 1000—2500 об/мин.

Выходные характеристики управляемого сочленения. Управление сочленением кинематической пары также предъявляет определенные требования к конечному звену системы передачи движения по скорости и усилию. Например, в технологических

процессах сборки и окраски допустимые скорости перемещения конечного звена робота находятся в пределах 1-3 м/с, а скорости поворота — в интервале 25—20 об/мин.

Передача мощности на расстояние. В самом общем случае-функция системы передачи движения заключается в передаче на заданное расстояние механической мощности, которая может быть представлена как произведение усилия на скорость. Скорость может быть постоянной или переменной.

В технические условия входят, в частности, номинальная мощность, отношение скоростей на входе и выходе, положение привода по отношению к звеньям и сочленениям манипулятора. Отметим, что ротор и статор двигателя не обязательно должны быть жестко связаны с одним из звеньев, сочленение которого» соединяется с двигателем (рис. 6.5, а и б).

Жесткость и момент инерции в системах передачи движения Поиск путей улучшения рабочих характеристик, экстремальных, по жесткости, приводит к разработке механизмов с очень большими размерами, а следовательно, с повышенными моментом инерции и массой, и к приводам большой мощности. В результате этого отношение массы робота к массе полезной нагрузкиг оказывается очень большим.

Поэтому при поиске решений конструкций механических систем передачи движения с наилучшими характеристиками по массе и моменту инерции необходимо следующее:

• Использовать материалы с максимальным отношением К сожалению, этот критерий оставляет мало свободы выбора. В самом деле, только одни композитные материалы дают по нему повышенный выигрыш в 2—3 раза (для наиболее распространенных промышленных материалов флуктуации этого соотношения составляют менее Стоимость изделий из подобных материалов, несмотря на прогресс в авиационной промышленности, до сих пор еще высока. Кроме того, изготовление неоднородных соединений «композиты — металлы и сплавы» является не простой операцией. Очень часто для получения неподвижных соединений между ними используется титан, так как он обладает почти такими же упругими свойствами.

• Определить форму и размеры всех деталей, составляющих систему передачи движения, их связи, производя оптимальное распределение как самих деталей (гл. 2, разд. 2.6.2.), так и материалов, из которых они изготовлены.

• Использовать в качестве связи звеньев в кинематические пары соединения с трением качения (или подъемную силу жидкости или газов в некоторых частных случаях) на основе оптимизации критерия жесткость/масса. В разд. приведены элементы, по которым можно сравнить характеристики различных видов подвижных сочленений. По критерию жесткость

(кликните для просмотра скана)

(кликните для просмотра скана)

масса связи с трением качения при линейном контакте обладают заметными преимуществами по сравнению с другими связями.

• В системах передачи движения с зубчатым зацеплением отдается предпочтение связям с трением скольжения. В этом случае жесткость является линейной функцией ширины зуба, а следовательно, и массы. Однако стоимость такой передачи, определяемая сложностью технологических операций и точностью изготовления, увеличивается с повышением жесткости.

• Найти явное выражение наилучшего соотношения жесткость/ момент инерции. Это требование наиболее трудно выполнить, так как оно связано с выбором принципиальной кинематической схемы.

Рис. 6.6. (см. скан) Следящий привод с аксиально-поршневым гидромотором и кодирующим устройством. (Фирма DONZELLI - MOOG.)

Отметим, что наилучшие рабочие характеристики достигаются тогда, когда передаточный механизм содержит наименьшее число компонент, стабильные простейшие подвижные сочленения звеньев и как можно меньше деталей, испытывающих деформацию изгиба или кручения.

Мертвый ход и трение. В системах передач, используемых в роботах, мертвый ход является основной причиной случайных возмущений в законе, описывающем кинематику передачи. Это наиболее ярко проявляется тогда, когда датчики внутреннего состояния системы устанавливаются в непосредственной близости от приводов. На рис. 6.6 показан пример применения аксиально-поршневого гидромотора, обслуживающего «кисть» робота, предназначенного для технологических операций сварки или пайки. В состав этого блока входит кодирующее устройство,

информация которого ошибочна, если в системе передачи движения возникают погрешности мертвого хода, обусловленные вероятными зазорами в подвижных сочленениях вдоль кинематической цепи (рис. 6.7).

Рис. 6.7. (см. скан) Системы передачи движения «горизонтальной» кисти робота фирм АСМА и RENAULT.

Решение этой проблемы заключается в устранении зазоров в соединениях, которые возникают не только при монтаже конструкции, но также в процессе ее функционирования, с целью компенсации эффекта износа. Однако использование напряженных соединений, элементы которых упруго деформированы для устранения зазора, или соединений с регулированием зазора приводит к увеличению трения.

Частичное статическое уравновешивание. Поиск решений проблемы компенсации влияния силы тяжести рассматривается в гл. 7. В данном разделе можно, исходя из общих положений, отметить тот интерес, который представляют частично сбалансированные конструкции. Такие конструкции позволяют свести к минимуму размеры приводов и избежать опасных движений звеньев манипулятора, если отсутствуют соответствующие предохранительные устройства.

Требование статической балансировки оказывается решающим в определении местоположения электродвигателей (повышенной массы) и связанных с ними редукторов в конструкции манипуляторов (рис. 6.8).

Рис. 6.8. (см. скан) Сборочный робот PUMA. (Фирма UNIMATION.)

Сведение к минимуму кинетической энергии. Вероятность выхода из строя механизма передачи движения от случайных повреждений тем выше, чем выше кинетическая энергия. Это приводит к необходимости сведения к минимуму момента инерции элементов конструкции механизма (таких, как входной вал или первая ступень редуктора), движущихся с большой скоростью.

Разрешение всех противоречий, обусловленных техническими условиями работы системы передачи движения, о которых говорилось выше, может быть осуществлено самыми различными способами. В основном в робототехнике применяют механизмы с зубчатым зацеплением, шарнирно-рычажные механизмы, ременные и цепные передачи и т. д.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление