Структура промышленных роботов

Промышленный робот — это автоматическая машина, представляющая собой совокупность манипулятора и перепрограммируемого устройства управления для выполнения функций, заменяющих человека при перемещении предметов производства или технологической оснастки.

Для перемещения тела в пространстве и для его произвольной ориентации исполнительный механизм должен иметь не менее шести степеней подвижности: три — для осуществления транспортных (переносных) движений и три — для ориентирующих движений. Примером служит человеческая рука, которая имеет от предплечья до фаланг пальцев 22 степени подвижности, что и предопределяет универсальные возможности человека при выполнении им производственных функции.

Степени подвижности руки человека (а) и антропоморфного механизма (б) Однако, как следует из рисунка, вся совокупность движений руки человека может быть сведена к транспортным (переносным) движениям X, Y, Z в декартовой системе координат и ориентирующим движениям, относительно соответствующих координат. Поэтому эквивалентом человеческой руки может быть механизм, имеющий ту же совокупность движений, к которой в общем случае сводятся движения человеческой руки. Такой механизм является промышленным роботом с шестью основными степенями подвижности X, Y, Z и ,.

Кинематическая структура промышленных роботов и их двигательные возможности определяются видом и последовательностью расположения кинематических пар.

Кинематические пары: а — поступательная, б… д — ротационные В свою очередь, требуемый характер движения рабочих органов промышленного робота, при выполнении вспомогательных и технологических операций и переходов, определяется производственными условиями. Три поступательные пары, оси которых взаимно перпендикулярны, реализуют схему промышленного робота, работающего в прямоугольной системе координат, с зоной обслуживания в виде параллелепипеда; две поступательные пары и ротационная пара, ось вращения которой параллельна плоскости, образованной направлением осей поступательных пар, реализует схему промышленного робота, работающего в цилиндрической системе координат с зоной обслуживания в виде полного цилиндра; две ротационные пары и одна поступательная реализует схему промышленного робота, работающего в сферической системе координат с зоной обслуживания в виде полной сферы; три ротационные пары реализуют схему робота, работающего в ангулярной системе координат.

Геометрия зон обслуживания промышленного робота, работающего в прямоугольной (а), цилиндрической (б), сферической (в), ангулярной (г) системах координат В общем случае промышленный робот содержит манипулятор, средства очувствления, устройство управления и пульт оператора. Промышленный робот может быть оснащён ещё устройством передвижения.

Манипулятор (М) обычно представляет собой многозвенный механизм с числом степеней подвижности от 3 до 9 и поступательными или вращательными сочленениями, заканчивающийся рабочим органом в виде захватного устройства или какого-либо специального технологического инструмента (пульверизатора, гайковерта и т. п.). Рабочий орган может быть сменным.

Каждая степень подвижности имеет двигатель, механизм передачи движения и исполнительное звено. Существуют манипуляторы с одним двигателем на несколько степеней подвижности, снабженные механизмами распределения движения (например муфтами и т. п.).

Пульт оператора часто конструктивно монтируется в устройство управления (УУ). Он предназначен для ввода и контроля выполнения задания. Устройство управления, кроме пульта оператора, обычно содержит, запоминающее устройство (ЗУ), в котором хранятся программы робота и другая информация, вычислительное устройство (ВУ), в котором реализуется алгоритм управления роботом и устройство управления двигателями, а точнее, блок управления приводами манипулятора (БУП).

Промышленные роботы классифицируются по следующим признакам:

• 1. По техническим возможностям:
  • — по числу манипуляторов — у роботов в большинстве случаев ограничено одним манипулятором, однако в зависимости от назначения существуют конструкции роботов с двумя, тремя и четырьмя манипуляторами.
  • — по быстродействию — быстродействие манипулятора определяется скоростью его перемещения по отдельным степеням подвижности, быстродействие разделяют на три группы:
  • — малое — при линейных скоростях по отдельным скоростям подвижности до 0,5 м/с;
  • — среднее — при линейных скоростях свыше 0,5 до 1 м/с;
  • — высокое — при линейных скоростях свыше 1 м/с.
  • — по точности движений — точность манипулятора характеризуется результирующей погрешностью позиционирования или обработки заданной траектории, точность роботов общего применения разделяют на три группы:
  • — малая — при линейной погрешности от 1 мм и выше;
  • — средняя — при линейной погрешности от 0,1 до 1 мм;
  • — высокая — при линейной погрешности менее 0,1 мм.
  • — по грузоподъемности — обуславливаются грузоподъемностью его манипуляционных устройств, грузоподъемность манипулятора определяется массой перемещаемых им объектов и делятся на:
  • — сверх легкие — до 1 кг;
  • — легкие — от 1 до 10 кг;
  • — средние — от 10 до 200 кг;
  • — тяжелые — от 200 до 1000 кг;
  • — сверх тяжелые — свыше 1000 кг.
  • — по типу приводов — используемых в роботах, делятся на:
  • — пневматический;
  • — гидравлический;
  • — электрический;
  • — комбинированный.
• 2. По числу степеней свободы (подвижности): от 2 до 9 степеней подвижности.
• 3. По технологическому назначению — делятся на:
  • — сварочные;
  • — сборочные;
  • — покрасочные.
• 4. По возможности передвижения — делятся на:
  • — стационарные;
  • — передвижные.
• 5. По способу установки на рабочем месте — делятся на:
  • — напольные;
  • — настенные;
  • — потолочные;
  • — встроенные;
  • — подвесные.
• 6. По работе в системе координат — делятся на:
  • — прямоугольные;
  • — цилиндрические;
  • — сферические;
  • — угловые вертикальные;
  • — угловые горизонтальные;
  • — сложно-цилиндрические;
  • — сложно-сферические;
  • — комбинированные.
• 7. По характеру выполнения операций — делятся на:
  • — операционные;
  • — обслуживающие.
• 8. По способу программирования — делятся на:
  • — жестко программируемые;
  • — аналитически программируемые;
  • — обучаемые.
• 9. По специализации — делятся на:
  • — специальные;
  • — специализированные;
  • — универсальные.
• 10. По унификации и агрегатно модульности построения — делятся на:
  • — индивидуальные;
  • — модульные;
  • — агрегатно-модульные.
• 11. По характеру систем управления — делятся на:
  • — цикловые — рабочий орган манипулятора робота перемещается по дискретной траектории с ограниченным числом остановки (4−12);
  • — позиционные — рабочий орган манипулятора робота, перемещается по дискретной траектории, с большим числом остановок;
  • — контурные — рабочий орган перемещается по непрерывной траектории.