ФМС.
СЛАЙД - ОБЩИЙ ВИД МР. Схема МР. Фото Кавасаки с навесным оборудованием.
Фильмы – примеры работы МР.
Промышленные – кавасаки с выставки.
Космические – SSRMS.
Вообще, механизм – это совокупность взаимосвязанных твёрдых тел, предназначенная для преобразования входов на одном или нескольких твёрдых телах в выходы на других твёрдых телах. Механиз совершает преобразование движений одних звеньев в движение других звеньев.
Звенья – это твёрдые тела, из которых образуется механизм. При этом имеются в виду как абсолютно твёрдые тела, так и деформируемые и гибкие тела. Звеном может быть одна деталь, либо несколько деталей, соединённых в одну неизменяемую систему.
Исполнительный механизм манипулятора (ИМ) – механизм, преобразующий движение входящих в его состав отдельных звеньев в движение ЗУМ.
Конструктивно ИМ состоит из нескольких тел (звеньев), связанных попарно.
Смежные звенья ИМ образуют кинематические пары.
Вообще, кинематической парой (сокращеннно, парой, в дальнейшем - КП) называют подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев. Всякая кинематическая пара ограничивает относительное движение соединяемых звеньев.
Кинематические пары принято классифицировать по числу степеней свободы, которое утрачивают соединяемые тела в относителном движении, при их соединении. В этой связи кинематические пары подразделяют на 5 классов. При этом движение сопряженных парой к -го класса тел определяется 6- к обощенными координатами.
Отметим, что каждое из тел может образовывать кинематические пары с несколькими телами.
Тогда число степеней свободы в относительном движении двух тел, сропряженных кинематической парой S-го класса равно
n = 6-S.
Два свободных тела образуют кинематическую пару 0-го класса. Два соприкасающихся тела образуют кинематическую пару 5-го класса, если в относительном движении эти тела имеют 1 степень свободы. Примерами КП 5-го класса служат вращательная (относительное движение тел – вращение вдоль одной оси), поступательная (относительное движение тел – линейное перемещение вдоль одной оси) и винтовая (одновременное взаимозависимое линейное перемещение и вращение вокруг одной и той же оси) пары.
В манипуляционных роботах применяются ИМ, включающие, в основном, кинематические пары 5-го класса – вращательные и поступательные. Отметим, что многие кинематические пары более высокого класса можно представить состоящими из нескольких кинематических пар 5-го класса.
Вращательные КП 5-го класса часто называют шарнирами.
В робототехнике наряду для обозначения КП 5-го класса часто применяется термин сочленение (joint).
Звено ИМ – отдельное твёрдое тело, входящее в состав ИМ. Исходя из определения звена ИМ как твёрдого тела следует, что это – фрагмент ИМ, заключенный между кинематическими парами, образованными соединением этого фрагмента с другими звеньями ИМ. Англоязычный аналог понятия звено – body.
Совокупность звеньев ИМ, связанных в кинематические пары – это кинематическая цепь ИМ.
Вообще, кинематическая цепь (КЦ) – это система звеньев, образующих между собой кинематичсеские пары.
Кинематические цепи бывают простыми и сложными.
Простой (линейной) кинематической цепью называется такая цепь, у которой каждое звено входит не более чем в две кинематические пары.
Сложной (разветвлённой) КЦ называется цепь, в которой имеется хотя бы одно звено, входящее более чем в две кинематическуие пары.
КЦ делятся на разомкнцутые и замкнутые.
Простая разомкнутая КЦ – простая КЦ, у которой есть звенья, входящие только в одну КП.
Простая замкнутая КЦ – простая КЦ, у которой каждое звено входит в две КП.
Сложная разомкнутая КЦ – такая сложная КЦ, в которой имеются звенья, входящие в одну КП.
Сложная замкнутая КЦ – такая сложная КЦ, в которой каждое звено входит, по крайней мере, в две КП.
Пример простой разомкнутой КЦ ИМ - манипулятор, перемещающийся в свободном пространстве. Его последнее звено образует кинематическую пару только с одним, предыдущим звеном.
Пример простой замкнутой КЦ ИМ – манипулятор, выполняющий контактную операцию. Все звенья МР, включая последнее, входят в состав двух кинематических пар.
Для механизмов используют понятия кинематической и структурной схем.
Структурная схема (структура) – условное графическое изображение механизма, схематически отображающее его функционирование, включающее условные изображения звеньев и КП без указания их размеров.
Кинематическая схема – чертеж механизма, отображающий его функционирование, включающий приближенное к реальному изображение конструкции звеньев и КП с указанием их размеров.
В робототехнике понятия кинематической и структурной схем часто отождествляются и применяются для схематического изображения кинематической цепи.
Используя введенные понятия (звено, кинематическая цепь), можно дать определение механизма, опирающееся на его структуру.
Механизм – это кинематическая цепь, в состав которой входит неподвижное звено (стойка) и число степеней свободы которой равно числу обощённых кординат, характеризующих положение цепи относительно стойки.
Движение звеньев механизмиа рассматривается по отношению к неподвижному звену – стойке.
Механизм называется плоским, если все его подвижные точки движутся в параллельных плоскостях.
Пространственным называется механизм, подвижные точки которого описывают неплоские траектории или траектории, лежащие на пересекающихся плоскостях.
ИМ МР, как правило, – пространственные механизмы.
Степень свободы – характеристика, определяющая возможность одного независимого перемещения.
Число степеней свободы – число независимых между собой возможных перемещений механической системы.
Степень подвижности механизма – число обобщенных координат механизма.
Пример структурной (кинематической) схемы (ИМ).
Перемещения отдельных звеньев ИМ осуществляются с помощью приводов.
Приводы МР – мехатронные системы.
Приводы МР осуществляют проеобразование (как правило, электрических) сигналов управления на их (приводов) входах в механические перемещения ИМ и, как следствие, ЗУМ манипулятора.
В составе приводов – (контроллеры, УПУ /силовая электроника/, двигатели, редукторы (МПД).
|
Одинарные стрелки – электрические сигналы. Двойные – механические перемещения.
Функционально приводы манипуляторов чаще всего являются следящими (СП), т.е. используют в основе своей работы разности между прикладываемыми извне управляющими воздействиями, соответствующих требуемым значениям выходных координат, и реальними значениями координат, формируемыми на сонове показаний датчиков сигналов обратных связей.
Следящие приводы – обязательные компоненты МР для работы в экстремальных средах, МР специального назначения, большинства промышленных роботов.
МР чаще всего устроены так, что один привод осуществляет относительное перемещение только смежных звеньев и только относительно одной оси ИМ (КП кинематически не связаны). Однако есть ипримеры ИМ, у которых перемещения отдельных КП взаимосвязаны (дифференциальные механизмвы передачи движения).
Суммарные перемещения ИМ происходят в результате работы всех приводов.
Манипулятор в целом осуществляет преобразование с помощью системы приводов сигналы управления на их (приводах) входах в механические перемещения рабочего органа манипулятора; благодаря приводам манипулятор перемещается в пространстве и взаимодействует с объектами.
Сигналы управления на входах приводов формирует система управления манипулятором.
В общем случае СУ манипулятором включает две системы ТСУ и ССУ.
Тактический уровень (СУ тактического уровня - ТСУ) – обеспечивает формирование сигналов управления манипулятором МР; здесь происходит преобразование сигналов управления движением ЗУМ, в сигналы управления приводами. ТСУ часто называют системой управления движением МР.
Стратегический уровень (СУ стратегического уровня - ССУ) – обеспечивает функционирование МР соответственно заданных целевых установок. На этом уровне обеспечивается формирование команд управления движением МР в пространстве, которые реализуются в ТСУ. ТСУ часто называют системой управления действиями МР.
Отметим, что манипулятор также имеет систему управления /СУ манипулятора/ = это комплекс средств управления (контроллеры), реализованных непосредственно в приводах шарниров. Для МР СУ манипулятора является исполнительной системой - ИСУ. С ее помощью обеспечивается преобразование сигналов управления ТСУ (сигналы управления приводами) – в механические перемещения шарниров и, соответственно – в перемещение манипулятора МР в пространстве.
МАНИПУЛЯЦИОННЫЙ РОБОТ:
Манипулятор: + СУ манипулятором:
ИМ+приводы Управление движением+ управление действиями
/Исполнительная /СУ тактического уровня + СУ стратегич. уровня/
система/
Общее управление МР строится по иерархическому принципу = ССУ – ТСУ – ИСУ. Высшим является ССУ, низшим – исполнительным – ИСУ.
Управление МР на всех уровнях осуществляется с использованием сигналов от датчиков информации (телевизионные, силомоментные, тактильные, ультразвуковые и т.д.) и средств человеко-машинного интерфейса.
ПРИМЕР: КМР ERA – ИСУ = ИМ+ЕЕ+система приводов;
ТСУ - управление свободным движением манипулятора, его самонаведение, движение в контакте; ССУ – управление действиями (Автосеквенции). В ERA деятельность планируется заранее (Off-line) с помощью специальной системы MPTE. Деятельность реализуется в виде последовательности элементарных операций – акций (команд).
Одна команда – одно действие. Содержание этого действия – элементарное перемещение, или др. операция.
Пример миссии (задачи, акции) ERA.
Примеры акций.
| |||||
| |||||
РАЗДЕЛ 1. КИНЕМАТИКА ИМ МР