Механика роботов (тезисная статья к семинару №1)
Манипулятором называют техническое устройство, предназначенное для выполнения некоторых рабочих функций рук человека. Также манипулятором называют исполнительный механизм промышленного робота, оснащенного рабочим органом и приводами, дающими возможность выполнять рабочие функции.
Процесс конструирования роботов, а в частности и манипуляторов, носит итерационный характер (рис. 1): вначале на основе технических требований выбирается кинематическая схема. При этом определяются некоторые геометрические параметры механизма. Далее, из решения обратных задач кинематики и динамики, определяются требования к системе управления и приводам, конструируется весь исполнительный механизм. Обратная задача состоит в определении законов движения приводов, зная конечное положение. Обратные задачи позволят определить обобщенные скорости и ускорения, главные векторы и главные моменты сил инерции. После, решая прямую задачу (задачу о движении манипулятора), проверяется выполнение технических требований (попадание в заданное положение при заданных законах движения звеньев).
Далее, при необходимости, может быть проведен прочностной расчет.
Рис. 1 Итерационная схема процесса конструирования
Каждый из шагов итерации предполагает владением определенным инструментарием как теоретического, так и практического характера. Для получения адекватного техническому заданию механизма (робота) нужно иметь знания из различных областей науки. Рис. 2 представляет структурную схему ассоциированных с механикой роботов дисциплин. Теоретическая механика дает знание основных законов, описывающих движение различных тел. Теория механизмов и машин дает возможность проводить анализ и синтез механизмов. С помощью методов механики деформированного твердого тела можно провести прочностной расчет узлов, деталей и всего механизма. Гидравлика, являющаяся техническим приложением механики сплошных сред, дает необходимые знания и умения для конструирования гидро– и пневмоприводов. Знание аэродинамики позволит проектировать винты, рассчитывать параметры полета квадрокоптера и других летающих тварей. Ну и, наконец, все это базируется на знании различных разделов математики.
Рис. 2 Структурная схема ассоциированных дисциплин
В данном семинаре (презентации) даются основные понятия и определения теоретической механики (в частности, кинематики точки). Знание того, как описывается движение точки, задаются его законы, определяются основные характеристики движения – положение, скорость и ускорение, даст возможность решать прямую и обратную задачу кинематики точки.
Кроме этого, на семинаре рассматриваются структурные компоненты механизмов – даны понятия звена и кинематической пары, кинематической цепи. Приведены классификации кинематических пар и кинематических цепей. Дано символическое представление структуры манипулятора, приведены формула вычисления степени подвижности механизма.
В самом конце рассмотрен пример движения манипулятора, представленного как плоский четырехзвенный механизм. Если рассматривать движение схвата манипулятора, то можно воспользоваться методами кинематики точки. Тогда для решения прямой задача кинематики достаточно описать положение схвата манипулятора с помощью радиус-вектора. Проекция этого вектора на оси системы координат даст нам х- и у- координаты схвата манипулятора. Дифференцирование этих координат по времени дважды даст возможность найти проекции векторов скорости и ускорения исследуемой точки на оси системы координат.
Решение же обратной задачи в такой постановке даст только возможность выразить два неизвестных закона движения через третий, который, вообще говоря, также является неизвестным.
Скачать презентацию «Механика роботов. Семинар №1»
План последующих семинаров (предварительный):
1. Статический прочностной расчет звена манипулятора в системе Ansys;
2. Прямая и обратная задача кинематики заданного манипулятора (если не ошибаюсь Humanoider Arm auf Basis des robolink Systems);
3. Динамический прочностной расчет звена манипулятора в системе Ls-Dyna;
4. Определение сил и моментов манипулятора при динамическом расчете.
О месте и времени проведения следующих семинаров мы сообщим дополнительно, следите за изменениями на сайте.
