Выбор компоновочных схем манипулятора

Несколько лет назад в России начали восстанавливать изготовление крановых манипуляторов. И многие предприятия в целях усовершенствования технологий, начинают конструировать роботов манипуляторов, развивая отрасль, которая практически не развита в нашей стране. Одним из этапов проектирования, является выбор компоновочной схемы. Заметим, что это самый главный этап проектирования новой модели робота манипулятора.

От компоновочной схемы во многом зависят размеры и схема рабочей зоны манипулятора. Проектировщик должен ответить на вопрос, сколько будет степеней подвижности у механизма. Считается, что минимум их должно быть 6, тогда робот манипулятор «рука» сможет захватить обрабатываемую заготовку из любой позиции, ориентировать ее нужным образом, и перенести в любою точку в своем рабочем пространстве.

На практике, производство роботов с 6 степенями подвижности никогда не имело большого распространения. Если такими механизмами и интересовались, то только в космической отрасли - больно сложно проектирование и изготовление такого манипулятора, его стоимость весьма высока.

Чаще всего ограничиваются 3 степенями подвижности. Такие конструкции довольно просты и дешевы. Однако, требуют точного позиционирования заготовки перед ними. Разработчик вынужден искать возможности компенсации погрешностей. В настоящее время существует более десятка типовых компоновочных схем, отличающихся друг от друга расположением кинематических пар. Все кинематические пары разделяют на пары поступательного движения и пары вращения.

Самые простые механизмы могут вообще не иметь пар вращения. Они используются для линейных перемещений объектов по двум направлениям - вертикали и горизонтали, в одной плоскости. Самые сложные компоновочные схемы включают в себя множество кинематических пар, как поступательного, так и вращательного движений. Чем сложнее схема, тем более универсальным получается робот манипулятор, тем более сложные траектории движения доступны ему. Простейшие механизмы, предназначенные для перемещения объектов на расстояние не более 1 м, состоят, как правило, из одного цилиндра и вспомогательной направляющей.

При наличии хотя бы одной кинематической пары вращения, помимо двигателя, необходимы уже приводы. В то же время, наличие кинематической пары вращения повышает требования к точности позиционирования заготовки в 5-15 раз, по сравнению с манипулятором, состоящим только из пар линейного перемещения. Зато значительно уменьшаются весогабаритные параметры механизма - при одинаковой рабочей зоне - они в 2-6 раз меньше.