14. Проектирование механических систем мобильных роботов. Колесные мобильные роботы. Гусеничные мобильные роботы. Шагающие мобильные роботы.

15. Рабочие органы манипуляционных роботов. Основные понятия. Захватные устройства. Классификация захватных устройств.

Рабочий орган робота - это составная часть его манипулятора, предназначенная для непосредственного захватывания и удержания объектов, перемещаемых в пространстве, а также выполнения различных технологических, специальных и исследовательских операций. Рабочие органы являются важными элементами роботов, во многом определяющими их универсальность и технологические возможности. К ним относятся захватные устройства, технологические инструменты и специальные устройства

В зависимости от назначения робота, решаемого им класса задач и особенностей выполняемого технологического процесса манипуляторы снабжаются теми или иными рабочими органами. 

Захватные устройства (ЗУ), называемые часто захватами, предназначены для захватывания объектов манипулирования, надежного их удержания в процессе изменения пространственного положения, а также обеспечения их установки с заданной точностью относительно базовых поверхностей.

Принцип действия захватных устройств и их конструктивное исполнение весьма разнообразны и обусловлены формой, видом, маркой материала, массой, размерами и физическими свойствами перемещаемых объектов, а также типом обслуживаемого технологического оборудования. Применяются как универсальные ЗУ, предназначенные для удержания различных по размерам, конфигурации и массе объектов, так и специальные, предназначенные для удержания определенного типа детали.

По характеру взаимодействия с объектом ЗУ поразделяются на пять групп:"

1. Поддерживающие, подхватывающие объект за нижнюю поверхность, выступы или отверстия без его зажатия. К ним относятся крюки, вилы, петли, штыри и другие подобные устройства

2. Удерживающие, представляющие собой емкости типа ковша или совка и предназначенные для удержания и перемещения в них мелких насыпных деталей, сыпучих и жидких материалов. Обычно удерживающие ЗУ неприводные, а загрузка их материалом производится насыпкой или заливкой.

3. Притягивающие, удерживающие объект, благодаря использованию различных физических эффектов, * например, магнитного или вакуумного притяжения. К этой группе относятся вакуумные и магнитные ЗУ, а также применяемые редко устройства, использующие электростатическое притяжение, эффект адгезии, прилипания и др.

4. Зажимные, захватывающие и удерживающие объект кинематическим воздействием рабочих элементов (губок, клещей, пальцев и т.п.) за счет сил трения или комбинации сил трения и запирающих уйилий. Зажимные, или схватывающие ЗУ, называемые обычно схватами, относят к устройствам активного типа, которые могут быть как механическими, так и с эластичными камерами.

5. Зачерпывающие, захватывающие, насыпные, штучные либо сыпучие материалы и удерживающие их в емкости, образуемой смыкаемыми "челюстями"; такие устройства обычно называют грейферами.

По принципу действия ЗУ подразделяются на пять групп:

1. Механические, захватывающие и удерживающие объект с помощью поддерживающих, удерживающих, зажимных или зачерпывающих механических устройств и, в свою очередь, различающиеся на неприводные и приводные. Преимущественно в ПР применяют приводные механические ЗУ, в которых используются пневмо- и электроприводы.

2. С эластичными камерами, удерживающие объект с помощью камер различной конструкции изменением их формы и размеров посредством подачи во внутренние полости сжатого воздуха или жидкости под давлением либо использования других физических эффектоа

3. Вакуумные, притягивающие и удерживающие объект силой атмосферного давления воздуха за счет создания разрежения в вакуумной камере, прижимаемой к поверхности объекта

4. Магнитные, притягивающие объект благодаря ферромагнитным свойствам некоторых материалов (например, стали, чугуна), т.е. способности притягиваться к магнитам.

5. Комбинированные, удерживающие объект за счет использования в конструкции двух и более принципов действия. К этой группе ЗУ относятся магнитно-вакуумные, вакуумно-механические, магнитно- механические и другие захватные устройства

По виду управления ЗУ различают четыре группы:

1. Неуправляемые, захватывающие объект без воздействия управляющих сигналов. К этим устройствам относят постоянные магниты или вакуумные ЗУ без принудительной откачки воздуха. Для снятия объекта в этом случае необходимо приложение дополнительного усилия, большего, чем усилие удержания.

2. Командные, управляемые только командами на захватывание или отпускание объекта. К этой группе относят ЗУ со стопорными устройствами и губками , которые разжимаются и зажимаются при взаимодействии с объектом манипулирования или элементами- внешнего оборудования.

3. Жесткопрограммируемые, управляемые от системы программного управления ПР. Величина перемещения губок , взаимное положение элементов и усилие зажатия в таких устройствах изменяются в соответствии с программой.

4. Адаптивные, гибкопрограммируемые захватные устройства, оснащенные информационно-измерительными системами, позволяющими ЗУ приспосабливаться к виду и расположению объекта манипулирования.

По характеру базирования объекта ЗУ разделяют на пять групп:

1. Не обеспечивающие базирования или фиксации объекта и применяемые достаточно редко.

2. Фиксирующие, сохраняющие положение детали в момент захватывания.

3. Базирующие, обеспечивающие определенное положение базовых поверхностей захватываемого объекта относительно ЗУ, что характерно для схватывающих и поддерживающих устройств.

4. Центрирующие, при которых создается определенное положение оси или плоскости симметрии захватываемого объекта относительно ЗУ. К ним относятся механические устройства, оснащенные кинематически связанными рабочими элементами, например, губками в виде призм и др., а также некоторые устройства с эластичными камерами.

5. Способные к преобразованию, позволяющие изменять положение удерживаемой детали, благодаря управляемым движениям рабочих элементов захватного устройства.

По числу рабочих позиций ЗУ подразделяются на две группы:

1. Однопозиционные, позволяющие обслуживать лишь одну позицию технологического оборудования.

2. Многопозиционные, обеспечивающие обслуживание одновременно нескольких позиций технологического оборудования. По характеру работы их, в свою очередь, делят на ЗУ последовательного действия (обычно двухпозиционные), имеющие загрузочную и разгрузочную позиции с независимым действием рабочих элементов на каждой из них; параллельного действия, имеющие ряд позиций для одновременного захватывания или разгрузки нескольких объектов;

комбинированного действия, оснащенные несколькими параллельно работающими позициями, приводимыми в действие независимо одна от другой.

По характеру крепления к "руке" манипулятора ЗУ подразделяются на четыре группы:

1. Несменяемые, являющиеся неотъемлемой частью конструкции манипулятора.

2. Сменные, выполняемые в виде самостоятельных узлов, имеющие базовые поверхности для установки их на ПР, крепление которых может осуществляться различными соединениями например, фланцевым, болтовым или винтовым и не предусматривает быстрой смены.

3. Быстросменные, позволяющие производить их быстрое снятие или установку, крепление которых осуществляется с помощью байо- нетного, кулачкового или клинового соединений.

4. Автоматически сменяемые, обеспечивающие возможность автоматического снятия и установки ЗУ обычно самим роботом.

16. Кинематические схемы захватных устройств. Расчет механических захватных устройств. Вакуумные и магнитные захватные устройства. Способы создания вакуума для захватных устройств манипуляционных роботов.

Механические ЗУ, наиболее часто применяемые в промышленных роботах, имеют большое разнообразие конструктивных исполнений. В общем виде расчет механических захватных устройств при проектировании имеет следующую последовательность:

1) установление и анализ исходных данных к расчету;

2) выбор принципа действия или вида ЗУ;

3) составление расчетной схемы;

4) кинематический анализ схемы и нахождение сил, действующих на элементы ЗУ;

5) установление основных размеров ЗУ (компоновка);

6) определение активных сил привода, обеспечивающих надежные захватывание и удержание объекта (детали);

7) выбор и расчет привода;

8) построение профиля центрирующих поверхностей губок или других центрирующих устройств (при необходимости);

9) проверочные расчеты на прочность элементов ЗУ;

10) проверка на отсутствив повреждений поверхностей губок , ЗУ и детали.

Исходными данными для выполнения расчета являются область применения ЗУ, характеристика базового промышленного робота, производительность, скорость манипулирования, точность остановки объекта, характеристика захватываемого объекта (размеры, форма, масса, материал и т.д.), специальные требования, которые необходимо выполнить при захватывании, удержании и освобождении объекта.

Вакуумные захваты пригодны для захвата деталей из различных материалов, не имеющих плоскую и ровную поверхность. Их делят на пассивные с простыми присосами, изготовляемыми из резины или пластических материалов, и активные с принудительным поддержанием вакуума в удерживающей чаше. Вакуумные захватные устройства имеют пониженную точность базирования из-за эластичности присосок.

Магнитные захватные устройства могут иметь постоянные магниты или электромагниты (первые распространены мало, так как для высвобождения детали нужны специальные устройства). Захватные устройства такого типа пригодны только для намагничивающихся материалов, они имеют простую конструкцию, обладают быстродействием, обеспечивают высокую точность базирования. Электромагнитные захватные устройства компонуют часто из небольших электромагнитов, расположенных на общей раме.

Основными элементами вакуумных ЗУ являются присоски и устройства для создания вакуума. Простой и распространенный способ создания вакуума — с помощью эжекторов. Разрежение получается за счет энергии сжатого воздуха, поступающего из заводскои сети.