Манипуляторы систем позиционирования

Рассмотренные выше координатные столы точного позиционирования обеспечивают преимущественно перемещение объекта в горизонтальной плоскости и поэтому являются частью более сложной системы объемного манипулирования.

Они работают обычно в паре с манипулятором (механической рукой), который производит захват, установку и съем изделий с координатного стола, укладку их в горизонтальные и вертикальные магазины, наполнители, сопряжение элементов сборки в позиции и т.д.

Конструкция и кинематика манипуляторов предусматривает использование декартовой (прямоугольной), цилиндрической и сферической системы координат.

Наименьшее значении суммарной погрешности позиционирования схвата манипулятор имеет место при реализации прямоугольной системы координат, а наибольшее – в сферической.

Другим преимуществом кинематической схемы, реализующей прямоугольную систему координат, является сохранение ориентации объекта в пространстве в процессе его перемещения.

Манипуляторы, использующие сферическую систему координат, как правило, более громоздки, имеют более сложную систему управления, кинематику, конструкцию привода и сочленений.

Процесс перемещения объекта манипулятором по любому заданному направлению состоит из трех этапов: разгона, установившегося движения и торможения.

Обеспечение высоких скоростей при трехэтапном движении связано с возникновением значительных динамических нагрузок, которые нарушают точность позиционирования из-за деформации и колебаний в передающих звеньях манипулятора.

Следует помнить, что жесткость упругих звеньев цепи пропорциональна квадрату быстродействия системы.

Точность позиционирования и быстродействие манипулятора в значительной мере определяются параметрами вынужденных собственных колебаний элементов его конструкции и временем их затухания.

Интенсивность и продолжительность колебательных движений звеньев зависит от принятого закона движения звеньев, а параметры собственных колебаний определяется жесткостью конструкции и приведенной массой.

Для маложестких конструкций необходимо по возможности задавать безударный закон движения, например, синусоидальный.

Резкое увеличение упругого смещения исходного звена происходит при отношении ω_в/ω_с > 0,4-0,5, где ω_в – частота изменения возмущающей силы (время торможения), ω_с - частота собственных колебаний.

Для реализации быстрого и плавного торможения (с минимальными колебаниями) время торможения должно быть равно:

, (5.12)

где T_с = 2π/ω_с – период собственных колебаний системы.

Из этой формулы следует. что время торможения подвижных звеньев – порядка одного периода основного периода основной гармоники колебаний.

Влияние второй гармоники на колебательное движение руки манипулятора уже незначительно и им можно пренебречь.

Время торможения является частью времени t общего перемещения манипулятора:

, (5.13)

где S – общее перемещение; V_y – установившаяся скорость; k = S_T/S’, S_T – путь торможения.

Средние скорости разгона и торможения можно принять равными:

Если положить t_Т ≈ T_c, то уменьшение пути торможения (величины k) будет связано с уменьшением T_c или увеличением ω_с. Оптимальное значение k = 0,2-0,3. Дальнейшее увеличение k не снижает t_Т (и, следовательно, t), требует увеличения параметров манипулятора.

В отечественной и зарубежной литературе широко представлены схемы и конструкции различных манипуляторов промышленных роботов для машиностроения и приборостроения. Поэтому в качестве примера рассмотрим схему манипулятора, предназначенного для захвата и перемещения микроминиатюрных объектов.

Микроманипулятор (рис.) работает в цилиндрической системе координат и состоит из захватного органа 8 (в данном случае вакуумного закрепленного на подвижной каретке 7, с тросовым приводом 6, размещенным в пустотелой руке 5 манипулятора).

Поворот руки в горизонтальной плоскости осуществляется цилиндрической зубчатой парой 11, через направляющую 4 и скользящую шпонку 10. Уменьшение радиуса вылета захвата 8 происходит при накручивании троса 6 на барабан 3, а увеличение – под действием пружины 9.

Барабан 3 вращается с помощью ременной передачи 2 с качающимся шкивом 1 и зубчатой конической пары 17. Манипулятор приводится в действие электродвигателем 16, а моменты включения приводов различных движений и их длительность устанавливает программатор (на рис. не показан) с помощью электромагнитных муфт 13, 14, 15.

Захватный орган манипулятора выполняется обычно съемным с целью расширения диапазона перемещаемых изделий.