Исследование группы механизмов с незамкнутыми кинематическими цепями

Цель работы: определение технических показателей манипуляторов на их моделях.

Объект исследования: модель землеройной машины.

Незамкнутая кинематическая цепь имеет звенья, входящие только в одну кинематическую пару с соседними звеньями, т.е. звенья не образуют замкнутый контур.

Пространственный механизм с незамкнутой кинематической цепью и несколькими степенями свободы является основным механизмом манипуляторов – устройств, предназначенных для воспроизведения (в основном транспортных и позиционирующих) рабочих функций рук человека.

Манипуляторы с автоматическим управлением, работающие на неизменной (жесткой) программе, называются автооператорами, а работающие с автоматическим управлением и изменяемой программой – промышленными роботами.

Конструктивные схемы промышленных роботов весьма разнообразны, но звенья их кинематической цепи можно подразделить на группы, составляющие следующие элементы: неподвижная станина; вращающийся стол; группа звеньев, образующая «руку», «кисть» и «схват» с губками («пальцами»).

Основные технические показатели характеризующие работоспособность манипуляторов и промышленных роботов следующие: форма и размеры рабочей зоны, число степеней свободы основного механизма, маневренность, коэффициент сервиса.

Рабочим объемом манипулятора является объем, ограниченный поверхностью, огибающей все возможные положения схвата. Часть рабочего объема, в котором можно выполнять операции с объектом манипулирования, называют рабочей зоной или зоной обслуживания.

Число степеней свободы основного механизма определяется по формуле Малышева.

где n – число подвижных звеньев;

p_i – число пар (6 - i)-го класса (i – подвижность пары);

q – количество контурных избыточных связей.

Так как данная кинематическая цепь не замкнута и статически определима, количество контурных избыточных связей q = 0.

Маневренность манипулятора определяется числом степеней свободы механизма при фиксированном в какой-либо точке рабочего объема положения схвата и характеризует возможность различного подхода к этой точке кинематической цепи механизма.

При определении маневренности по формуле Малышева следует учитывать, что местная подвижность, полученная при фиксировании схвата замкнутой кинематической цепи не увеличивает маневренности манипулятора.

В каждой точке рабочей зоны существует телесный угол ψ - угол сервиса, внутри которого схват может подойти к данной точке, максимальное значение которого равно:

где 4πn² – площадь сферы.

Коэффициентом сервиса называют отношение угла сервиса в данной точке к его максимальному значению:

Лабораторная работа выполняется студентом на модели манипулятора по выбору преподавателя.

Порядок выполнения работы

1. Определить количество подвижных звеньев манипулятора.

2. Определить количество и классы кинематических пар.

3. Вычертить кинематическую схему манипулятора.

4. Определить форму и размеры рабочего объема и рабочей зоны манипулятора. Начертить их проекции на кинематической схеме.

5. Определить число степеней свободы основного механизма по формуле Малышева.

6. Определить маневренность манипулятора.

7. Разделить рабочую зону на части с коэффициентом сервиса θ = 1 и θ < 1

Контрольные вопросы

1. Какие особенности имеют звенья механизма с незамкнутой кинематической цепью?

2. На какие группы звеньев разделяется кинематическая цепь манипулятора?

3. В чем состоит отличие промышленных роботов от манипуляторов.

4. В чем состоит отличие технических показателей манипуляторов – маневренности и числа степеней свободы?

5. Может ли рабочая зона быть больше или равной рабочему объему?

6. Каково максимальное значение коэффициента сервиса?

7. Чему равно максимальное значение угла сервиса?