Общие вопросы проектирования манипуляторов

По мере развития машиностроения прежде всего автоматизировались наиболее сложные и трудоемкие операции, связанные с изменениями формы и размеров изделий. Загрузка и разгрузка технологического оборудования осуществлялись обычно вручную или простейшими средствами механизации. В последнее время в связи с задачами комплексной автоматизации производства и освоения новых областей деятельности человека (под водой, в опасных средах, в космосе) большое внимание уделяется автоматизации операций манипулирования — перемещения и ориентации изделий и инструмента.

Манипуляторы при свободном перемещении рабочего органа представляют собой пространственный механизм с разомкнутой кинематической цепью. Его звенья связаны кинематическими парами пятого класса (вращательными или поступательными), оснащенными приводами. Каждая такая кинематическая пара с приводом обеспечивает одну степень подвижности манипулятора. Число, вид и взаимное расположение степеней подвижности определяют манипуляционные возможности устройства.

Манипуляторы оснащаются захватными устройствами, предназначенными для захватывания и удержания объекта манипулирования — обрабатываемого изделия или обрабатывающего инструмента. Захватное устройство и инструмент называют рабочим органом манипулятора. Захватное устройство, в котором захватывание и удержание производятся относительным перемещением его частей, называется схватом.

При выполнении разнообразных, часто заранее непредвиденных работ используют манипуляторы, управляемые человеком с помощью органов управления, установленных стационарно (дистанционно-управляемые манипуляторы) или вблизи схвата (погрузочные манипуляторы). Погрузочные манипуляторы можно оборудовать специальными автоматическими устройствами уравновешивания. Такой сбалансированный манипулятор человек легко перемещает незначительным усилием руки. Среди дистанционно-управляемых манипуляторов можно выделить копирующие манипуляторы; у которых в качестве органов управления используют задающие манипуляторы, выполненные либо в виде точной копии рабочего манипулятора, либо в некотором масштабе к нему.

Для автоматизации повторяющихся операций манипуляторы снабжаются системой программного управления. Манипуляторы с малым количеством степеней подвижности (n =1÷3), работающие по жесткой программе, называют автооператорами. Однако эти признаки условны, так как любое автоматическое устройство обычно предусматривает возможность перенастройки, в том числе замену механического программоносителя — кулачка. Свободно программируемые автоматические манипуляторы с большим числом степеней подвижности (п =5÷6), используемые в промышленном производстве, называют промышленными роботами (ПР).

Различают две основные системы управления ПР: позиционную и контурную. В позиционной системе управления программируется только последовательность точек, в которых должен останавливаться рабочий орган, и порядок их прохождения. Перемещение между запрограммированными точками позиционирования происходит по случайным, неконтролируемым траекториям. Частный случай позиционного управления, отличающийся малым количеством точек позиционирования (от двух до пяти по каждой степени подвижности) и, как правило, фиксацией в этих точках с помощью упоров, называют цикловым управлением. В контурной системе управления программируются и воспроизводятся траектории движения любой формы.