И робототехнические системы

Глава 5. Области применения роботов и робототехнических систем.
Классификация промышленных роботов
и их технические характеристики
Робот является сложным техническим устройством, создаваемым на основе мехатронного подхода, состоящим из манипулятора и системы управления и предназначенным для перемещения предметов труда в пространстве.
В качестве предметов труда могут выступать:

• 
  в машиностроении: заготовки, детали, инструмент, емкости с расплавленным металлом и т. п.;
  
• 
  в атомной промышленности: стержни радиоактивного материала, крышки люков, приборы контроля и т. п.;
  
• 
  в исследовательских (информационных) роботах: теле- и видеокамеры, буровые инструменты, космические модули и т. п.;
  
• 
  в роботах для экстремальных условий: специальные устройства по обработке местности, навесные орудия для обработки земли, поверхности зданий и т. д.
  

В роботе для выполнения двигательных функций используется манипулятор, представляющий собой ряд кинематических звеньев, соединенных между собой кинематическими парами (рис. 5.1).
Одно из звеньев является стойкой и оно неподвижно, а другие могут совершать управляемые движения благодаря воздействию со стороны приводов.
В манипуляторах роботов используются одноподвижные вращательные или поступательные кинематические пары пятого класса.
Распространенность в манипулято­рах роботов одноподвижных ки­не­ма­ти­ческих пар пятого класса объясняется тем, что такие пары обеспечивают относительное движение образующих их кинематических звеньев относительно друг друга по одной координате, а следовательно, для перемещения одного звена относительно другого требуется один привод.
Силовое воздействие приводов на звенья манипулятора формируется в соответствии с управляющими сигналами, поступающими от системы управления робота, которые, в свою очередь, формируются в соответствии с заданным движением схвата, а также с учетом состояния робота и окружающей технологической среды. Таким образом, под воздействием приводов робота звенья манипулятора и его схват будут совершать вполне определенные перемещения в пространстве.
Для роботов наиболее характерны два типа заданий на перемещение схвата:

1. 
   П еремещение от одной точки к другой за заданный период времени – позиционное управление. В этом случае задаются координаты начальной, промежуточных и конечной точек (рис. 5.2). Траектория движения схва­та и скорость его движения между точками не регламентируется. Понятно, что число таких точек может быть неограниченно большим. Существенным моментом является то, что в каждой точке схват должен сделать остановку. Значит, каждую пару соседних точек можно рассматривать как начальную и конечную. Частным случаем позиционного управления является цикловое управление, когда схват должен совершать движение между двумя точками: начальной и конечной. Примером позиционного и циклового управления может быть движение от места хранения заготовки к приспособлению станка, перенос инструмента от одной точки разметки до другой и т. д.
   

Для такого управления характерно то обстоятельство, что в начальной и конечной точках скорость и ускорения схвата должны быть равными нулю.

2. 
   Перемещение схвата по заданной траектории и заданному во времени закону движения по этой траектории – контурное управление. В этом случае задается траектория движения схвата во времени, то есть задается закон движения схвата по координатам x, y, z в виде: x = x(t); y = y(t); z = z(t), а также ориентация схвата при движении по траектории в функции времени. Ориентация схвата в пространстве может задаваться либо с использованием углов Эйлера:  = (t),  = (t),  = (t), или с помощью направляющих косинусов (с помощью углов между осями координат инерциальной системы координат и осями координат схвата) , , .