11. Основные понятия: промышленный робот (пр), манипулятор, мобильный робот, механическая система манипуляционного робота.

Промышленный робот - устройство (машина) с программным или дистанционным управлением, предназначенное для замены человека в производственных процессах.

Промы́шленный ро́бот — предназначенный для выполнения двигательных и управляющих функций в производственном процессе манипуляционный робот, т. е. автоматическое устройство, состоящее из манипулятора и перепрограммируемого устройства управления, которое формирует управляющие воздействия, задающие требуемые движения исполнительных органов манипулятора. Применяется для перемещения предметов производства и выполнения различных технологических операций.

Манипуля́тор — механизм для управления пространственным положением орудий, объектов труда и конструкционных узлов и элементов. Основу манипуляторов составляют пространственные механизмы со многими степенями свободы. Манипуляторы выполняют работы в средах, недоступных или опасных для человека, вспомогательные работы в промышленном производстве.

Мобильный робот — это робот, который может самостоятельно передвигаться и перемещаться в пространстве. Есть три больших класса мобильных роботов: первый — это наземные роботы, второй — воздушные, третий — морские. Морские роботы бывают подводные и надводные. Надводные роботы - это прежде всего катера: радиоуправляемые либо с автономным управлением. Разнообразие подводных роботов гораздо больше: это и глубоководные погружаемые автоматы, и всевозможные военные роботы-саперы.

Механическая система манипуляционного робота служит для перемещения рабочего органа или предмета, находящегося в нем, из одного положения в другое в пределах рабочей зоны по произвольной или заранее заданной траектории с необходимой точностью. Конструктивно механическая система состоит из манипулятора и системы приводов его звеньев. Для подвижных роботов механическая система дополняется устройством передвижения, на котором располагается манипулятор.

Манипулятор робота обычно представляет собой многозвенный шарнирный механизм с заданным числом степеней подвижности и разомкнутой кинематической цепью, заканчивающийся кистью — захватным устройством для захватывания объекта манипулирования.

12. Классификация ПР. Кинематические структуры манипуляционных систем ПР. Системы координат ПР. Зоны обслуживания. Коэффициент сервиса. Структурные схемы ориентирующих (кистевых) механизмов манипуляционных роботов.

1. По виду производства промышленных роботов делят на специальные, специализированные и универсальные.

-Специальные выполняют определенную технологическую операцию или вспомогательную модель оборудования;

-Специализированные выполняют операции одного вида, например сварку, сборку и обслуживают определенную группу моделей оборудования;

-Универсальные являются наиболее усовершенствованными представителями промышленных роботов, служат для выполнения разных операций и функционируют с оборудованием различного назначения ( разнородных операций ).

2. По грузоподъемности различают

-сверхлегкие (грузоподъемность не более 1 кг.),

-легкие (грузоподъемность от 1 до 10 кг.),

-средние (грузоподъемность от 10 до 200 кг.),

-тяжелые (грузоподъемность от 200 до 1000 кг.),

-сверхтяжелые (где грузоподъемность свыше 1000 кг.).

3. По возможности передвижения промышленных роботов подразделяют на:

-Стационарные имеют ориентирующие и транспортирующие движения;

-Транспортирующие дополнительно к этим двум движениям (ориентирующие и транспортирующие) и координатные перемещения.

4. По числу степеней подвижности выпускают роботы с количеством осей до 6 (шести).

5. По способу установки промышленных роботов делят на

-встроенные (хотя встроенные промышленные роботы и считаются компактными в плане габаритов, но при этом они обслуживают только один станок),

-подвесные

-напольные (возможность обслуживания до 2-х и более станков, но при этом они имеют более сложные задачи, например обеспечить смену инструмента).

6. По виду управления ПР различают:

-Роботы с погромным управлением (цикловым, числовым, позиционным и контурным);

-Роботы с адаптивным управлением (промышленные роботы с адаптивным управлением имеют измерительные устройства и устройства для восприятия внешней среды, управляющая программа или УП в этом случае не должна содержать всю необходимую информацию).

7. По способу программирования различают промышленных роботов программируемые обучением ( по методу обучения оператор, управляя промышленным роботом приводит его из одного конечного положения в другое через серию точек, которые фиксируются в запоминающем устройстве промышленного робота и при обработке следующих деталей захватное устройство будет двигаться по этим точкам) и аналитические (путем расчета программ).

Различают три вида движений ПР:

-глобальные — это перемещения на расстояния, превышающие размеры самого робота. Возможность совершать глобальные движения определяется мобильностью робота, который снабжается для этой дели подвижным основанием;

-региональные (переносные) — перемещения рабочих органов ПР в различные зоны рабочего пространства, определяемые размерами кинематических звеньев стационарных роботов. Региональные движения относятся к внутри-операционным перемещениям;

-локальные (ориентирующие) — перемещения рабочих органов, соизмеримые с их размерами, за счет которых обеспечивается требуемая ориентация манипулируемого объекта в зоне технологического или вспомогательного оборудования.

В зависимости от кинематической структуры и компоновки манипулятора его рабочий орган с помощью переносных степеней подвижности может совершать движения в той или иной системе координат и находиться в рабочем объеме, имеющем различную геометрическую форму. Различают четыре основных системы координат, в которых могут работать манипуляторы ПР — прямоугольная, цилиндрическая, сферическая и сложная полярная (ангулярная).

Манипуляторы, работающие в прямоугольной системе координат, имеют переносные степени подвижности, которые обеспечивают независимое, раздельное изменение соответствующих им координат x,y и z положения рабочего органа. Рабочая зона этих манипуляторов имеет форму параллелепипеда и реализуется тремя поступательными парами. ПР данного типа имеют весьма высокую точность позиционирования и большую грузоподъемность, но недостаточно гибки. Пригодны для выполнения операций сборки, установки и съема деталей при механической обработке, транспортировки и укладки грузов.

Манипуляторы, работающие в цилиндрической системе координат, имеют переносные степени подвижности, которые обеспечивают независимое изменение соответствующих им координат r, f и z положения рабочего органа. Рабочая зона этих манипуляторов имеет форму цилиндра и реализуется двумя поступательными и одной вращательной парами.

Манипуляторы, работающие в сферической системе координат, имеют переносные степени подвижности, которые обеспечивают независимое изменение соответствующих им координат r, f и z положения рабочего органа. Рабочая зона этих манипуляторов имеет вид усеченного шара и образуется одной поступательной и двумя вращательными степенями подвижности.

Манипуляторы, работающие в сложной полярной или ангулярной системе координат, имеют три вращательные степени подвижности, первая из которых обеспечивает вращение звеньев вокруг вертикальной оси, а две другие — вокруг параллельных горизонтальных осей, перпендикулярных первой оси. Рабочая зона данного типа манипуляторов имеет объем, ограниченный двумя сферами, имеющими общий геометрический центр.

Зоной обслуживания (рабочей зоной) называется часть рабочего объема манипулятора. В которой можно выполнить данную операцию, характеризуемую расположением захвата по отношению к объекту манипулирования. Для каждой точки объема манипулятора можно определить некоторый телесный угол y, внутри которого захват можно подвести к этой точке. Этот угол называется углом сервиса.

Отношение называется коэффициентом сервиса в данной точке. Значение этого коэффициенты может меняться от 0 до 1.

13. Проектирование механических систем манипуляционных роботов. Построение опорно-поворотных узлов. Построение узлов качания и вращения. Построение узлов поступательного перемещения. Примеры механических систем ПР различного назначения.

Механическое проектирование с помощью компьютера (англ. Mechanical Computer-Aided Design, MCAD) — автоматизированное проектированиемеханических устройств. В российской практике используется термин машиностроительные САПР.

MCAD-системы отличаются от прочих (CAD) своими областями приложения, которые включают в себя:

• автомобильную промышленность,

• авиакосмическую промышленность,

• производство товаров народного потребления,

• машиностроение,

• судостроение.

• Опорно-поворотные устройства - это крупногабаритные ролико- или шарикоподшипники, воспринимающие радиальные, осевые, а также комбинированные нагрузки. Такиеповоротные механизмы обеспечивают вращательное или осциллирующее движение. Наиболее часто опорно-поворотные подшипники применяются в механизмах поворотаэкскаваторов, кранов, ветродвигателей, трелевочных тракторов и т.д.

• Опорно-поворотный механизм обычно имеет отверстия для крепления его к нижней раме, относительно которой вращается поворотная платформа, а также отверстия для смазки и уплотнения. Такие механизмы поворота отличаются компактностью и экономичностью исполнения, поскольку в них не входят многие детали, применяемые в узлах с классическими подшипниками.

• Классификация опорно-поворотных устройств

• По расположению зубчатого венца:

•  с наружным зацеплением;

•  с внутренним зацеплением;

•  без зубчатого венца.

• По типу подшипника:

•  шариковые опорно-поворотные устройства;

•  роликовые опорно-поворотные устройства;

• По устройству опорно-поворотного подшипника:

•  однорядные на базе шарикоподшипников;

•  однорядные на базе роликоподшипников;

•  двухрядные;

•  трехрядные.

• Производство опорно-поворотных устройств

• Все опорно-поворотные механизмы компании «РПМ» производятся исключительно из высококачественных материалов на станках ЧПУ. Накопленный опыт в сфере металлообработки и технические возможности производства позволяют нам выполнять компактные, точные, легкиеопорно-поворотные устройства при относительно высокой жесткости подшипникового узла. Таким образом, поворотные механизмыRPM просты в установке, техническом обслуживании и надежны в эксплуатации, что позволяет расширять спектр их применения во всех отраслях промышленности.

Типичная функциональность механических MCAD-систем включает в себя разработку деталей и сборок (механизмов) с использованиемпараметрического проектирования на основе конструктивных элементов, технологий поверхностного и объемного моделирования.

Трехмерные модели и их двумерные чертежи, разработанные с помощью MCAD-систем, используются затем в системах инженерного анализа(CAE), технологической подготовки производства (CAPP), программирования станков с ЧПУ (CAM и CNC), быстрого прототипирования, визуализации.

Среди MCAD-систем выделяются пакеты верхнего уровня (high-end), называемые также специализированными, которые находят широкое применение на ведущих предприятиях автомобильной и авиакосмической промышленности - CATIA, NX, Pro/ENGINEER. Из массовых и более доступных систем наибольшее распространение получили Autodesk Inventor, Solid Edge и SolidWorks. У российских предприятий также пользуются популярностью отечественные разработки КОМПАС-3D, ADEM и T-FLEX.