Расчет параметров роботокомплексов: Учебное пособие - Никифоров И.К., Никифоров С.О., Рабданова Н.М.

Автор: Никифоров И.К. Никифоров С.О. Рабданова Н.М.
Теги: детали машин передачи (механические) подъемно-транспортное оборудование крепежные средства смазка кибернетика автоматизация робототехника учебное пособие
ISBN: 5-89230-048-Х
Год: 1998
Похожие
Зубчатые передачи с задачами и примерами расчётов: Учебное пособие
Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин
Грузоподьемные машины. Пример расчета автомобильного крана: учебное пособие
Детали машин. Проектирование: Учебное пособие
Текст
                    
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
А.
И.К.НИКИФОРОВ, С.О.НИКИФОРОВ,
Н.М.РАБДАНОВА
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ
РОБОТОКОМПЛЕКСОВ
Учебное пособие
Рекомендовано Дальневосточным региональным учебно-методическим
центром (УМО) в качестве учебного пособия для студентов
технических специальностей вузов региона
Улан-Удэ
1998
' УДК 621.865.8.(075)
ББК 32.816
Никифоров И.К.,.Никифоров С.О, Рябданова Н.М.
Расчет параметров роботокомплехсов/ВСГТУ,-
Улан-Удэ, 1998,- 100 с. i	',
ISBN 5-89230- '48-Х I
ь
В учебном пособии излагаются основы формирования роботоком-
плексов (РТК) повышенного быстродействия. Даны примеры расчета и
”роекгирования РТК.
Книга предназначена для студентов вузов, аспирантов, а также мо-
жет быть полезна преподавателям, специалистам по робототехнике и
автоматизации производства.
Рекомендовано к изданию редакционно-издательским
советом Восточно-Сибирского государственного техноло-
гического университета
Рецензенты: Б.Е.Мархадаев, к.т.н., БНЦ СО РАН
В.Д.Очиров, К.Т.Н., доц. ВСГТУ
KTN 5-89230-048-Х
ББК 32.816
©Авторы, 1998 г.
©ВСГТУ, 1998 г.
ВВЕДЕНИЕ
Промышленная робототехника является одн-м из мощ-
ных технических средств, способных решать многие задачи
автоматизации технологических процессов. Роботизация
оказывает значительное влияние- на интенсификацию и
ритмичность технологических процессов, повышение про-
изводительности труда и т.д. При этом робототехник}' ис-
пользуют в первую очередь для значительного улучшения
условий и охраны труда, для автоматизации тяжелых и мо-
нотонных ручных работ, которые выполняются часто во
вредных для здоровья и опасных длл жизни условиях.
Современные промышленные роботы (ПР) представил- '
ют собой сложные системы из разнообразных функцио-
нальных подсистем: механической цепи, привода и управ-
ления, очувствления. Все подсистемы, функционируя внут-
ри одной робототехнической системы, в совокупности оп-
ределяют ее эксплуатационные -характеристики
(быстродействие, точность, энергорасход, стоимость и т.д.),
при этом имеет место их взаимовлияние друг на друга.
По материалам Японской ассоциации промышленной
робототехники из выделенных 23 основных направлений
перспективных исследований по • робототехнике
(Промышленные роботы: Внедрение и эффективность: Пер.
с яп. А.саи К., Китами С., Кодзима Т. и др. - М.: Мир, 1987,-
384 с.) в результате опроса фирм по степени важности от-
ведены следующие места:
1.	Повышение быстродействия ПР;
2.	Повышение точности позиционирования;
3.	Уменьшение габаритов роботов;
4.	Методы управления от ЭВМ;
5.	Снижение стоимости и т.д.
.Отсюда следуют приоритеты научно-проектных ры-
сканий новых средств робототехники.	*
К современным ПР пр здъявляется комплекс жестких и
во многом противоречивых требований. Требуется высокое
быстродействие при заданной плавности движения, высо-
кая точность с 'работки программных движений, мини'-'
мальные масса и габаритные размеры исполнительных ме-
ханизмов. Для повышения точности при действии нагрузки
приходится угзличивать жесткость звеньев и элементов
соединений, что приводит к увеличению масс, однако для
повышения быстродействия желательно уменьшать массы
и моменты инерции подвижных частей.
Утяжеление конструкций ПР приводит к ухудшению их
характеристик, снижению собственных частот. В результате
снижается производительность сборочных и транспортных
операций. Опыт роботостроения показывает - упругая по-
датливость элементов ПР и инерционные свойства руки
остаются важнейшим фактором. Целенаправленные изме-
нения некоторых параметров могут существенно улучшать
динамические свойства ПР, т.е. можно говорить о выборе
оптимальных жесткостей основных конструктивных эле-
ментов и динамических режимов руки ПР.
Для этого необходимы соответствующие методики и
специализированные программные средства, учитывающие
особенности кинематических схем и уз..ов конструкций ПР.
Существ'тот только общи, качественные рекомендации о
целесообразности увеличения жесткостей , уменьшения ;
масс и моментов инерции, улучшения динамических пока- '
зятелей ПР с точки зрения ослабления влияния инерцион- '
ных характер чстик на быстродействие и точность ПР.
Одним из важнейших требований, предъявляемых к ПР, -
явлг пся полное использование ’ роизводительности об- '
служиваемого оборудования, которое на ...ногих произвол- •
ственных участках и, первую очередь на сборке, ограни-
чигается скоростью работы ПР. Таким образом, даже не-
значительнее повышение быстродействия ПР может суще-
4
ственно сказаться на росте производительности всего про-
изводственного участка. Именно поэтому созданием высо-
копроизводительных ПР сейчас занимаются практически
все ведущие фирмы-изгот жители робототехники Японии,
США, ФРГ и других стран. Подавляющее большинство вы-
сокоскоростных ПР имеют многозвенные кинематические
схемы с вертикальными осями вращения (типа “Скара” и
т.п.).
Появление, совершенствование и широкое применение
новых системных компонентов - микропроцессоров и БИ-
Сов явилось основой автоматизированных систем сбора,
обработки и управления данными, например, в системах
управления (СУ) ПР, датчиках и т.д. В силу их небольшой
стоимости, малых габаритно-весовых характеристик и дос-
таточно большой вычислительной мощности появились
компактные системы контроля, диагностики и управления
ПР. Однако у современных СУ ПР на их базе наблюдается
избыток вычислительных мощностей, что особенно харак-
терно для ПР. обладающих большим числом степеней сво-
боды, сложной СУ (как правило, контурной) и чаще всего
предназначенных для выполнения сварочных, окрасочных
и других подобных технологических операций, связанных с
высокой точностью позиционирования и малыми динами-
ческими нагрузками на исполнительный орган ПР.
Таким образом, у серийных ПР - дорогостоящая СУ,
включающая в состав микро-ЭВМ и высокоточные датчики
для внутренней обратной связи (очувствленг а или ориента-
ции во внешней среде).
ПР с позиционным управлением являются сравнитель-
но дешевыми и не имеют столь мощную СУ. Однако в обо-
их случаях у таких типов ПР быстродействие в среднем со-
ставляет 15-20 циклов в минуту, что существенно снижает
технико-экономические показатели применяемых ПР.
5
В этом смысле представляет интерес применение прин-
ципов роторной техники при создании ПР. Это относится, в ,
первую очередь, к циклоидальным (ротационным) быстро--
действующим Манипуляторам. В настоящее время не суще-
ствует теоретически обоснованной методики выбора ос-
новных конструктивно-компоновочных параметров быст-
родействующи. циклоидальных манипуляторов (БЦМ).
В настоящем учебном пособии объектов рассмотрения
является роботокомплекс (РТК). Вначале даются общие
сведения о манипуляционных работах, затем выделяется
особый ктасс манипуляционных систем - БЦМ. Дается
пример расчета РТК на основе БЦМ. Кроме того приводят-
ся примеры реальных проработок РТК, использованных в
промышленности.
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О МАНИПУЛЯЦИОННЫХ РОБОТАХ
И ЦИКЛОИДАЛЬНЫЕ МАНИПУЛЯТОРЫ
1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ В
РОБОТОТЕХНИКЕ
Термин “робот” широко используется в технике и нау-
ке. Однако строгого, всеохватывающего и общепризнанно-
го определения понятия “робот” до сих пор не выработано.
В настоящее время роботами называют самые различные,
но достаточно сложные автоматические машины, обла-
дающие достаточно высоким уровнем универсальности,
допу с нощие переналадку' (или перенастройку, или пере-
программирование) и самостоятельно осуществляющие
движения с целью перемещения рабочих opi лов по зада-
ваемым гои налгдке (или программировании) или автома-
6
тически выбираемым последовательностям точек или тра-
екториям.
Известно, что слово “робот” родилось не в т ;хнике, а в
художественной литературе. В течение нескольких десяти-
летий роботы встречались исключительно в произведениях,
написанных в жанре фантастики. С шестидесятых годов в
технике роботами стали называть вполне реальные май- ь
ны, устройства, системы, комплексы, способные работать
автоматически. К роботам стали относить машины, имею-
щие механические руки или их более или менее близкие
аналоги, предназначенные для перемещения захватываю-
щих устройств или -ехнологических рабочих органов, а
также автоматические транспортные средства, переме-
щающиеся по заданным трассам или самостоятельно выби-
рающие маршруты. В настоящее время является общепри-
нятым, что роботом можно называть только такую автома-
тическую машину, у которой основной функцией является
перемещение (перенос и изменение ориентации) различных
объектов. В зависимости от того, чем именно задаются пе-
ремещения объектов, роботы делятся на две большие груп-
пы: манипуляционные и транспортные. Манипуляционный
робот обязательно имеет в своем составе манипулятор,
имеющий одну или несколько механических рук. Транс-
портный робот представляет собой тележку, обычно на ко-
лесном или гусеничном ход}' (но, возможно, имеющую
“ноги”), он перемещается на большие расстояния по рель-
совому пути или полу. Транспортный робе; может иметь
собственный манипулятор, который устанавливает объекты
на тележку и снимает их с нее.
Принято классифицировать роботы по отраслям народ-
ного хозяйства, для работы в которых они предназначают-
ся. Роботы, предназначенные для работы в промышленно-
сти (как манипуляционные, так и транспортные) естествен-
но называть промышленными, в сельском хозяйстве - сель-
7
скохозяйственными, в нау шых исследованиях - исследова-
тельскими и т.д. Однако исторически сложилось так, что,
термин “промышленный робот”, к сожалению, часто не
связан с промь идейностью. Определение, приведенное в*
государственном стандарте (ГОСТ 25686-85), звучит сле-
дующим образом: промышленный робот это
“автомати-:еск',я машина, стационарная или передвижная,
состоящая из исполнительного устройства й виде манипу-
лятора, имеющего несколько степеней подвижности, и пе-
репрограммируемого устройства программного управления
для выполнения в производительном процессе двигатель-
ных и управляющих функций”. При этом манипулятор оп-
ределяется как “управляемое устройство или машина для
выполнения двигательных функций, аналогичных функци-
ям руки человека при перемещении объектов в пространст-
ве, оснащенное рабочим органом”.
В соответствии с приведенными определениями отме-
тим основные отличительные черты промышленного робо-
та (ПР). Во-перьых, ПР - это машина в традиционном по-
нимании, основой которой является механизм, имеющий
подвижные звенья. Из этого, в частности, следует, что вы-
числительная машина, какие бы функции она ни выполня-
ла. не может считаться роботом. Во-взорых, обязательной
составной частью ПР являлся манипулятор, механическая
рука. Этот признак выделяет ПР из ряда других автомати-
ческих машин (например, станков). В-третьих, ilP должен
функционировать автоматически, в соответствии с вводи-
мой программой, без участия человека (человек осуществ-
ляет программирование и наладку), Следует иметь в виду,
что Л'щесзвуюз дру.яе машины, основу которых также
составляют манипуляторы. Например, распространены ма-
нипуляторы с ручны..- управлением; их, строго говоря,
нел'зя относить к ПР. В-четвертых, механизм манипулято-
ра ПР должен иметь не одну, а несколько степеней под-
8
вижности. В этом существенное отличие от многих других
механизмов, • используемых в автоматах и автоматических
линиях, нередко воспроизводящих достаточнс сложные
движения, но имеющих оАну степень свободы. Следует от-
метить, что иногда такие машины относят к числу ПР. В-
пятых, обязательным свойством ПР является переналажи-
ваемость. Важно, чтобы манипулятор мог воспроизподг ъ
не одно определенное движение, а разные движения, при-
чем для этого не должны требоваться переделки. Перена-
ладка может осуществляться устройствами на самом мани-
пуляторе (например, специальными упорами). Однако в
большинстве современных ПР основным средством пере-
наладки является программирование, т.е. замена одной
программы другой путем набора на клавиатуре пульта руч-
ного управления или путем установки другого программо-
носителя (например, магнитной ленты или перфоленты).
Автоматические машины с манипуляторами, у которых не
предусматривается изменение программ, существуют и ши-
роко применяются в промышленности. Строго говоря, они
не могут считаться роботами; их обычно относят к числу
автооператоров, несмотря на то, что их манипуляторы
схемно и конструктивно могут быть такими же, как у ПР.
Отметим, что манипулятор представляет собой только
одну из составных частей ПР. Другие составные части ПР
следующие: устройство передвижения (тележка или сдвиж-
ное основание), рабочий орган (захват юс устройство, сва-
рочная горелка, краскораспылитель и т.д.), энергетическое
устройство (насосная станция, компрессор и т.д ). Таким
образом, ПР представляет собой комплекс связанных и
взаимодействующих друг с другом устройств: манипулятор
на последнем звене несет рабочий орган, сам манипулятор
установлен на устройстве передвижения (эно, конечно,'не
является обязательным), вблизи устанавливается система
9
управления и, если это неооходимо, энергетическая уста-
новка, обычно питаемая т электрической сети.
Когда ставятся и решаются задачи механики ПР
(статики, кинематики и динамики), то объектом рассмотре-"
ния является манипулятор, иногда с устройством передви-
жения; оба они объединяются в одну механическую систему
ПР, называемою исполнительным устройством. Поэтому
правильнее говорить о задачах механики механизмов мани-
пуляторов ПР пли исполнительных устройств ПР, а не про-
сто о задачах механики роботов, как часто пишут.
Отметим, что при постановке и решении многих задач
механики механизмов манипуляторов ПР специфика имен-
но ПР, как перепрограммируемых автоматических машин с
пршраммным управлением, несущественна, а важны в пер-
вую очередь схемные и конструктивные свойства манипу-
ляторов, поэтому целесообразно рассматривать манипуля-
торы, ПР, автооператоры, манипуляторы с ручным управ-
лением и пр. с единых позиций, не проводя различий между
ними.
ПР классифицируются по ряду независимых классифи-
кационных признаков: по назначению (определяемому ха-
рактером выполняемых операций), по уровню или степеь i
специализации, по типу привода, по виду управления. По
назначению ПР (а также автооператоры и другие автомати-
ческие машины) делятся на две большие группы: вспомога-
тельные (обслуживающие) и технологические (рабочие).
Вспомогательные ПР осуществляют только перемещения
(переносы и повороты) различных объектов (изделий, дета-
лей, заготовок, инструмента, оснастки) от одного заданного
положения до друг го, они выполняют команды типа
“взять ’, “перенести”, “положить” (или “установить на за-
данное место”). Прост йшими ПР являются так называемые
роботы-перекладчики, которые переносят объекты в одну
опредсленн ю точку. Вспомогательными являются также
10
роботы-штабелеры, обслуживающие автоматические скла-
ды, транспортные роботы, перевозящие изделия или заго-
товки на достаточно большие расстояния.
Рабочим органом bci эмогательного ПР является за-
хватное устройство. Технологические ПР в соответствии с
назначением могут иметь самые различные рабочие ори-
ны: силовые головки с инструментом, горелки, сварочное
клещи и пр. По специализации ПР, выполняющие вспомо-
гательные операции, обычно относят к группам специаль-
ных, специализированных или универсальных. Специаль-
ный робот приспособлен для обслуживания вполне опреде-
ленного оборудования (например, токарных станков или
прессов конкретных моделей), специализированный - для
обслуживания оборудования одного назначения, но разных
моделей, универсальный - для обслуживания оборудования
различного назначения. Выпускаются также ПР наиболее
высокой степени универсальности (их называют многоце-
левыми), они могут использоваться как вспомогательные и
как технологические. Чтобы это могло быть реализовано,
эти ПР, конечно, должны иметь сменные рабочие органы.
По способу установки ПР могут быть передвижными,
стационарными и встроенными. Передвижные ПР имеют
устройство передвижения (тележку), работающую автома-.
тически, по командам.
Стационарные ПР имеют манипуляторы, уста^щяивае-
мые на фиксированные позиции, при эаботе манипулятора
в этом случае его основание остается непс явижным. Ста-
ционарный ПР может иметь тележку, управляемую вруч-
ную, для переустановки манипулятора на различные пози-
ции.
Встроенный ПР устанавливается непосре, ственно на
обслужизаемом оборудовании (например на станине стан-
ка).
11
Функциональные возл. эжности ПР в значительной мере
зависят от устройства у правления. Наиболее распростра-
ненным является простое программное управление (иногда
неправильное ь зываемое жестко программным), В специ-
альной литературе программное управление определяется
как автоматическое управление исполнительными устрой-
ством по зара ее введенной управляющей программе. При
этом сама программа представляется как последовательно-
сти команд, определяющих движения самого ПР и, воз-
можно, взаимодействие с другим оборудованием
(например, с обслуживаемыми станками). Более сложным и
совершенным, чем программное, является адаптивное
управление, при котором предусматривается автоматиче-
'жое целенаправленное изменение управляющих программ
в зависимости от изменяемых параметров состояния самого
ПР, предметов производства, другого оборудования и
внешней среды. Часто адаптация реализуется в коррекции
запрограммированных движений в узких пределах.
Для ПР, как п для другого оборудования, различают три
основных вида программного управления: цикловое, пози-
ционное и контурное.
При цикловом управлении программируется только по-
следовательность выполнения движений по степеням сво-
боды (движения отдельно ^о степеням подвижности иногда
называют парциальными). При цикловом управлении дви-
жения являются неуправляемыми, задаются только конеч-
ные положения, в которые должны npi. ходить подвижные
звенья механ 1зма манипулятора. Эти положения, в которых
должна происходить остановка, задаются специальными
перс скрепляемыми упорами или путевыми переключате-
лями (концевыми выключателями), по сигналам которых
отключаются двигатели привода.
Пои позиционном управлении перемещения по каждой
степени подвижности программируются от точки к точке,
12
причем число точек по траектории может быть достаточно
большим.
При контурном управлении программируют'я согласо-
ванные и координирован ;ые движения по всем или не-
скольким степеням подвижности; при этом рабочий орган
может совершать любые сложные движения по задаваемым
траекториям с требуемым распределением скоростей, а
также с требуемыми изменениями ориентации. В настоящее
время подавляющее большинство устройств управления
строится на основе микропроцессорной техники. При цик-
ловом управлении вычислит ельное устройство выполняет
функции программир'юмого контроллера, в нем реализуют-
ся только логические и некоторые вспомогательные функ-
ции, объем необходимой памяти невелик. При позицион-
ном, а тем более контурном управлении помимо логиче-
ских операций выполняются также и арифметические
(например, это необходимо при интерполяции), при ъом
должен быть большой объем памяти.
Важным классификационным признаком является вид
привода, определяемый типом энергоносителя и некоторы-
ми другими обстоятельствами. Основными являются три
вида привода: пневматический, гидравлический и электри-
ческий (электромеханический). Встречаются также комби-
нированные приводы: пневмогидравлический, электрогид-
равлический и другие, в которых осуществляется преобра-
зование энергии одного энергоносителя в энергию другого.
Обычно в одном исполнительном устройств ' ПР использу-
ются приводы одного вида для всех степеней подвижности,
однако встречаются случаи, koi да это признается нецелесо-
образным (например, приводы схватов электромеханиче-
ских роботов.часто делают пневматическими).
Каждый из видов приводов имеет свс i преимущества и
недостатки. Пневматический привод является наибилее
простым и дешевым. Особенно он удобен в эксплуатации,
13
когда ПР работает в цехе, де имеется пневмомагистраль со
сжатым воздухом (обычно 0.5 Мпа). Пневмоцилиндры,
обычно непосредственно приводят в движение подвижные
звенья, нет нео ’ходимости в передачах, изменяющих уси-
лия или перемещения, Чаще всего используются линейные
пневмодвигатели (пневмоцилиндры), но хорошо отработа-
ны и находят применение также поворотные лопастные
пневмодвигатели. Пневмодвигатели технологичны в изго-
товлении, поскольку используемые давления невелики, и
малые протечки и перетечки сжатого воздуха вполне до-
пустимы. Однако пневмодвигатели практически могут ис-
пользоваться только в сочетании с системой циклового
управления при условии, что позиционирование в конеч-
ных положениях производится только по упорам. Дости-
жимо высокое быстродействие (скорости перемещений
могут составлять 1-2 м/с), но движения обычно характери-
зуются значительной неравномерностью (рывок вначале и
удар в конце). Для смягчения удара при остановке приме-
няются специальные демпферы (амортизаторы).
Гидравлический привод позволяет получать очень
большие усилия при малых габаритах электродвигателей
(гидроцилиндров) при обычно высоких давлениях масла (э-
• 10 МПа). Достаточно хорошо отработанный следящий гид-
роприво" достаточно часа о используется в системах кон-
турного управления, от которых не требуется высокое бы-
стродействие, для позиционирования по заданной про-
грамме в устройство управления ввода юя сигналы датчи-
ков положен щ (линейных перемещений или углов поворо-
та). Важными недостатками гидравлического привода явля-
ется необходимость установки cnei тальной гидростанции с
насосом высокого давления, высокие требования к точно-
сти изготовления пап чне допускаются протеки и перетеч-
ки жидкости), невысокие достижимые скорости, относи-
тельно высокая стоимость, необходимость использования
14
при стыковке с устройствами управления специальных
электрогидравлических распределителей и преобразовате-
лей.
Электрический (электромеханический) привод лучше
всего стыкуется с устройствами управления. Питание элек-
тродвигателей осуществляется обычно от электрический
сети, что удобнее всего. При использовании специальных
двигателей постоянного тока, работающих в составе сле-
дящих систем, могут быть получены широкие диапазоны
регулирования скоростей, плавность движения и высокая
точность. Однако почти все. да при передаче движения от
электродвигателей к звеньям необходимы понижающие
редукторы с передаточными отношениями в несколько де-
сятков. Электродвигатели имеют значительно большие
массы по сравнению с другими двигателями при тех же
мощностях, электропривод обычно не позволяет получать
высокое быстродействие. Стоимость следящего привода с
прецизионным редуктором, приспособленного для работы
в системах контурного управления, довольно велика.
Преимущества и недостатки трех перечисленных видов
приводов определяют их области преимущественного рас-
пространения. Пневмопривод применяется преимущест-
венно в ПР малой грузоподъемности с цикловым управле-
нием, когда основными являются требования высокого бы-
стродействия, простоты и низкой стоимости. Гидропривод
применяется в ПР средней и большой грузоподъемности,
когда допустимо невысокое быстродействи... Электропри-
вод чаще всего применяется в ПР с контурным управлени-
ем, когда предъявляются требования воспроизведения
сложных программ и высокой точности.
Однако уже ставшие “классическими” схемные и конст-
руктивна .е решения ПР отнюдь не всегд: позволяют удов-
летворять требованиям практики. Иногда необходимо об-
служивать технологическое оборудование с очень малым
15
временем цикла. При этом следует иметь в виду, что для
большинства ПР достижимое время цикла составляет не.
менее двух-трех секунд, что может оказаться недостаточ-
ным. Поэтому целесообразно просмотреть традиционные
пути построения обслуживающего оборудования, выпол-
няющего те же функции, что и ПР.
1.2. СПОСОБЫ РЕАЛИЗАЦИИ УСТРОЙСТВ ДЛЯ
ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТОВ
Перенос различных объектов при требуемом их ориен-
тировании осуществляется в производственных системах
различными техническими средствами от простейших ме-
• анизмов типа толкателей или поворотных рычагов до ПР с
несколькими степенями подвижности. Часто одна и та же
задача переноса может решаться разными средствами. Рас-
смотрим типовые примеры.
Предположим сначала, что объекты необходимо пере-
мещать от фиксированной точки А в также фиксированную
точку В без изменения ориентации. Естественным и наибо-
лее простым в этом случае представляется задание прямо-
линейного поступательного перемещения (рис. 1а).
Рис. 1.Прямолинейное перемещение объекта.
16
Если может быть сделан прямолинейный лоток от
одной точки-до другой, то для осуществления такого дви-
жения более всего подходит сдвижное устройство с одной
поступательной степенью ”одвижности (рис. 16). В случаях,
когда одна из точек или обе могут занимать разное поло-
жение на прямой, устройство управления должно обеспе-
чивать возможность остановки в этих нескольких ючкзх.
Такое решение имеет ряд преимуществ: простота, разделе-
ние функций поддерживания и перемещения.
Теперь предположим, что между точками имеется пре-
пятствие, и перемещение пс прямой недопустимо. Если
желательно при переносе сначал -. поднимать объект с
опорной поверхности вверх, а в конце - устанавливать его
опоры, опуская вниз, то удобно использовать рамочный
перекладчик (рис.2а). Сохранение ориентации при медлен-
ном переносе может осуществляться под действием силы
тяжести (рис.2б) или с помощью цепной передачи (рис.2 j).
Рис.2. Рамочный перекладчик
Вращение вокруг оси - не единственная возможность
реализации траектории переноса с вертикальными каса-
тельными в начальной и конечной точкам. Например, мо-
17
жет быть использован ко..ирный механизм (рис.З), в этом
случае траектория перемощения повторяет профиль копира,,
а ориентация объекта сохраняется сама по себе. Заметим,
что как правило перемещение по непрямолинейной траек-
тории требует удерживания объекта в захватном устройст-
ве, которое совмещает функции поддержания и задания
перемещений.
Рис.З. Копирный механизм
К традиционным средствам задания перемещений отно-
сятся транспортеры и конвейеры, основу которых состав-
ляют гибкие упругие ленты или цепи. Обычно траектория
перемещения выбирается в вертикальной плоскости, но
существуют конструкции цепных транспортеров, реали-
зующих пространственное движение по замкнутой криво;!.
Транспортеры позволяют перемещать объекты на большие
расстояния, иногда с обходом препятствий. Высокая произ-
водительность достигается тем, что одновременно может
перемещаться много объектов, сколько поме дается на
транспорте. Скорости перемещений невелики. Однако
средства непперыгного транспорта не обладают гибкостью,
изменение траекторий перемещений хотя и возможно, но
затр”дните..ьно. Специфическим является применение кон-
вейеров в роторно-конвейерных линиях. Р этих конвейерах
обычно объекты не се бодно устанавливаются на элементы
транспортирующего устройства, а захватываются и удержи-
ваются захватными устройс.зами, закрепленными на этих
18
элементах. Поскольку средства непрерывного транспорта
имеют свои области применения и они типичны для массо-
вого и крупносерийного производства, они в дальнейшем
не рассматриваются. Од’ ако некоторые элементы этих
средств находят более широкое применение.
— При построении транспортно-манипуляционных систем
различного назначения часто применяется прием разделе-
ния на независимые механизмы, задающие перемещения по
частям маршрута. Этот прием иллюстрирует рис.4.
1
Рис.4 Комбинированное устройство манипулирования
Здесь имеются три независимых механизма: два сдви-
гающих и один подъемник. Все они независимы, каждый
имеет свой двигатель (в одном данном случае - пнезмоци-
линдр) и свое захватное устройство (возможно, самое эле-
ментарное). Все комбинированное устройство в целом име-
ет три степени свободы, для нормальной работы движения
всех приводов должны быть ".оординированы. Важными
отличительными особенностями' являются разделение
функции поддержания и задания движений, а также то, что
каждый чз механизмов установлен на неподвижном осно-
вании. Поскольку механизмы работают независимо, в ,"ви-
жении одновременно могут находиться несколько объек-
19
тов, конструкция может быть сделана жесткой при малых
массах подвижных част й. Однако свойство переналажи-
ваемости не имеет места. Для изменения траектории необ-
ходимы или пер остановка механизмов, или их замена.
Интересно провести сравнение описанного выше уст-
ройства с типовым ПР, схема манипулятора которого изо-
бражена на pir.5. Манипулятор имеет две степени подвиж-
ности и только одно захватное устройство. Основной отли-
чительной особенностью манипулятора ПР является то, что
механизмы образуют единую кинематическую цепь, эти
механизмы соединены последовательно (в отличие от па-
раллельного соединения устройства рис.4). При последова-
тельном соединении оказывается возможным воспроизво-
дить в принципе любую траекторию в пределах рабочей
зоны, однако конструкция имеет относительно низкую же-
сткость, и перемещаться может только один объект.
Рис. 5. Манипулятор типового ПР
К к отмечалось ранее, при обслуживании высокопроиз-
водительного оборудования актуаль’юй является задача
сокращения времен ! перемещения объекта, ,.ри перемеще-
нии гт заданной' начального положения до конечного. По-
20
тенциальные возможности повышения быстродействия
определяются рядом факторов, из которых первым следует
назвать вид движения выходного звена двигате. я. Движе-
ние может быть линейным, поступательным или враща-
тельным. В пределах цикла в первом случае оно обязатель-
но является возвратно-поступательным, во вторых - может
быть как возвратно-поступательным, так и однонаправлс >
ным (с сохранением знака скорости, при постоянной скоро-
сти) в частности.
При возвратно-поступательном движении выходного
звена двигателя чередуются этапы разгона и торможения
(они могут быть разделены этапам,, установившегося дви-
жения с постоянными скоростями или этапами выстоя). В
зависимости от типа двигателя и от его мощности разгон
может осуществляться просто включением (при подаче но-
минального напряжения для электродвигателя или номи-
нального давления для пневмодвигателя), или по специаль-
ной программе с регулированием параметров энергоноси-
теля в процессе разгона, причем в принципе возможно как
форсирование режима (с целью ускорения разгона), так и
замедление (с целью ограничения энергозатрат и повыше-
ния надежности). Торможение вплоть до остановки может
осуществляться за счет сил трения, за счет перевода двига-
теля в специальный тормозной режим или с помощью ме-
ханических тормозных устройств.
1.3. МЕХАНИЗМЫ МАНИПУЛЯТОРОВ
С ДВИГАТЕЛЯМИ,
РАБОТАЮЩИМИ БЕЗ РЕВЕРСИРОВАНИЯ
Так к^к нужно учесть то, что с увелич: нием мощностей
возрастает перемещаемая масса (необходимо учитывать
жесткость конструкции, которая несет на себе элементы
21
передач и, возможно, две 'атели). Поэтому для определен-
ных типов двигателей с> шествуют практически “барьеры”,
ограничивающие возможности повышения быстродейст-
вия. Эти стран! 1ения в конечном счете обусловлены воз-'
вратно-поступательным движением входного звена двига-
теля, т.е. тем, что он работает в режиме реверсирования.
Выход заключается в применении схем, в которых двигате-
ли не реверсируются, в частности, вращательные двигатели
работают в режиме постоянной угловой скорости.
Разнообразие механизмов, приводимых в движение
вращательными двигателями, роторы которых вращаются в
одну сторону без остановки (в частности, с примерно по-
стоянными угловыми скоростями), выходные звенья со-
гершают такие движения, которые типичны для манипуля-
торов, достаточно велико. При построении таких механиз-
мов используется несколько приемов. Первый прием за-
ключается в том, что в обычно используемых механизмах
манипуляторов с раздельными приводами по степеням под-
вижности в дополнение к редукторам устанавливаются
муфты сцепления в сочетании с дополнительным механиз-
мом реверсирования. Типовая схема изображена на рис.6.
Подвижный диск муфты может занимать три положения. J
среднем положении двигатель отключен, смещение его в
левое или правое положение приводит к вращению выход-
ного вала редуктора в одну или другую сторону. Разгон
подвижной части механизма, подключенного к выходному
валу редуктора, происходит при включении муфты в нуж-
ную сторону Торможение может осуществляться как спе-
циальным тормозным устройством, не независимым от
при зла, так и самой муфтой (еслг она фрикционная) при
ее включении в противоположную сторожу. Достоинством
описанного приема „вляется гибкость в Нормировании
ни: та, соотношение между интервалами движения и вы-
стой в крайних положениях задается сигналами, подавае-
22
мыми на муфту (наиболее подходящей является электро-
магнитная муфта). Важным недостатком являются необра-
тимые потери энергии при торможении. Болыгтй момент
сопротивления возникает три разгоне с помощью той же
муфты,а также и при торможении.
Рис.6.
Реверсивный
механизм
При не очень малых интервалах выстоя неравномер-
ность момента нагрузки на валу двигателя можег приво-
дить к значительным изменениям угловой скорости вала.
Заметим, что механическая полезная работ: при большой
расходуемой мощности мала, так что КПД описанного ме-
ханизма обычно получается очень малым.
Второй прием заключается в том, что один и тс же
двигатель используется для привода механизм, манипуля-
тора по .ескольким степеням подвижное и. В этом случае
двигатель устанавливается на основании, на валу двигателя
ставится несколько муфт, подобных описанным выше. Пе-
23
редача движений на оси кинематических пар осуществляет-
ся обычно соосными валами и коническими передачами, а
также с помощью гибких звеньев.
"иповым я ляется режим поочередного выполнений"
движений по степеням подвижности, однако допустимо
также и совмещение движений по времени. Преимущест-
вом подобное решения является необходимость установки
только одного двигателя, ротор которого вращается в одну
сторону, причем привод может быть неуправляемым по
скорости. Торможение подвижных частей целесообразно
осуществлять автономными тормозными устройствами с
демпферами. Если несколько манипуляторов установлено
близко друг от друга, то все они могут иметь один общий
привод. Позиционирование по степеням подвижности мо-
жет осуществляться или по упорам (которые должны всту-
пать в контакт после отключения муфты привода) или за
счет включения тормозных устройств по сигналам путевых
переключателей. Возможности формирования траекторий и
законов движения ограничены. При поочередном движении
по степеням подвижности траектории составляются из уча-
стков - отрезков прямых линий и (или) дуг окружностей.
На участках, на которых движения по двум степеням
подвижности происходят одновременно, наклон прямых
определяется только передаточными отношениями передач
и не может изменяться по желанию. Как и при использова-
нии второго приема КПД механизмов оказывается малым.
Третий прием заключается в испол зовании накопите-
лей кинетичс жой энергии, обычно маховиков. В сочетании
со вторым и третьими приемами применение маховиков
четь.стый прием позволяет снижать потребление мощно-
сти двигателей, когда этапы движения чередуются с доста-
точно длительными этапами выстоя. При подключении
дв! кущи^ся частей магнитными муфтами при малой мощ-
ности двигателей происходит значительное снижение угло-
24
вой скорости (разгон и установившееся движение происхо-
дят за счет накопленной кинетической энергии маховиков).
После остановки на этапе выстоя двигатель мед пенно раз-
гоняет маховик до устанс -ившейся скорости. Таким обра-
зом, мощность двигателя может оставаться на низком
уровне и изменяться в не очень, широких пределах, а ра>
ходуемая мощность изменяется от нуля до больших значе-
ний в коротких импульсах.
Четвертый прием заключается в использовании накопи-
телей потенциальной энергии, в качестве которых чаще
всего используются пружины различных типов
(цилиндрические, спиральные и „ ругне). Основная идея
заключается в том, что присоединение пружины к подвиж-
ной части по одной степени подвижности придает ей свой-
ства колебательной системы. Настройка пружин осуществ-
ляется так, чтобы положение равновесия было посередине
между точками позиционирования, тогда перемещение от
одной точки позиционирования с другой реализуется, как
полупериод свободных колебаний. Поясним сказанное на
простейшей схеме рис.7.
i—Qf.'in——। । w  in	
1	3	2
Рис. 7. Манипулятор с пружинным рекуператором
Масса перемещается поступательно, точки позициони-
рования 1 и 2 располагаются -имметрично относительно
положения равновесия - точки 0. Если первоначальнс пе-
реместить массу в точку 1, деформируя пружины, и отпус-
тить ее с нулевой начальной скоростью, "О она за полупе-
риод свободных колебаний под действием пружин перемес-
тится в точку 2 и придет в нее также с нулевой скоростью, в
25
предположении, что си? л сопротивления отсутствуют.
Требуемый выстой в точ.^е 1, а затем в точке 2 обеспечива-
ется специальными фиксирующими устройствами, напри-
мер, защелками, электромагнитами.
Поскольку реально всегда существуют силы сопротив-
ления. необходимо подключение двигателя, который одна-
ко может развивать лишь малый момент и должен лишь
компенсировать потери энергии при движении; разгон и
торможение осуществляется за счет упругих сил, силы от
приводов могут быть значительно меньше, чем максималь-
ные значения упругих сил. Поэтому двигатель не в состоя-
нии довести массу до начального положения (точки 1) из
нейтрального положения, приходиться это делать вручную.
Но после приведения в исходную точку возможно неогра-
ниченное повторение циклов. Получается, что при этом
механическая система будет совершать незатухающие коле-
бания /возможно, с выстоями в крайних точках). Теория
подобных манипуляторов,  которые ранее имели различные
названия, но теперь обычно называются манипуляторами с
рекуперацией энергии, хорошо разработана. Реализованы в
макетах и промышленных образцах манипуляторы, обла-
дающие очень высоким быстродействием (максимальные
значения скорости перемещения рабочего органа до 5 м/с).
Использование геометрических нелинейностей для враща-
тельных кинематических пар позволяет реализовывать по
одной степени подвижности не две, а три пли более точек
позиционирования, что существенно расширяет функцио-
нальные воз! ожнисти этих манипуляторов. Для роботов с
несколькими степенями подвижности пружинные системы
уста..?вливаются независимо по какдой из них. При этом,
однако, возникает динамическое взаимодействие; сущест-
вуют приемы его уменьшения. Важнейшим принципиаль-
ны: достоинством манипуляторов с рекуперацией энергии
является то, что двигатель совершает работу только по пре-
26
I
одолению сил сопротивления. Следовательно, при фикси-
рованной мощности двигателя может быть получено весь-
ма высокое быстродействие. Ни один из перечисленных
выше приемов не обладает этим достоинством, при их ис-
пользовании расход энергии на разгон был безвозвратным.
- Пятый прием заключается во включении в передачи 1 д-
ких механизмов, которые при равномерном или близком к
равномерному вращении вала двигателя обеспечивает по-
лучение желаемых траекторий и законов двт кения. .Именно
этот прием рассматривается подробно далее в п.4.
1.4. МЕХАНИЗМЫ МАНИПУЛЯТОРОВ,
ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ТРЕБУЕМЫЕ
ДВИЖЕНИЯ ПРИ ПОСТОЯННО
РАБОТАЮЩЕМ ДВИГАТЕЛЕ
Как отмечалось в п. 1 требования к траектории движе-
ния и к закону движения (или к распределению скоростей
по траектории, что то же самое) могут формулироваться
или совместно, или раздельно. В соответствии с этим ука-
занные требования могут предъявляться или к механизму в
целом, или распределяться между его частями. При этом
обычно требования к траектории не являются жесткими,
поэтому не имеет смысла использовать хорошо разрабо-
танные, но сложные методы синтеза механизмов, предна-
значенных для воспроизведения определена ix траекторий.
Вполне определенными обычно являются требования про-
хождения через небольшое чис.ю точек (чаще всего две) и
направления касательных к траектории в этих точках. Тре-
бования к закону движения преимущественно сводятся к
выстою ~ заданных точках. Было бы желательно иметь'ре-
гулируемое время выстоя, однако для рассматриваемого
приема построения меха 1изма манипулятора это невоз-
можно. Представляются реализуемыми два варианта.
1. Механизм выбирается таким, чтобы получить точный
выстой на врем, не менее заданного.
2. Точный выстой не имеет места, но в заданных точках
обращается в нуль скорость. Чтобы (но необязательно),
рассматриваем щ тоика является точкой возврата.
Проще реализуется второй вариант. Рассмотрим неко-
торые схемы в порядке возрастания сложности. Самой про-
стой представляется схема шатунно-кривошипного меха-
низма (рис.8; При вращении кривошипа с постоянной уг-
ловой скоростью или по крайней мере в одну сторону пол-
зун А совершает возвратно-поступательные движения с
мгновенными остановками (но без выстоя) в крайних по-
ложениях. Если рабочий орган - захватное устройство -
установить на ползуне, то механизм способен переносить
объекты по прямой из одного крайнего положения в дру-
гое. Неизменность ориентации схвата обеспечивается жест-
ким соединением его с ползуном. При вращении в одном
направлении захватное устройство нельзя связывать с ка-
кой-либо точкой шатуна, поэтому каждая из них движется
по траектории, близкой к эллипсу (рис.8 показано штрихо-
выми линиями) без остановок.
Рис. 8 Коивс чипно-шатучный манипулятор
28
Перемещение не по прямой, а по кривой можно полу-
чить несколькими способами. Во-первых, можно заменить
прямолинейные направляющие шатунно-кривошипного
механизма криволинейньр’и. Во-вторых, можно заменить
указанный механизм механизмом в виде шарнирного четы-
рехзвенника(рис.9), выходное звено которого достаточно
длинное: и совершает качательные движения.
Рис.9. Шарнирный четырехзвенный манипулятор
В обоих случаях встает задача сохранения ориентации
захватного устройства, эта задача решаете*, совсем другими
приемами. Для этих схем существуют ограничения на на-
правления касательных. В частности, невозможно снимать
и ставить объект по вертикали.
Применение зубчатых передач открывает' новые воз-
можности. Так, замена последнего звена в шарнирном че-
тырехзвеннике парой шестерен (рис. 10) позволяет получать
большие углы поворота касательной к траектории.
Если вместо ползуна, перемещающегося по направ-
ляющей, использовать пару зубчатое колесо - зубчатая рей- •
ка, то можно получить траекторию в виде циклоиды I
(рис 11). Начальная и конечные точки могут располагаться ;
на циклоиде произвольно, но целесообразно '•делать так, 
чтобы э~и точки совпали с точками возтоата. Тогда в- на-
чальной и конечной .точках будет мгновенная остане вка. •
‘ Могут быть использованы не только соседние точки воз- '
29
врата, тогда будут получены последовательности точек по-
зиционирования.
Рис. Ю.Зубчато-рычажный манипулятор
Рис. 11.Зубчато-рычажный манипулятор
iулетим, что точки возврата будут на траекториях
Плько точек, лежащих на определенном радиусе, для дру-
гих точек будут получаться или гладкие траектории, или
петлеобразные траектории (рис. 11 пок зано штриховыми
линиями). Если удвоить реечный механизм, как показано на
рис. 12, то тоаектории с точками возврата будут получаться
для лг»х точек вертикально го рычага, рабочий орган, со-
единенный с этими рычагом, будет пеоемещаться поступа-
тельно, воспроизводя циклоиду, и, следовательно, решается
задача сохранения ориентации рабочего органа при пере-
мещениях.
30
Важным недостатком описанного механизма является
то, что расстояние между точками возврата однозначно
определяется радиусом зубчатого колеса (или числом его
зубьев), и для изменения этого расстояния необходимо де-
лать сменные зубчатые колеса с различным числом зубьев.
Получение траекторий с точками возврата в начальной и
конечной точках позиционирования может рассматриваться
как общий прием, реализуемый с помощью различных ме-
ханизмов. Использование циклоидальных механизмов в
этом плане представляется наиболее перспективным; имен-
но такие ме?<анизмы я ляются основным объектом рас-
смотрения в данном пособии, исследуются их свойства.
Во всех предыдущих примерах задачи формирс ания
траектории и закона движения по траектории решались
совместно, изменения траектории вынуждено приводили к
соответствующим изменениям закона движения и распре-
деления скорости по траектории. Существуют приемы, по-
зволяющие разделить эти задачи, т.е. сначала задать одним
механизмом траекторию, а затем другим i еханизмом - за-
кон движения. При этом различными могут быть как меха-
низмы, задающие закон движения, а также механизмы, их
соединяющие. Пример комбинированного механизма с по-
добным разделением функций изображен на рис. 12:
Кинематика шарнирного четырехзвенника ABCD задает
траекторию точки, в которой размещается рабочий орган.
Выбирая различные положения точки Е на ггатуне ВС,
можно выбирать различные варианты на шатунных кривых
Закон движения задает кривошип OF, вращающийся от
двигателя с постоянной угловой скоростью. Движение на
рычаг АВ передает FG, выполняющий функции соедини-
тельного механизма. В целом полученный механизм пред-
ставляет собой шарнирный шестизвеннйк. Линейные раз-
меры звеньев выбираются так, чтобы при неограниченном
вращении кривошипа OF в одну сторону звено АВ совер-
о
Рис.1?. Удвоенный зубчато-реечный механизм
Рис. 13. Комбинированный механизм
шало угловые колебания. Тогда точка Е перемещается по
шатунной кривой возвратно-поступате..лно между двумя
крайними положениям в точках М и N, которых происхо-
дит мгновенная остановка с изменением направления ско-
рости. Несомненным достоинством описанного механизма
является то, что он имеет только вращательные кинемати-
ческие пары, нет ни направляющих, ни зубчатых зацепле-
ний. Лдн'хо для него ограничен пыбор траекторий и не-
возможны законы движени с конечным временем выстоя.
32
Конечное время выстоя проще всего достигается заме-
ной кривошипа механизмов, который преобразует непре-
рывное вращение в прерывистое, например, механизмом
мальтийского креста. Число зубцов и прорезей креста соот-
ветствует числу точек на обороте, в которых происходит
выстой. Мальтийский механизм может использоваться са-
мостоятельно, например, для поворота вокруг вертикаль-
ной оси простейшего робота-перекладчика (рис. 14). Точли
позиционирования, в которых имеет место выстой, распо-
лагаются по окружности равномерно, через 90°.
Передача вращения на шарнирный четырехзвенник не
от кривошипа, а от мальтийского механизма (рис. 14) по-
зволяет получать точки выстоя с конечным времен м на
шатунной кривой, которая по-прежнему задается механиз-
мом четырехзвенника. Положение точек позиционирования
на траектории определяется не только параметрами, но и
Ри^.14. Манипулятор с мальтийским механизмом
углом установки механизма на валу. Изменяя этот угол,
можно изменить положение всех точек совместно. Задание
желаемых положений независимо двум и большему числу
точек представляет серьезные трудности.
Подводя итоги, следует констатировать, что имеются
достаточно широкие возможности создания механизмов,
воспроизводящих плоские траектории с мгновенными ос-
тановками или выстоем в нескольких точках и приводимых
в движение от вала постоянно вращающегося привода. В
большинстве таких механизмов не происходит необрати-
мых потеж ь энергии на разгон и торможение (потери энер-
гии на преодоление сил сопротивления, конечно, остают-
ся). Механизмы могут включать различные кинематические
пары, oil. могут включать шарнирные соединения, направ-
ляющие и ползуны, зубчатые передачи и т.д. Однако пере-
наладка их на различные точки позиционирования пред-
ставляет серьезные 'трудности.
L5. ЦИКЛОИДАЛЬНЫЕ И БЛИЗКИЕ К НИМ
МЕХАНИЗМЫ МАНИПУЛЯТОРОВ
Иной способ построения механизмов с мгновенными
остановками движения, чем в п.4, заключается в том, что
движение рабочего органа формируется в резупьтате сло-
жения переносного и относительного движений. Каждое из
этих движений осуществляется от одного двигателя, ротор
которого вращается с постоянной угловой скоростью, вра-
щение пер дается с томощью передач. Мгновенная оста-
новка получается в точках, в которых скорости переносно-
го и относительного движений равнь друг flpyiy по вели-
чине и противоположны по направлению. Практически ука-
занной т.ргчцш. сводится к ому, ITO на одном механизме
устанавливгтгся другой механизм, первый зздг зт перенос-
34
ное движение, второй - относительное. Обычно (но не обя-
зательно) оба механизма являются плоскими, причем обе
плоскости параллельны или совпадают.
Простейшим является сложение двух вращений с по-
стоянными угловыми скоростями. Можно представить, что
на .одном роторе вращается второй ротор (рис. 15а) или с
постоянными угловыми скоростями вращаются два ша*»-
нирно соединительных рычага (рис. 156).
Рис. 15.Циклоидальный манипулятор:
а - зубчато-рычажный механизм;
б-шарнирно-рычажный механизм.
Рис. 16. Циклоидальные кривые: а - эпициклоиды,
б - пг эциклоиды.
35
Из условия замкнутое! и траекторий следует, что радиу-
сы г1 и г2 должны быть кратными друг другу. Оба враще-.
ния могут происходить в одну сторону, или в противопо-
ложные сторон!... При вращении в одну сторону получается
эпициклоиды (рис. 16а), при вращении в противоположные
стороны - гипоциклоиды (рис. 166).
В точках озвргта выполняются условия мгновенной
остановки - линейные скорости переносного и отнмситель-
ного движений равны и противоположны.
Рис. 17. Циклоидальный манипулятор: а - с цепной пе-
редачей; б - с зубчатым зацепением.
Образование указанных кривых может осуществляться
разл”чными средства. ;и: с помощь"') зубчатого зацепления
( при внешнем зацеплении получается эпициклоида, при
внутреннем - гипоциклоида), с помощью цепной передачи
' ( рис. 17а), с помощью многократного зубчатого зацепления
( рис. * 76), при чстном числе промежуточных шестерен по-
36
лучается эпициклоида, при нечетном - гипоциклоида), с
помощью установки для каждой вращательной пары своего
двигателя (синхронность вращения двигателей обеспечива-
ется системой управления)
Выбор между механизмами, воспроизводящими эпи-
циклоиды л гипоциклоиды осуществляется в первую оче-
редь из геометрических соображений, из условий наилуч-
шего согласования с обслуживаемым оборудованием. У
эпициклоид точки возврата, в которых должен произво-
диться захват или опускание объектов, лежат вне круга,
захватываемого траекториями, вследстзие этого рабочая
зона (или зона обслуживания) знач тельно меньше рабоче-
го пространства, в которое попадают звенья механизма ма-
нипулятора. Наоборот, у гипоциклоид точки возврата лежат
по внешнему контуру рабочего пространства, и поэтому
рабочая зона и рабочее пространство практически совпада-
ют, что является несомненным достоинством. Эпициклии-
дальный механизм практически может быть использован
только тогда, когда имеется свободная зона над обслужи-
ваемым оборудованием, и в этой зоне будут перемешаться
звенья манипулятора, а захватное устройство будет спус-
каться сверху вниз.Гипоциклоидальный механизм воспро-
изводит движения, типичные для роботов, работающих в
цилиндрической системе координат: на требуемых позици-
ях рука выдвигаегся и входит в рабочую зону пресса, станка
или печи, а затем втягивается и во втянутом состоянии по-
ворачивается. В результате этого облегчается обход препят-
ствий если таковые имеются вблизи места установки ма-
нипулятора. Таким образом, гииоциклоидальный механизм
имеет явные преимущества.
Как у эпициклоидального, так и у гипоцикл идального
механизА эв захватное устройство вращаемся вокруг верти-
кальной оси. Если требуется сохранять неизменную ориен-
тацию захватного устройства или относительно первой ори
37
вращения, или в неподвижной системе координат, можно
пойти по нескольким путям. В схеме на рис. 18а захватному-
устройству предоставляется возможность вращения отно^
сительно второго звена, сохранение неизменной ориента-
ции относительно первой оси вращения обеспечивается
рычагом с прорезью (пазом), в которую сходит палец, рас-
положенный I ' первой оси; рычаг жестко связан с захват-
ным устройством.
В другой схеме (рис. 186) гипоциклоидальный механизм
удваивается, соответствующие точки обоих механизмов
связаны рычагом, с которым жестко связано захватное уст-
ройство, при этом последнее также сохраняет неизменную
орн-нтацию относительно первой оси. Использование двух
цепных I зредач (рис. 1 Зв) позволяет сохранять неизменной
ориентацию захватного устройства в неподвижной системе
координат, если числа зубьев или радиусы соединяемых
цепям: звездочек одинаковы. Но изменением числа зубьев
Рис.14. Циклодальный манипулятор
38
можно получить любое равномерное вращение захватного
устройства в любую сторону. Наконец захватное устройст-
во может иметь самостоятельный вращательный привод,
синхронизируемый с основным приводом с помощью уст-
ройства управления.
_ . Сформулированный принцип установки одного меха-
низма на другой и сложения таким образом переносного и
относительного движений может быть реализован в более
сложных вариантах, чем в простейшем варианте установки
одного, равномерно вращающемся вокруг параллельной
оси. Требуется лишь, чтобы на траектории были точки
мгновенной остановки, в этих точ: ах скорости переносная
и относительная должны быть равны и противоположны по
направлению.
Рассмотрим сначала варианты, в которых первый ме-
ханизм представляет собой равномерно вращающийся ро-
тор, он задает переносное движение.
Манипулятор, схема которого изображена на рис. 19,
имеет ту отличительную особенность, ч.о второе звено
также вращается с постоянной угловой скоростью, но во-
круг оси, перпендикулярной первой оси вращения. При ра-
венстве скоростей переносного и относительного движений
в нижних точках траектории центра рабочего органа имеет
вид циклоиды, нанесенной на поверхность цилиндра. Ма-
нипулятор, выполненный по такой схеме, может быть ис-
пользован на производственных участках, на которых не-
обходимо перекладывать объекты со стола ча стол на од-
ном и том же уровне, при чем зона сверху должна быть
свободной. Ось второго вращения может быть сделана не
горизонтальной, а наклонной, однако это не дает нозого
качества.
39
Рис. 19
Циклоидальный мани-
пулятор с формирова-
нием циклоид по по-
верхности цилиндра
Рис.20.
Циклоидальный манипулятор с
с усложненной кинематической
схемой
По-прежнему будет задавать переносное вращение рав-
номерным, но механизм относительного движения выберем
иным, чем равномерно вращающийся ротор, а именно, ус-
тановим на роторе переносного движения шарнирный че-
тырехзвенник (рис.20). Если концевой точкой механизма
считать шарнир С или любую точку звена CD, и в ней за-
крепить рабочий орган, то относительное движение при
равномерном вращении кривошипа АВ будет представ-
лять собой колеб тельное перемещение по дуге окружно-
сти. Параметры механизма и его расположение нужно вы-
брать так, ч.обь в требуемых точка'' мгновенной остановки
были равны и противоположны скорости переносного и
относительного движения. Тогда плоская траектория будет
иметь точки возврата, при кратности угловых скоростей
траек.ории буду* замкнутыми. Поучающиеся траектории
40
напоминают эпициклоиды или гипоциклоиды, однако вы-
бором параметров можно в широких пределах изме-
нять минимальное расстояние траектории до первой оси,
изменять распределение п, траектории скоростей и ускоре-
ний. В качестве концевой точки можно выбрать точку ша-
туна или рычага, с ним жестко связанного, тогда в относи-
тельном движении траектория точки будет иметь вид за» >
нугой петли. Если сформировать точки мгновенной оста-
новки, траектории движения в абсолютном движении будут
несимметричны относительно вершин, они могут иметь
петли.
Дальнейшие возможные усложнения схем могут быть
связаны с заменой первого, равномерно вращающегося ро-
тора, механизмом типа шарнирного четырехзвенника, с
введением зубчатых зацеплений.
Рис.21. Циклоидальный
манипулятор с четырьмя
захватными устройствами
Большинство описанных механизмов может иметь не
один, а несколько захватных устройстг Если механизм ма-
нипулятора построен на принципе сложены двух равно-
мерные. вращений, то число захватных устройств может
быть произвольным, оно не определяется числом течек
возврата. Имеются только габаритные ограничения на чис-
ло рабочих органов. Для примера на рис.22 изображен ма-
нипулятор с четырьмя захватными устройствами, траекто-
рии . имеют три точки возврата, соответствующих точкам
позиционирования.
1.6.	ЦИКЛОИДАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
МАНИПУЛЯТОРОВ.
ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ
Кинематические цепи манипуляторов, включая и цик-
лоидальные механизмы, могут быть самого различного ти-
па конструкти чо-кс мпоновочного исполнения:
1.	Цепи с вращательными парами;
2.	Цяпи как с вращательными, так и поступательными
парами;
3.	Цепи с зубчатыми и цепными передачами и т.д.
Является очевидным желательность их конструктивно-
го решения, отвечающее функциональным требованиям к
механизмам с минимально возможным числом звеньев и
соединений. Существует множество механизмов, являю-
щихся изоморфными, отличающихся наличием расширения
кинем"тических пар, инверсией пар, инверсией звеньев ме-
ханизма.
Топологию компоновочных структур можно опреде-
лить набором параметров:
числом степеней свободы (подвижностей);
числом звеньев;
числом сочленений (кинематических пар);
типом сочленений, связанных со стойкой и' привода-
ми.
Оптимальная в каком-либо смысле технологическая
с тема может быть определена на следующих уровнях:
структурном (без.избыточных степеней свободы);
компоновочном (на основе одной компоновочной
схемы различные модификации);
модификационном (разработка ’ ногообразия компо-
новочных, технолог ческих и размерных схем).
42
Кинематические схемы манипуляторов определяют
функциональные возможности движений руки, и они опре-
деляются числом, видом и последовательностью располо-
жения кинематических п°р. Их возможности выявляются
путем сравнения по выбранному критерию.
. Каждая кинематическая пара отвечает какой-то опре; з-
ленной степени подвижности. Последние могут быто пере-
носными и ориентирующими, причем кинематические пары
переносных степеней подвижности могут быть поступа-
тельными или вращательными, а ориентирующих степеней
подвижности - обязательно ьращательными.
Такое разделение степеней пс щижности в некоторой
степени является условным, поскольку при вращательных
переносных движениях одновременно применяется и ори-
ентация.
В зависимости от конструктивно-компоновочного ре-
шения циклоидальных манипуляторов их функциональные
возможности будут различными.
Универсальность воспроизведения циклоидальных кри-
вых, гибкость и быстрота переналадки на ту или иную по-
добную кривую с охватом всех возможных реализаций в
достаточно полной мере можно получить за счет хорошо
организованной системы управления (СУ), например, по-
средством управляющего автомата для двухшарнирного
манипулятора (рис.22).
Широта спектра кривых будет определяться только ем-
костью памяти СУ. Здесь каждое звено, оснащенное от-
дельным приводом, совершает вращательное движение с
постоянной угловой скоростью, отношение их скоростей и
направления вращений и определяет вид реализуемой кри-
вой. Главным условием работоспособности подобных ти-
пов циктоидальных манипуляторов является синхрони'за-
ция. работы приводов- отдельных звеньев, осуществляемое
управляющим автоматом.
Рис. 22. Двухшарнирный манипулятор.
СУ-систс.иа управления:
1,2- электропроводные устройства;
С - воспроизводящая точка
Риз.23 Кинематические, схемы шарнирно-рычажной
компоновки
44
На рис.23 приведены дополнительно кинематические
схемы шарнирно-рычажной компоновки, которые можно
свести к двухшарнирной схеме д.
Возможность сведения данных схем к базовой схеме за
исключением схемы г очевидна. Для полюса схвата двух-
шарнирной руки (схема д) выпишем координаты в безраз-
мерном виде:
x=cos (pi+E cos (Ф1+Ф2) y=sin ф1+е sin (ф1+ф2) ,
где s=li+12,	Фг=^'ф1 (параметры N и ' формируются
СУ) (таблица 1).
Таблица 1
Кодирование значений N и е в управляющем автом-те
Значе нис е	КОД Е (двоич)	Значе ниеЫ	Код Ы(двоич)	Форма кривой точки подвеса	Знак N 0-”-” 1 **4 **
1.0	0001	3	000001		0
1.0	0001	3	000001		1
1.0	0001	4	000010		0
•	•	•	•	•	
•	•	•	•	•	
•	•	• *	•	•	
45
Координаты полюса охвата для схемы г будут
х = pcosу/,у = рsin у/, р = р( /1,
'де р и ^даны согласно схеме д;
р‘ - 1 + £' + 2^cos^r
Налагая на ограничения согласно схеме г, из приравни-
вания соотно 'ениГ. для координат полюса схвата следует
закон управления p=p(t), <p=<p(t). Таким образом СУ должна
обеспещть требуемый закон движения.
При выборе исполнительного механизма необходимо
исходить из условий применения, связанных с целевым его
назначением, располагаемых средств, включая стоимость и
нал. .чие элементной базы. Главным критерием, опреде-
,лющим IX компоновку и тип реализации, является требо-
вание к перенастройке.
При реализации технического процесса, где необходима
цикло: зальная рабочая траектория конкретного типа с точ-
ки зрения простоты управления, надежности, стоимости
более предпочтителен вариант циклоидальных манипуля-
торов с зубчато-рычажной компоновкой.
В такой компоновке они могут быть оформлены самым
различным образом, например, на основе планетарных ме-
ханизмов. Такова схема манипулятора для транспортировки
заготовок (рис.24) с использованием замкнутых гипоцик-
лоидальных траекторий. Рабочие позиции совпадают с точ-
ками выстоя и располагаются на периферии.
По сравнению с планетарными циклоидальными мани-
пуляторами у устройства существенно расширенны функ-
циональны" во’можности за счет наличия обоих типов за-
цепления и разнесения зубчатых килес на водиле, и их ох-
вате цепной передачей (рис. 24).
За счет наложс ,ия дополнительных звеньев характер
крив”х можно усложнять, голучгт поликлоидг ^ьные кри-
вые. Например, это осуществлено в устройстве /пис.27).
46
Устройство перенастройки и расширение диапазона по*
лучаемых кривых достигнуто в устройстве с механическим
перепрограммированием за счет введения кронштейна и
паразитной шестерни (рис 27 а,б).
Рис.24. Кинематическая схема манипулятора для гранспортиривки
заготовок;	•	•
1-зубчатая передача; Н-водило; 2-корпус руки; J-кулачок;
4-подвижная тяга; 5-ролик; 6-рычаги; 7-захват,
8-прижимный шток; 9-пружина
Рис.25. Исполнительный механизм на основе цепной передачи:
1-приводный двигатель; 2-корончатое зубчатое колесо; 3-сателлит;
4,9-звездочки; 5-вал; 6-водило; 7-вал ред}зтора; 8 цепная передача: 10-
пггакга; ll-ось; 12-воспройзводящий элемент; 13-дополнительное от-
верстие аля внешнего зацепления сателлитного и корончатого колес
47
Рис. 26. Усовершенствованная схема устройства для воспроизведе-
ния кривых в полярной системе координат:
1-привод; 2.5.7.-звенья исполнительного механизма;
3,4,6-механическне передачи; 8-рабочий орган
Рис 27д. Универсальное устройство для воспроизведения циклои-
дальных кривых с механическим перепрограммированием
Иногда возможно использование не всей траектории, а
ее отдельных участков - “кусков” циклоид, что осуществле-
но в варианте, где автооператор работает именно таким
образом.
Для практической’ реализации конструкции быстродей-
ctbj эщего циклоидального мани улятора с СУ принята
кинематическая схема, представленная нк рис. 22, что обу-
,, 48 ,
словлено ее хорошим функциональными возможностями в
плане получения большого диапазона изменения угловых
скоростей воащения звеньев.
Рис.276. Универсальное устройство для воспроизведения циклои-
дальных кривых с механическим перепрограммированием
Это достигается за счет использования:
-	регулируемых приводов;
-	сменных цилиндрических пар.
Приводы при этом могут работать в номинальном диа- -
пазоне частот вращения.
Кроме того, для изменения формы траекторий путем
соотношения длин звеньев, звенья выполнены телескопи-
ческими.
Описание системы управления (микропроцессорно-
го управляющего автомата) дано в [3].
19
ГЛАВА 2. РА СЧЕ Г ПАРАМЕТРОВ РТК С гз
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИМИ РОТОРНЫМИ ЦИК* ы
ЛОИДАЛЬНЫМИ МАНИПУЛЯТОРАМИ
2.1.	КОМПОНОВОЧНЫЕ СТРУКТУРЫ
ЦИКЛОИДАЛЬНЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ
И ТО; ОЛСГИЯ ТРАЕКТОРИЙ СХВАТА
У ш клоидальных манипуляторов ведущее звено со-
вершает непрерывное вращение в одном направлении, а
остальньг его звенья совершают	кратные отно-
шению к нему вращения, и в определенных конфигурациях
кон. ц выходного звена (полюс схвата) на мгновения может
иказатьс; неподвижным.
Их применение возможно:
•	с использованием всей шатунной траектории (аналог
контур ;ого управления);
•	с использованием вышеуказанных симметричных
опорных местоположений полюса схвата - “зоны выстоя”;
•	с использованием получаемых геометрических кри-
вых для машинного нанесения орнаментов на плоских по-
верхностях.
Наиболее приемлемы для практического применения
циклоидальные манипуляторы с двумя степенями подвиж-
ности.
Кроме конструктивного исполнения манипуляторов, на
основе планетарнчх - зубчатых механизмов (ЗМ) и на ос-
нове шарнирно-рычажных механизмов (ШРМ), возможны
компоновк.. н-’ основе зубчато-рычажных механизмов
(ЗРМ) и механизмов с тросовыми тягами (ТТМ).
Наибольшими функциональными . озможностями обла-
дают манипуляторы с ШРМ с компоновкой при наличии
cooTi лгс.вующе.. СУ в сил’ программной пере..астраивае-
50
мости. В этой компоновке приводные устройства размеще-
ны вблизи осей сочленения звеньев и этим самым увеличи-
вается инерционность манипулятора. Остальные варианты
исполнения характеризуются наличием жесткого механиче-
ского управления, возможностью использования только
одного приводного двигателя, надежностью, небольшой
стоимостью, но с ограниченными возможностями перена-
стройки.
Применение тросовых тяг, ремней (ШРМ и ТТМ) или
цепных передач (ЗРМ) позволяет уменьшить инерцион-
ность манипуляторов, а также значительно расширить их
рабочие зоны, не вводя паразитные зубчатые колеса, на-
пример, как в случае ЗМ компоновок.
Очевидно, циклоидальные манипуляторы в ШРМ ком-
поновке можно сопоставить с идентичными кинематиче-
скими параметрам : циклоидальных манипуляторов в ЗРМ
компоновке.
При определении параметров циклоидальных манипу-
ляторов в зубчатом или зубчато-рычажном исполнении
достаточно геометрические характеристики исполнитель-
ного механизма свести к характеристикам базовой двух-
шарнирной схемы. В первом случае это легко осуществимо,
например, на основе рис.28.
В качестве примера идентификации зубчато-рычажной
и шарнирно-рычажной компоновок рассмотрим манипуля-
тор со схемой, приведенной на рис.26.
Для внутреннего зацепления (рис. 29) имеем зависимо-
сти:
V=Q(R-ri)=-<airi; Oi=co2; о)2г2=азГз
Н-чвз/П=(Г1-К)гиГ2Гз; N<0,
где О.- угловая скорость водила.
Т раектории будут гипоциклс идами.

Рис. 28. Схема для
идентификации параметром
манипулятора
Рис.29 Внутреннее
зацепление (зубчато-
рычажная компоновка)
Рис.30 Внешнее
зацепление
Для внешнего зацепления (рис.30) имеем зависимости:
\^П(К-Г1У=-<В1Г1; а>1=б)2; 02X2=0313
К=Оз/П=(Г1-Р^)Г1.Г2Гз;	N<0.
Траектории - эпициклоиды.
Конкретный вид траектории определяется характером
зацепления, длиной водила и размерами зубчатых колес.
Здесь имеют-я существенно отраниченные возможности
перенастройки.
52
Рис.31. Планетарный механизм с воспроизводящеГ точкой Р.
а внешнее зацепление дает эпициклоиды;
б. вну’реннее дает гипоциклоиды;
N=r/R - число циклов циклоиды при щном обороте кривошипа;
R - радиус неподвижной окружности;
Р - циклоидальная (воспроизводятся) точка.
N - рациональное является условием замю'утосш кривой.
С учетом возможностей идентификации компоновоч-
ных структур расчет параметров циклоидальных манипуля-
торов достаточно производить для одного из типов компо-
новки.
Класс циклоидальных кривых получил широкое т.риме-
нение в технике благодаря том у, что ими охватывается ши-
рокий спектр других частных кривых, имеющих большое
практическое применение. Они представляют собой траек-
тории точек круга, катящегося без скольжения по поверх-
ности неподвижного круга или неподвижной прямой. Их
свойства и вид описывающего уравнения определяются
характером зацепления и соотношением размеров зубчатых
колес, входящих в зацепление, а также расстоянием h до
воспроизводящей точки С (рис.31). При внешнем зацепле-
53
н"и будут формироваться эпициклоиды, а при внутреннем
- гипоциклоиды. Иногда непересекающиеся циклоидальные
кривые и кривые, образующие петли, называют трохоида-
ь.л.
С другой стороны такой закон движения схвата можно
получать посредство'I приводных двигателей двухшарнир-
ной руки в том случае, когда соотношение угловых скоро-
стей и направлений вращения звеньев отвечают характеру
зацепления и размерам зубчатых колес, входящих в за-
цепление, при воспроизведении одной и той же циклои-
дальной криве й (рис.32).
Рис. 32. Двухшарнирный манипулятор.
Наиболее просто это реал! ювать как
- q>\ = const,	а)2=ф2= const. Вводя параметры
N-©2/<0i иХ-ХДь Y=YC / h; e=l2/li, где 1Ь 12 -
длины звеньев, можно определить текущее положение ха-
рактер истическсй точки схвата. в безразмерном виде:
Х= cos <Pi + s cos (№ 1) <р 1;
Y= sin ф1-*-е sin (N+i) cpi.
На основе выбора значений параметров N и е можно
получить требуемую циклоидальную кривую, а также пре •
следить характер влияния параметров Миг на форму и вид
стационарных траекторий схвата МС.
54
Их можно разделить на три группы: 1)пересекающиеся;
2) непересекающиеся; 3) кусочно-гладкие с точками заост-
рения.
Приняв обозначения
Ni= s’! 1-еI, N2=s'‘|14-£i
можно составить таблицу, характеризующую условия фор-
мирования перечисленных типов кривых (табл.2).
Таблица 2
N>0	N<0			Тип кривых
N>Nt		N		пересдающиеся
N<Ni		N	<n2	непер! зекающиеся
N=NT!		N	=n2 			с точками заострения
эпициклоиды	гипоциклоиды			
Сформулируем условия, определяющие характер кри-
вой. Первый тип кривых имеет участки “сшивания” двух
кусков траекторий там, а где скорость схвата равна нулю,
что возможно либо для сложенного (N>0), либо для вы-
прямленного положения руки манипулятора (N<0) (рис.33).
Для N>0 звенья руки вращаются в одном направлении,
и в тот момент, когда рука сложена, для линейных скоро-
стей схва~а, получаемых отдельно от вращения с со, вокруг
О! и с ш2 вокруг О2, имеем следующие зависимости;
^со. =	=jl— >
' откуда получаем условие:
Лг = р-£р£ = ЛГ.
Для N<0 звенья вращаются в разные стороны и точки
“сшивания” будут, как мы уже утверждали, при руке вы-
прямленной, то есть при:
усо2 = «[ЛГЦ = Рсо, = 0 + ^1 •
55
Получаем условие: N =----- N2 •
s
Пересекающиеся кривые получены при N>0, когда
T>Ni, а при N<0, когда ! N ] >N7_.
Непересекающиеся кривые отмечаются при выполне-
нии следующих уело .ий N<Ni, (N>0);	| N ] <Nz
' (N<0).
a Н>0
б N<0
Рис.33. Особые конфигурации
В этих характерных конфигурациях, когда у полюса
схвата линейная скорость V—>0, звенья ра'полагяются
вдоль одной прямой, в одних случаях рука выпрямлена -
будут точки выстоя (гипоциклоиды), в других - рука сложе-
на - будут точки возврата (эпициклоиды).
Такие М'. стоположения п люса в случае совмещения с
рабочими позициями обслуживаемого оборудования и обу-
словливают повышенное быстродействие манипулятора,
поскольку в них реализуются принципы роторной техники -
совмещение транспортных и те. дологических функций.
При стационарных движениях для манипулятора
(рис.32) имеем:
Ф1=(рю+о <р->=ф-2о + Ntoit, где t-зремя. Натальные углы
Фю, и угловые скорости звеньев сц и ац являются не-
известными величинами. Их нужно определить из условий
оптимальности траектории перехода и требования прохож-
56
дения траектории через заданные начальную и конечные
точки полюса схвата.
Начальную конфигурацию манипулятора легко можно
определить как
X cos(p10 ш/) + £ cos[p10 + $з20 + (?/ + 1)ду];
Y = sin(<p10 +a>1/) + £sin£a>10 + р20	+	.
Полагая для определенности, что схват в начальном по-
ложении располагается на оси абсцисс (Х=0) и, введя без-
размерное расстояние r=OM/h для схвата, для которого
имеет место геометрическое тождество
r2=l+£2+2s COS(p2
для начальной конфигурации имеем зависимости:
г- cos cpio+s COS(<Pio-Hp20j
0= sin фю+£ sin(<pio+q>2o)
Задание начального и конечного положения схвата оз-
начает наличие, по крайней мере, четырех возможных ва-
риантов перехода, которые определяются совокупностью
начальной и конечной конфигурации руки и им соответст-
вуют четыре значения параметра N (рис.34).
= £1 = £1 =	=	-^20
~ ^0 '
Сравнивая варианты перехода по какому-либо крите-
рию, можно из них выбрать наилучшую траекторию. Кри-
терием оптимальности могут служить, например, критерии
минимума прироста кинетической энергии или минимума
боковых инерционных перегрузок.
57
Рис.34 Возможные варианты перехода схвата
Полагая, что начальная точка Мо(х=хо; у=уо=О), а ко-
нечная Мж можно найти начальную конфигурацию руки в
виде:
cos^0 = (A2+l-r)/2/A;
cos(fla + <Р20) = (д2 + f? -1) / 2 ' s/ р0.
Здесь получаю гея два значения, отвечающих двум зер-
кально-симметричным конфигурациям руки.
Дл . конечного положения подноса схвата имеем:
58
co^10 + 0,7’)+£cos[ft0+ргс +(<ц +<о,)т’] = рк cos ул; 
sin(ft0 + 0,7’) + £sin[^0 + <^0 + (о, + o2)Z’] = д sin у.
Отсюда следует:
cos(^0+^7’-^) = (/V + 1-£2)/2/a;
«>s[^o + ^20 +(«i +a$T-1/] = (p2 + e2 -1)/21e! p>.
Находим конечную конфигурацию.
Рис.ЗГ. Начальное и конечное положение руки.
Топология циклоидальных кривых в параметрах N и е
' представлена на рис.36,37.
Реализация топологических возмсжностей циклоидаль-
ных траекторий определяется конструктивно-
компоновочным решением исполнительного механизма
руки.
59
Рис.Зб, Характер эволюции циклоидальных траекторий
N
Рис.37, Топология циклоидальны?; траекторий схвата
При осуществлении автоматизации с применением зуб
чато-рычажных передач на эснове генерации рабочих цик-
лоидальных кривых может быть использован закон De La
60
Hire с двойной генерации циклоидальных кривых, откры-
тый в 1706 г. и переоткрытый G.Bellerman в 1867 г.
В этой работе показано, что по сравнению с исходным
(производящим) механизмом кинематическая цепь юанипу-
лятора может быть исполнена без применения зубчатых
колес и рычагов.
ЭЦ - это кривая, описываемая воспроизводящей точ-
кой, отстоящей на расстоянии е=Хг от центра круга радиуса
г, катящегося без скольжения по внешней стороне окруж-
ности радиуса R (рис.З 1).
Ее уравнение будет:
x~<R+r) cos ip1 й( cos (R/r+1) фь
y=(R+r) sin ф1 + A. r sin (R/r+1) фь
Следует = R + г = 1.
Из условия Х>1, Х=1, Х<1 соответственно имеем:
удлинение ЭЦ лри N>s'*- I;
ЭЦ при
укороченные ЭЦ при N<£''-1.
Уравнение ГЦ имеют вид
x=(R-r) cos ф1 + X г cos (R/r-1) фь
y=(R-r) sin ф1.1 г sin (R/r-l) ©i,
где li=R-r, e= X r, N=-R/r=-l/E -1<1.
Аналогично имеем удлиненные ГЦ, ГЦ и укороченные
ГЦ при Х>1, Х=1, Х<1 соответственно.
Все возможные разновидности этих кривых в зависи-
мости от параметров N, е представлены на рис.37.
Особый интерес предст',вляют Ц'1’ в диапазоне -I<N<0.
Оказывается, здесь ЦТ с параметрами N, е геометрически
идентичны кривым с параметрами N,е, определяемым
соотношениями:
х - cos/? + е со^А + 1)/?];
61-
у = sin ft + е sin[(jV + 1)д|,
. х	у		~
где ?=—;	у- —;	fl = (N+l)<p; параметры N-,e
6	£
удовлетворяют преобразованию N = -У(ЛГ +1)-1, £ = s~l
Отсюда следует:
условие 0 < < s' -1 означает укороченный ЭЦ при
е'*-1<К<0;
условие 0 < ТУ = s"’ -1 означает ЭЦ (N=e'!-1);
условие N О, N = s"’ -1 означает удлиненные ЭЦ при -
l<N<e’-l<0.
В этом диапазоне O<N<-1 ЗРМ реализация циклои-
дальных МС должна удовлетворять условиям:
R+r=s, А. г=1, У = — = As*1 -1.
г
Таким образом, в данном диапазоне имеется возмож-
ность получить ЭЦ с другими параметрами руки за счет
осуществления инверсии длин звеньев для IIIPM компо-
новки, а для ЗРМ компоновки - размеров зубчатых колес
(перестановки) и за счет изменения направлений вращения
звеньев.
2.2. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ЦИКЛОИДАЛЬНЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ
Кинематические свойства циклоидальных манипулято-
ров определяются, в первую очередь, конструктивно-
компо! овочными показателями ( кинематической схемой),
а также законами и способами реализации управления.
62 <
Кинематические цепи циклоидальных механизмов мо-
гут быть различного типа конструктивно-компоновочного
исполнения:
1.	Цепи с вращательными парами;
2.	Цепи как с вращательными, так и с поступательными
парами;
3.	Цепи с зубчатыми и цепными передачами и т.д.
В зависимости от конструктивно-компоновочного ре-
шения циклоидальных манипуляторов их функциональные
возможности будут различными.
Универсальность воспроизведения циклоидальных кри-
вых, гибкость и быстрота переналадки на ту или иную по-
добную кривую с охватом всех возможных реализаций в
достаточно полной мере можно получит^ только за счет
хорошо организованной системы управления (СУ), напри-
мер, управляющего автомата.
Рис. 38. Кинематические сх< лы ШРМ компоновки
63
Главным условием работоспособности подобных типов
циклоидальных манипуляторов является синхронизация
работы приводов отдельных звеньев.
Приведем дополнительно кинематические схемы ШРМ
компоковк! (рис.38), которые можно. свести к двухшар-
нирному манипулятору.
Возможность сведения двнных схем к базовой схеме за
исключением схемы г очевидна.
Использование этик схем приведет, в основном, к из-
менению размеров и формы рабочей зоны, а также к изме-
нение массоииерциснных свойств.
Выпишем в безмерном виде соотношения для полюса
схвата (рис. 32).
х=X г‘ ’* созХ	> у=Е s‘~' sin Z ?j
»=1	7=1	1=1	7=1
£ 2	I----5---------
£=~, q =Nq\, р = ф + е +2bcos<d,,
где «1
11-£1 < р< 1 + £
Для схемы г координаты полюса схвата будут
х=-р cos \|Z;
,у= р sin vr
где на р наложены те же ограничения. Из приравнива-
ния этих соотношений следует закон управления p=p(t),
V=\|/(t) для движения полюса схвата по требуемой кривой.
. Таким образом, СУ дслжш обеспечить требуемый за-
кон движения. Практический интерес представляют оценки
кинематических характеристик движения звеньев руки в
зависимости пт изменения их опредсляюших параметров и,
в первую очередь, от изменения конфигурации.
Скорость схвата:
64
V — ->j /л1 + 2цсоз<д2 +Wj<2j;
/2 =	+ 't\<p2 = Na\ = Ncot.
Отсюда видно, что для эпициклоид, когда ц>0
Vm„,u+1 при <р2 =2дк, Vmin-1Ц-11 при ф2=л(2к+1)
Для гипоциклоид, когда ц<0 наоборот:
VnuxJp-ll при ф2=я(2к+1), Vmin 4i+l при ф> =2лк,
(условие ц=0 означает круговое движение схвата).
Ускорение схвата:
а = ll(a2fi + 2/j2s~' cos<p2+//*£~2
будет иметь значения соответственно:
amM^hG+lA"1) при ф2=2як-
amin^ll I l-pV [ при ф2=%(2к+1),
то есть линейная скорость и ускорение в случае эпициклоид
имеют совпадающие экстремумы в одинат эвых конфигура-
циях.
Характер изменения модуля скорости схвата по траек-
тории определяется поведением его тангенциального уско-
рения.
ат = sin ^2, Tj-fiNafF
Производная по
а''= -K3Z2®4V2/2(cos<a + A)(^C0S^ +1),
показывает, что экстремумы будут и при
cos ф=-ц для 1 ц.! <1,
и при cos ф=-ц''для
При этом:
at=± е>21 N / ц для । ц К1;
a^=±o2lN для ||л|>1.
Далее при ф2=кл, а,-0 выражение для а, показывает,
что I =1 в особых положениях схвата - точках «выстоя»
у гипоциклоид, точках возврат, у эпициклоид, гце танген-
циальное ускорение терпит разрыв.
Боковые силы инерции звеньев руки определяются
нормальным ускорением схвата;
V* 2 ху~ух <у2/2 г	/	1	\	1
°л='а’ = —V— =	+	+Д/Л?’ +l)cosp2].
Производная по ф? от а„:
- /zWca’Zsin pjs'1 +
а' =
1 + ЦЕ
Ц + Е
тДХ? +2/zcos$>, 4-’)3
Стационарные значения а будут при;
l)sinq>2=C,
ч	1 + ЦЕ
2) cos<a-------- .если
Ц + Е
что возможно при ] pi51, е>;1 и Iplsrl, е<1 .
Таким образом, в зависимости от знака N ускорение Яп
становится максимальны:; или минимальным в точках
<Р2=кп и = ±агссо
+2лк.
О чисто геометрических свойствах траектории схвата,
очевидно, можно судить по характеру поведения радиуса
кривизны, который для данных режимов можно предста-
вить в виде:
У3
Z^(l+2//cos (рг + /?)’
-xy 1 + ц3£'3 + ц(ц£~' +1)COS<рг
Определим его экстремальные значения из равенства
нулю первой производной от R по ф2
ч	г ч t ]
Экстремум R будет при:
66
1) sin <р2=0;
I I -2-faps'-j)\
2) cos $5t,  ---7~~—т------L £1.
+1)
Чему соотвс .ствует область параметров N, £, дающих
экстремум R (Рис.39).
3. ц2+2цсо5ф2+1=0, IЦI=I, COS<i>2= - ц
Из них следует:
2) /г = /7270-А2)(^-1);
3) R->0 при 02~>kft-
Условие 1) означает ф;=0, ^(границы рабочей зоны,
где рука выпрямлена или сложена.	61
• s	[l + fCl + W)
ад=—ь—-—vn
(уф+йО+Х)*]
[i--g(i+W
ц’(«(1+л)! -i]'
При вьюоре рабочей траектории нужно сравнивать эти
характерные значения R и, очевидно, следует избегать его
слишком малых значений.
Приведенные результаты необходимы при синтезе ра-
бочих траекторий шарнирных циклоидальных манипулято-
ров.
Для автоматизированного проетирования циклоидаль-
ных манипуляторов необходим систематический анализ т
классификация как самих воспроизводимых кривых, так и
их воспроизводящих механизмов. Методология подобного
рода должна сделать процесс их проектирования более эф-
фективным и менее трудоемким.
Для того, чтобы спроектировать циклоидальный мани-
пулятор в каком-либо исполнении компоновки в зависи-
мости от его режима применения ( либо использования
всей шатунной кривой, либо точек «выстоя» или
«возврата») приходится учитывать такие факторы, как дли-
тельность «выстоя», кратность «выстоев», определяемых
параметром К, требуемую погрешность позиционирования
и повторяемость, максимально допустимое отношение
длин звеньев, определяемое через параметр е, минимально
допустимый угол передачи, типы исполнения кинематиче-
ских пар, тип компоновки, требования перенастройки тра-
екторий и т.д. Для учета всех этих факторов и оптимизации
решения необходим достаточно большой объем знаний
специального характера.
Конкретные знания по данным устройствам необходи-
мо об} ловить систематическим анализом. классификацией
68
и разработкой специализированных методоз расчета и про-
ектирования. Кроме выбора эффективного способа пред-
ставления знаний об этом классе манипуляторов необходи-
мо решить вопросы выбора как способа задания механиз-
ма, так и о прин япах выбора механизма, удовлетворяюще-
го требованиям поставленной задачи. Должны быть крите-
рии оценки обоснованности требований заказчика еще до
перехода к поиску решения и последующего перевода этих
требований в совокупность конструктивных и кинематиче-
ских ограничений.
Вопросы практического применения этих манипулято-
ров, как уже отмечалось, определяются спецификой решае-
мых задач с учетом требований к перенастройке, произво-
дительности, себестоимости.
Исходя из этих данных строится и рас етное обоснова-
ние работы этих устройств как при создании (расчете и
проектировании), так и при использовании уже сущест-
вующих изделий.
2.3.	ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ГРАФОВ
ПРИ ОПИСАНИИ ЦИКЛОИДАЛЬНЫХ
МАНИПУЛЯТОРОВ
На основе теории графов исследована кинематическая
структура механизмов роботов, приводимых в движение
тросовыми тягами. Установлено соответствие между меха-
низмом и его графом. Показывается, что структура кинема-
тических цепей с тросовыми тягами аналогична кинемати-
ческой структуре планетарных зубчатых передач, и поэтому
уравнение базогтй кинематической цепи, выведенное для
кинематического анализа планетарных зубчатых передач
69.
м^жно непосредственно применить и к механизмам с торо-
совыми тягами или ременными передачами.
Суть применяемого подхода анализа не в рассмотрении
к ждого конкретного механизма, а в создании планомер-
ной процедуры кинематического и статического анализа
механ: змоь подобного класса на основании разбиения ис-
полнительного механизма любой сложности на элементар-
ные с последующим математическим отождествлением их и
построением общей процедуры вычислений по соотвегст-
венко выбранному алгоритму.
Приведем схему манипулятора с тросовой тягой
(рис.40). Как ранее отмечалось, исполнительный механизм
манипуляторов обычно представляет собой разомкнутую
кинематическую цепь, где все звенья, кроме стойки, явля-
ются подвижными, двигаясь только по заданным траекто-
риям (для вращательных пар - по кругу вокруг соответст-
вующего шарнира).
ОСНОВАНИЕ
(СТОЙКА)
Рис.40. Шарнирный механизм, приводимый в движение
тросовой тягой.
70
Для механизмов с тросовым приводом существуют два
основных способа запасовки тросов:
•	с разомкнутыми концами (рис.41);
•	в виде бесконечной петли (рис.42).
тросовая тяга с следующему
шкиву
тросовая тяга к предыдущему
шкиву
Рис.41. Вариант запасовки тросового привода
с разомкнутыми концами.
Рис.42. Вариант запасовки тросового привода в	г
виде бесконечной петли	»
Звено К для обеспечения постоянства расстояний меж-
ду осями обоих икивов называемся держателем.
Для надежного управления механизмом манипулятора с
п степенями подвижности требуется, как минимум п+1
тросовых тяг с разомкнутыми концами.
На рис.43,44 даны плоскостные схемы механизмов, по-
казанных нг рис.41,42
Указаны способы запасовки:
» перекрестный (рис.43);
Рис.43. Плоскостная схема элементарного механизма
для механизма, изображенного на рис 41
» параллельный (рис.44).
Рис.44. Плоскостная схема элементарного механизма
для механизма, изображенного на рис.42.
На основе соответствующих процедур перечисления
графов в общем случае можно получить связь между углом
поворота шкива основания л шарнирными углами (т+1) -
звенной разо.-.кну 'ой кинематической цепа.
Sj,o е»1>о ±	9^ ±	9з,2 ±. - -± Зпмп-1
Знак при каждом члене необходимо находить согласно
числу перекрестных запасовок, предшествующих k-й оси.
9 при четном числе запасовок
•	при нечетном ’’исле запасовок
Продифференцировав это уравнение можно получить
зависимость для угловых скоростей, причем кс зффициенты
при угловых скоростях можно рассматривать как частные
производные угла поворота шкива основания по соответст-
вующим шарнирным углам.
2.4.	МАТРИЧНО-КОДОВЫЙ МЕТОД
Топологические методы расчета пои синтезе зубчатых
механизмов на основе единого подхода, связанного с гра-
фовым представлением отдельных характеристик механиз-
мов, даны в [25]. Здесь в качестве элементарного механиз-
ма, на которые разбиваются сложные зубчатые механизмы,
прин-.т трехзвенный планетарный механизм
(дифференциал). Рассмотрим применение одного из графо-
вых методов - матрично-колот ио метода (МКМ) для цик-
лоидальных манипуляторов в зубчато-рычажном исполне-
нии (ЗРМ>.
В нем предполагается, что сложный механизм может
быть составлен из конечного числа элементарных механиз-
мов (ЭМ).
Если (01,02.....©п) - век.ор харак1вристик ЭМ, то име-
ется ввиду, что для него можно установить функциональ-
ную связь между характеристиками вида:
fl (®1,О2„...Оп) = 0	.(*)
73
ЭМ может описываться и несколькими такими уравне-
ниями. Параметры g>i могут иметь различную природу, на-
пример, ими могут быть координаты, скорости и т.д.
В случае, если составной механизм состоит из несколь-
ких ЭМ, тс его описсние представляет совокупность таких
уравнений и связей ьида 0i - ©j или более общего случая:
Ф1 (©!,©] ) = 0.
Подобный подход, связанный с разбиением системы на
элементы, математическим описанием отдельных элемен-
тов и объединением этих описаний в единую систему по-
средством связей в теории математического моделирова-
ния носит название системного дохода . ЭМ, описывае-
мый уравнением (*), имеет о= п-1 степеней свободы (п -
независимых переменных и одно уравнение - связь).
Математически можно доказать, что уравнение (*) рав-
носильно системе уравнений:
Ф1 (®1 ,02 ,®n-l)=°
Фг(0з ,ип+1 ,0п+2 )=0
Фз (©4,0я+2 ,©л+3 )=0
Фп.1 (сй„ ,Ип-1 .©ан )--0
Приведем пример для п=6:
<х>1 02 03 04 05 06
07
. 0g
09
Таким образом
• fi(©!,... , 05) = 0
можно представить как совокупность уравнений:
ф1(©1 ,02 ,07 )=0
Ф2 (03 ,07 ,0g >0
фз (04 ,0S ,09 )=0
04 (05 ,06 .©9 )=0
7ч
Всего 4 уравнения и 9 переменных, это значит, число
степеней свободы снова равно сг=9-4=5
В принципе функции cpi могут и не иметь конкретного
физического содержания. Однако в большинстве случаев в
теории механизмов маханизмы различаются на трехзвенные
ЭМ, из которых можно составить связный механизм, не
распадающийся на отдельные части.
Очевидно также и то, что если сложный механизм с
числом степеней свободы о>1 состоит только из двухзвен-
ных ЭМ, то он обязательно распадается на несколько час-
тей.
Э*а теория структурного характера вытекает из матрои-
дального представления (в частности, представления с по-
мощью гиперграфов) структур механизмов.
Иногда можно рассматривать ЭМ, описываемые только
двух- и трехчленными уравнениями. Если под Qi понимать
характеристику 1-го звена, то эти ЭМ можно называть
двух- и трехзвенными механизмами, при условии, что каж-
дое звено описывается лишь одной характеристикой.
Циклоидальные ЗРМ можно описывать с помощью
двухзвенных ЭМ.
Рассмотрим механизм, представленный на рис.45. Он
имеет возможность перенастройки на два режима. Струк-
турная схема его дана на рис. 29,30.
Рис.45. Циклоидальный мангпулятор
75
Первый режим его работы представлен на рис.29. Здесь
каждый ЭМ представляет пару колес:
О(Г1-г2) --ю2г2;
©з s ©г;
Ш4Г4 а <ьэГз,
где Q - угловая скорость водила.
Таким образом, из этих уравнений можно составить
производящую матрицу угловых скоростей вида :
||П	©2	©3	©4 ||
|| rr r2 r2 0	0	||
[I О	I	-1	0 ||
|| 0	Огз г4 ||
Отсюда с точностью до знака получаем значения пара-
метра N:
я. __ [|Ощ2щ3|
Q ||0>2а»3а?41
г,-г2 Г2 О
0	1 -1
0 0г
h ’o о|
I -1 0!
0 гз Ч
= Чз’Ч'Чл ~г2)
Теперь можно аналогичные вычисления привести для
другого режима ЗРМ (рис.30).
Производящая матрица в данном случае им<г; вид:
76
Q	(o2	c>3	<у4
Г1 + r2	~r2	О	0
0	1-1.0
0	0	r3	-r4
Отсюда с точностью до знака получаем:
со* _ [Q й)2
О |<й2 со3
^4=r3^1<I('i+Z,2)-
N =
Нетрудно убедиться, что эти результаты совпадают с
результатами непосредственного вычисления N из меха-
низмов ЗРМ.
Таким образом, в этом механизме ЗРМ циклоидального
манипулятора используются три типа двухзвеннных ЭМ:
i тип муфты <т.е. два колеса, насаженные жестко на
одну ось) ®i=®j;
•	два колеса, охваченных цепной передачей
(oIr1=CDjrj;
•	сателлиты на водиле
йн(гв+Гс)=®с гс;
®н(Гв.Гс)=<0сГс,
в зависимости от типа зацепления.
Для этих схем “структурная цепь”, т.е. отображение
взаимосвязи представляет собой “дерево” следующего вица
(рис.46):
4*	♦_________♦
II 3 || 2 ||
*	*	*1
Рис.46 Структурная цепь, отображающая кинема- тиче-
ские взаимосвязи элементов ЗРМ	77
Рассмотренный механизм можно отобразить в виде
Рис.47. Граф двухрежимного механизма
Вершины соответствуют колесам, например, 2 и 3 для
внутреннего зацепления, а 2' и 3' - колеса внешнего зацеп-
ления, Пунктиром обозначены цепи, соединяющие колесо 4
либо с 3, либо с 3'.
Ребра графа имеют следующие веса:
(1,2)	- связь между водилом и сателлитом;
Qf Г1±Г2)=О2Г2;
(2,3)	- связь между колесами 2 и 3:
О2=®з'
(3,4)	- цепная связь:
(0зГз=с.’.!Г4;
На рис.41- показан граф с указанием весов его ребер:
Phv.48. Граф двухрежимчого механизма с указанием ве-
сов ребер
Проиллюстрируем далее матрично-кодовый метод рас-
чета механизмов для ЗРМ с двумя цепныйи передачами,
кинематическая схема которого приведена на рис.49.
Рис. 49. Двухцепной ЗРМ.
Выпишем его кинематические взаимосвязи:
Связь (1,2) - водило-сателлит;
ИСг1+г2)=О2Г2;
Связь (2,3):
(й4==<0з;
Связь (3,4) - цепь:
©3Гз=<04Г4;
Связь (4,5): *
Связь (5,6) - цепь-сателлит:
Отсюда следует производящая матрица:
						
Г1+Г2	Г2	0	О'	0	0	
0	1	-1	0	0	0	
0	0	0	-	-1	0	
0	0 ‘	0	0		гб	 >•
0	0	гз		0	0	
Далее определяются N'=a>i2/£1, N"=coi3/'Q путем струк-
турных вычислений по формуле Крамера или на основе
преобразований графов Коутса или же графов Мэзона.
Так как между матрицей, структурным графом и струк-
турой механизма существует определенное соответствие, то
возможны переходы как от порожденных уравнений - свя-
зей ЭМ к структуре механизма (задача синтеза), так и от
заданного механизма к множеству связей, описывающих
ЭМ, и вычисленных выходных характеристик ( задача ана-
лиза).
Итак, последовательность расчетов в задаче анализа та-
кова:
® исходя из структуры механизма устанавливается мно-
жество ЭМ, ^оставляющих исходный механизм и их функ-
циональные зависимости;
® строится для каждого режима (если их несколько)
матрица режима;
® вычисляются выходные характеристики (в частности,
для зубчато-рычажной компоновки - передаточные числа
на режимах);
® опреде,„1ЮТ' я параметры исполнительного механизма
(скорости, ускорения, моменты и т.д.).
Пр I решении задачи синтеза положение как бы обрат-
ное, структура механизма определяется, исходя из множе-
ства порождаемых ЭМ:
80
•	с помощью специального алгоритма порождается не-
которое множество ЭМ (обычно множество'ограничивает-
ся его мощностью и классом используемых ЭМ);
•	строится структура механизма из порождение! о мно-
жества ЭМ;
®	решается задача анализа;
«	процесс порождения различных исходных множеств
ЭМ идет до тех пор, пока не будут выполнены технические
условия на синтез.
Таким образом, топологические методы синтеза и ана-
лиза механизмов обладают большой степенью общности и
эффективны при их применении с привлечением ЭВМ.
Наряду с системами автоматизированного синтеза и проек-
тирования, например, АСПРОМ [24], их мсжно рекомендо-
вать разработчикам и пользователям такой техники.
2.5. ХАРАКТЕРИСТИКА БЫСТРОДЕЙСТВИЯ
И РЕГУЛИРОВАНИЕ ВРЕМЕН “ВЫСТОЯ”
ЦИКЛОИДАЛЬНЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ
Ревизуемые в таких устройствах принципы роторной
техники при существенно меньшей по сравнению с серий-
ными ПР стоимости позволяют многократно повысить
производительность, достигнуть полного использования
обслуживаемого высокопроизводительного оборудования.
Охарактеризуем условия иг. применения с регулированием
времени рабочего цикла (производительности) и времени
выстоя в рабочих позициях (времени обработки заготовки).
Ведущее звено совершает непрерывное вращение, а ве-
домое звено манипулятора вращается кратно ему q>2=N(pi,
где параметр N определяет тип рабочей кривой. У некото-
'	81
рлх из них будут участки траекторий, где линейная ско-
рость схвата кратковременно равна нулю - для эпициклоид
они назвываются точками возврата, для гипоциклоид - точ-
ками “выстоя”. Как и ранее их будем обозначать ТВ. На
примере двухшарниргой руки ранее было показано, что ТВ
по местоположению будут там, где рука либо выпрямлена
(у гипоциклоид), либо где рука сложена (для эпициклоид).
Линейная скорость схвата (полюса), равная
К = д/а2 + 2//COS^2 + i H=s(N+l), =
может меняться в пределах
li®[l-e(N+l)] < V < li<a[l+e(N+l)].
В положениях ТВ должно быть V->0, поэтму отсюда
следует условие существования ТВ: s|n+1 |=1, что имеет
место только при эпициклоидах и гипоциклоидах.
Наиболее просто циклоидальные траекгрии реализуют-
ся при стационарном режиме работы привода [6].
ai = const, аг - const.
В этом случае ТВ будут в моменты времени:
>(2£ + 1)/(Ма)
2я£/(Му)

для эпициклоид;
для гипоциклоид
(к=4,2,...), (3,4,1),
а скорость схвата при этих режимах будет:
-	для эпициклоид V - 21 jtucos—;
-	для гипоцикло! д V = 21 ха>
nr= 21 ха> sinModf / 2.
82
Здесь а 2 = ^Narit, где tB- момент времени, в который
'л
достигается ТВ, а At-некоторое малое приращение времени.
Координаты ТВ будут:
для эпициклоид
Хтв = cos(2£ +1)~ + е cos[(2A +1) -^-+ я-],
Я	Л
YTB = sin(2& +1)— + е si п[(2 к + !)— + #];
для гипоциклоид:
2л- ,
Ara=(l + ff)cos—к\
2 яг
Уга = (1 + ф1П“А:.
Отсюда также следует, что ТВ для эпициклоид будут
для шарнирно-рычажной компоновки при руке сложенной,
а для гипоциклоид - при руке выпрямленной. Число ТВ при
Т целом равно ) N1, а при Т дробном, когда значения а2, сх-з
или Г, г взаимно просты, число ТВ равно i a21 = i RI.
Время цикла манипулятора при | N+l | будет
Тц=2д/о, а при ! N+l | <1, будет T=2ft/[(N+l)a>] , а именно:
Тц 2д/[(Ы+1)и]
при -2<N<-1 у гипоциклоид;
при-1<М<0 у эпициклоид;
Тц=2л/а
при N<-2	у гипоциклоид;
при N>0	у эпициклоид.
Таким образом производительность циклоидальных
манипуляторов определяется скоростью вращения ведуще-
го звена и видом циклоидальной кривой (параметром N).
83
Для кривых с зонами ‘‘выстоя’' при | ц | =1 будет
________________	t
К = 11£01Ч/2(ТТсоз^) , где <р = JNo-.dt.
о
В момент tB+At вблизи положения ТВ, где At-
некотгрое . талое приращение времени, имеем
' . Л/
ч-Д/ ~ ^1^4 Sin N2 ~ Vaonyet — Vjnax- 21	,
отсюда можно определить возможность регулирования
“длительности выстоя” Т=2Д: из соотношения:
А/ = 2(Лгйг1)"1 arcsine, где параметр Р = Vt +ы /Ит„;
Р<1 выбирается проектировщиком. Далее, при необх -
димости для V<V-on. Можно найти величину смещения
Г„+Д/
схвата за время At в окресности “выстоя”: AS = 2	.
Таким образом, па основе такого кинематического под-
хода можно осуществить выбор параметров руки. Техниче-
ская реализация регулирования Тц и Тв возможна следую-
щими способами [19,29]:
1. Для ЗРМ компоновки - за счет регулирования скоро-
сти электроприводиых двигателей, исходя из условия обес-
печения требуемой величины А;
2. Для программно-перенастраиваемых в ШРМ компо-
новке двояким образом:
а)	непосредственно регулированием угловых скоростей
приводов звеньев путем использования блоков их синхро-
низации [16,3];
б)	при применении электроприводов постоянного тока
изменением напряже :ия источника питания.
Быстродействие руки через Тц и “время выстоя” Тв=2 At
определяется двумя параметрами. N и соj. Причем при регу-
лировании Тв нужно задаваться V=Vaon. За время Тц схват
84
замыкает траекторию, при этом схват проходит N зон
“выстоя”. Вблизи них движение схвата замедленно, поэто-
му имеет смысл говорить о “пятне выстоя”, и соответст-
венно •- о его размерах (обозначим AS) по величине S -
Г,	Гд
длине эпи- и гипоциклоиды, где 5= AS =
о	о
где ts - время, в течение которого схват находится в преде-
лах “пятна выстоя”.
2.6. ФОРМИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА С БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИМИ
ЦИКЛОИДАЛЬНЫМИ РОТОРНЫМИ
МАНИПУЛЯТОРАМИ
В производстве разного рода изделий реализуется тех-
нологический процесс, состоящий из последовательности
выполняемых технологических операций, где положение и
состояние обрабатываемого по ходу процессов компоненты
изделия претерпеваю' изменения при операциях загрузки-
разгру-’ки, транспортирования, обработки, ориентации.
Проиг зодительность определяется характером транс-
портирования заготовок, который может быть непрерыв-
ным (роторная техника) или прерывистым - выстоями (в
машинах дискретного действия). В связи с этим при орга-
низации производственного цикла "еобходим. соответст-
ву.эщий выбор транспортирующих устройств.
При их выборе основными критериями являются: быст-
родействие, число рабочих позиций и их местоположение,
возможность их перенастройки, погрешность позициони-
рования и время зыстоя (обработки) в них, а также силовые
воздействия на элементы устройств. Последние обусловлен
кы силами инерции, тяжести и технологическими усилия-
ми. В результате комплексного анализа влияния таких фак-
торов выбираются тип и параметры транспортирующих
устройств, привода, законов движения его органов, конст-
руктивно-к.^мпонсво’ ное исполнение.
Структура технологического процесса обычно позволя-
ет расчленение осуществляемых операций на переходы и
поэтому в итоге возможен его анализ как по отдельным
переходам, так и по операциям. Подобный анализ позволя-
ет разработку' создаваемого комплекса, например РТК, сво-
дить к упорядоченной совокупности элементарных задач.
Быстродействующие циклоидальные манипуляторы в
силу их геометрии движений допускают как непрерывное,
так и дискретное транспортирование заготовок. Соответст-
венно режимы применения БЦМ будут как с применением
всей шатунной кривой ('аналог контурного управления
промышленных роботов), так и с применением совмещения
рабочих позиций обслуживаемого оборудования v зонами
выстоя БЦМ
В качестве транспортирующего устройства они привле-
кательны в силу' их существенных достоинств из-за наличия
у них специфических свойств роторной техники, прояв-
ляющиеся в совмещении транспортных и технологических
функций, что и обусловливаег их повышенное воздействие
(в 2-3 раза выше).
Конструктивно реализуемы как с жесткой без перена-
стройки рабочей траектории или с ограниченной перена-
стройкой, так и с программной перенастройкой посредст-
вом управляющего автомата
Обычно повышение быстройдействш. и грузоподъем-
ности манипуляторов ПР связано с увеличением мощносги
приводэв и тормозных устройств, ростом энергозатрат.
Уменьшение времени циклов обычно сдерживается огра-
ничениями на погрешность позиционирования.
86
Число рабочих позиций неограниченно, геометрия та-
кова, что вблизи зон выстоя схват имеет линейную ско-
рость V—>0, и в случае совмещения этих зон с рабочими
позициями обслуживаемого оборудования (синхронизация
по местоположениям и времени) не требуется осуществле-
ния приводами в них торможения.
Данное обстоятельство, когда нулевая скорость схвата
достигается при переходе к рабочим позициям при непре-
рывном вращении звеньев без осуществления их торможе-
ния, дает увеличение быстродействия с улучыенными ди-
намическими показателями без ограничений на погреш-
ность позиционирования.
Приведем пример выбора характеристик роботоком-
плекса (РТК). Как отмечалось, “пятна выстоя” там, где
V—>0 , будут на эпициклоидах ц=1 и гипоциклоидах ц=-
1. При этом скорость схвата соответственно будет
V = 2/1щ1|со5Ма//2|;И =
Рассмотрим выбор параметров на примере организации
технологического штамповочного пресса. Должны быть
предусмотрены следующие последовательные операции:
взять простую заготовку, подвести к штампу пресса, осуще-
ствить вырубку отверстий в здютовке, взять деталь и отне-
сти в тару
Заданная производительность РТК не менее 300 деталей
в час, время срабатывания пресса составляет 0,4 сек.
При выборе компоновочного решения РТК можно пре-
дусмотреть три симметричные рабочие позиции, отвечаю-
щ.т э гипоциклоидальной кривой
N=-3 (рис.50), а именно:
позиция 1 - загрузочное устройство;
позиция 2 - пресс;
позиция 3 - ~зра.
87
Примем /] = 2 м; е=0,5; N=-3. Для обеспечения задан-
ной производительности можно принять время цикла
ТЦ=10с. Это означает предельную производительность 360
деталей в минуту.
Величина I N+l | = 2> 1, что означает Тц=2л/а>1
Отсюда • следует сэ1=0,628	1/с. Далее имеем
V=4a>tsina)it/2, S=16m
Найдем 1в, если размеры “пят”а выстоя” AS=0.04 м.
h
Так как Л572 = ||sintyT//2[ = 1 -	/2, получаем
о
tg—0.82с.
Это означает, что эти 0.82 с. схват будет находиться в
операционной зоне пресса.
Рис.50. РТК для штамповки
При необходимости увеличения производительности,
не увеличивая угловую ско; ость вращения первого звена,
можно увел! тип число рук. Число их '.желательно выби-
рать из соображений их симметричного размещения отно-
сится! но оси крепления ведуще-о звена. Это вытекает из
88
условий динамического уравновешивания всей системы рук
в целом.
Рис.51. Трехрукий РТК
На рис.51 показан трехрукий РТК. Интенсивность осу-
ществляемых операций возрастает имерно втрое, а зна-
чит и производительность РТК.
Стоимость РТК, надежность его будет зависеть от типа
исполнения. Если не требуется переналадка, то ЭРМ ком-
поновка в этом смысле наиболее предпочтительна. Здесь
четко прослеживаются все преимущества роторной техни-
ки.
Все э^и достоинства присущи и в ШРМ компоновке,
система управления, система датчиков делают эти системы
более гибкими в перенастройке.
Синхронизация манипуляторов с обслуживаемым тех-
нологическим оборудован ем позвс.ыет полностью ис-
пользовать производительность последнего. Например,
подобные устройства с траекториями в виде гипоциклоид
успешно используются для автоматизации технологической
операции одновременной вырубки окон в сепараторах ко-
нических роликовых подшипнике., в производственном
объединении ГПЗ-1 (Москва). Здесь достигнута очень
высокая производительность -2100 шт./час.
Как было показано выше, характерная особенность
циклоидальных манипуляторов заключается в том, что они
имеют непрерывное вращение ведущего звена и точки
“выстия” рабочего органа. Умелое использование их числа
и местоположения вместе с синхронизацией работы обслу-
живаемого высокопроизводительного оборудования делает
их весьма привлекательными с точки зрения повышенного
быстродействия, надежности и простоты конструктивно-
аппаратной реализации. При подготовке линий с такими
манипуляторами с соответствующей синхронизацией их
работы с работой оборудования будем иметь специфиче-
скую разновидность высокоэффективных роторно-
конвейерных линий.
Таким образом, имеется возможность за счет использо-
вания принципов роторной техники с применением имею-
щихся возможностей регулирования быстродействия
(производительности), времени выстоя (времсли обработ-
ки заготовки в рабочих позициях), погрешности позицио-
нирования в требуемых опорных положениях схвата цик-
лоидальных манипуляторов осуществлять целенаправлен-
ный выбор .ак к конструктивно-компоновочных характе-
ристик, так и исполнения типа привода, систем управления
и условий обработки сенсорной информации без больших
вычислительных затрат.
Возможности оптимизации ла кинематическом и струк-
турно-компоновочном уровне, таким образом, заложены
как в самой геометрии движений циклоидальных манипу-
ляторов, так ч неоднозначности совокупностей начальной
конечной конфигурации руки.
90
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.	А.с. СССР № 629087 МКИ В43 L11/00. Устройство для
вычерчивания ц"клоидальных кривых / А.А.Алексеев,
К.Э.Жигжитов, С.О.Никифоров и др. - Опубл. 25.10.78.
Бюл.№39.
2.	Никифоров СО, Буйнов А.Н., Мархадаев Б.Е.. Норбоев
Ч.Н., О получении сложных профилей произвольного
конзура //Препринт Ин-та естественных наук БФ СО АН
СССР. - Улан-Удэ, 1983. - 39 с.
3.	А.с. № 1108022 СССР МКИ2 В43 L11/00.Устройство для
вычерчивания циклоидальных кривых. В.В.Слепнев,
Ю.Ф.Мухопад, С.О.Никифоров и др. - Опубл. 16.08.84.
Бюл.№30.
4.	Никифоров С.О. Исполнительный механизм робота-
манипулятора//Микропроцессорные системы управления
роботами. Иркутск, 1984. - 144 с.
5.	Захват для деталей типа “вал” к манипулятору КШ-
63//Информлисток БурЦНТИ №33-84 - Зс.
6.	Никифоров С.О., Мархадаев Б.Е., Сумкин А.Г. Экстре-
мальные свойства стационарных движений двухшгрнир-
ного манипулятора И Изд. СО АН СССР,- 1985. - №6. -
Вы; .3. Сер. техн.наук,- с. 122-124.
7.	Робототехническая линия РТЛ-1 для обработки основа-
ния стиральной машины “Белка-10’7/Информлисток Бур
ЦНТИ №111-85 - Зс. '
8.	Белоколодов Н.М., Никифоров С.О., Смольников В.А.
Особенности динамичен .сото расчета быстродействую-
щих циклоидальных манипуляторов// 6-й Всес.съезд по
теор. и прикл.мех. Ташкент, 24-30 сент., 1986. Аннот.
доклад. - Ташкент, 1986.-92с.
9.	РТК для сверления смазочного отверстия в детали
“трубчатый болт’У/Информлисто.- БурЦНТИ №1-86 2с.
91 '
lu. A.c. № 1266759 СССР МКИ2 B43 LI 1/00. Устройство
для воспроизведения кривых в полярной системе коор-
динат/ А.Г.Сумкин, С.©.Никифоров, В.В.Павлов -
.Опубл. 30.10.86. Бюл.№40.
11.	Никифоров С.О., Смольников В.А., Белоколодов Н.М.
Анализ и синтез импульсных режимов программных
движений шарнирных манипуляторов.//Препринт БФ СО
АН СССР. - Улан-Удэ, 1986,-26с.
12.	А с. №1242330 СССР МКИ2 В23 Q7/04//B25 J9/00. Ав-
тооператор / А.Г Сумкин, Н.М. Рабданова , Ю.Ф. Боль-
шедворский, С.О.Никифоров. Опубл.07.07.86.
Бюл.№25.
13.	Никифоров С.О., Слепнев В.В., Сумкин А.Г. Выбор па-
раметров быстродействующих циклоидальных манипу-
ляторов. Препринт.-Улан-Уда: БФ СО АН СССР, 1987. -
44с.
14.	Никифоров С.О. К методике расчета шарнирных цик-
лоидальных манипуляторов //Вестник машиностроения.
-1987. - №3. - С.5-7.
15.	Слепнев В.В., Мухопад Ю.Ф., Никифоров С.О. Вычис-
лительная система управления циклоидальными робота-
ми//Тез.доклада на III региональном семинаре
“Распределенная обработка информации”.-Новосибирск
- Улан-Удэ, 1987. - с.32.
16.	А.с. №1418071 СССР МКИ2 В43 L11/00. Устройство
для вычерчивания циклоидальных кривых/ В.В.Слепнев,
Ю.Ф.Мухопад, С.О.Никифоров и др. -	Опубл.
23.08.88.Бюл.№31.
17.	Слепнев В.В.,Никифоров С.О. Организация последова-
тельной ре«лиз..ци ’ команд в кадре примышленных ро-
ботов МП-9С//Механизация и автоматизация производ-
ства -1989,-№12.-С. 5-6.
18.	Сумкин А.Г Слепнев В.В.,Никифоров С.О. Робототехно-
логическая линия сборки корпуса подшипника
92
//Механизация и автоматизация производства,-1989,-
№12, С.5-6.
19.	Слепнев В.В..Никифоров С.О., Сумкин А.Г., Мархадаев
Б.Е. Методы регулирования длительности выст< i цик-
лоидальных роботов//Тезисы докл. науч. конф. ВСТИ. -
Улан-Удэ,198*. - С. 12-13.
20.	Циклоидальный робот.//Информационный листок
Бур.ЦНТИ №78-90. -4с.
21.	Никифоров С.О., Мархадаев Б.Е. Идентификация и вы-
бор компоновочных структур быстродейст '.ующих цик-
лоидальных манипуляторов //Вестник машиностроения.
- 1990.-№10. -С.43-45.
22.	Устройство для автоматической подачи полосового
манипулятора//Информационный листок Бур.ЦНТИ №9-
91,- Зс.
23.	А.с. № 1778020 СССР МКИ2 В43 L11/00. Устройство
для вычерчивания кривых/ А.Г.Сумкин, С.О.Никифоров,
И.Б.Челпанов - Опубл. 30.11.92. Б1эл.№44.
24.	Никифоров И.К., Очиров В.Д., Никифоров С.О. Кине-
матический анализ циклоидального манипулятора с
применением АСПРОМ//Тезисы докладов конференции
ВСТИ,- Улан-Удэ, 1992. -С..32.
25.	Никифоров С.О., Сушков Ю.А., Никифоров И.К., Коче-
ва Т.В. Применение	топологически методов
структурного и кинематического анализа и синтеза при
формировании компоновочных структур быстродей-
ствующих циклоидальных манипуляторов. Препринт.
Улан-Удэ: БИЕН СО РА« 1994. - 33с.
26.	Никифоров С.О., Челпанов И.Б., Слепнев В.В. Быстро-
действующине циклоидальные манипуляторы/ Моно-
графия -Улан-Удэ: БИЕН СО РАН, 1996 -111с.
27.	Никифоров С.О., Очиров В.Д., Кочева Т.В. Кинематиче-
ский точностной анализ и параметрический синтез цик-
93;
лоидальных роботов//Сб.науч.статей. Серия: Техник,
науки. Вып.1. -Улан-Удэ: ВСГТУ, 1994 - С.63-66.
28.	Никифоров С.О., Мухопад Ю.Ф.^ Мархадаев Б.Е., Слеп-
. нев В.В. Информационные оценки коррекция парамет-
ров циклоидальны^ роботов в системе автоматизации
производственных процессов//Сб. Микроэлектронные
системы контроля и управления на железнодорожном
транспорте. - Иркутск: ИрЮКТ, - 1995. - С.99-102.
29.	Никифоров С.О., Мархадаев Б.Е., Мухопад Ю.Ф., Слеп-
нев В.В. Формирование технологического процесса с
быстродействующими циклоидальными манипуляторами
при производстве деталей железнодорожного транспор-
та. Сб. научных трудов,- Иркутск: ИрИИТ, 1996. Вып.З. -
С.73-ь0.
30.	Никифоров С.О., Мухопад Ю.Ф.,Рабданова Н.М. Робо-
ты-тренажеры для психофизической подготовки спец-
персонала//Авто.м"тизированные системы контроля и
управления. - Иркутск: ИрИИТ, 1997. Вып 3. - С. 84-87.
31.	Мархадаев Б.Е., Никифоров С.О. Точностные мсдели
промышленных роботов. -Улан-Уда: БНЦ СО РАН, 1998
-178с.
94
 Показатели применимости циклоидальных МС [
Вспомогательные
показатели
ОсН<
пока
Показатели май-' I
модейсганя
И! АС С
сопутствующим
оборудованием [
Стабильность моментов подачи
и форма реализации
сигналов управления
1
| ’ Со стороны объектов i
। манипулирования!
Внешние нагрузка
__________________I (
Йхкйлогичз
I усилия
режимов
Силовое взаимо-
действие меха-
низмов при сов-
местной работе
Всей циклоидаль-
ной кривой
1 г—Hr3—!	ТТ
Постоянные Переменные Г-
11	j !7остоа1ть^
Положений . j ______________________
выстоя ) J,___________
j’ -| ~	| [Нагрузочная способность [
Переме!
времен]
тмь]
дейО
 механизм j
J
[Характерисстихя привода н
1 ....J_______
Ttai привода,
мощность
г4ДвДУД^Ч—।	| |Насхват") )ня нал одни-
if.	I тельный
[ Точность отработки режямоз
Г Всейщалон- Н
[ дальней кривой |
и
Повтори
Сгабнльи
управляю]
аятсма*
Способ
синхронзоа
Погреши
позяционнр

Максимальная вел
I переменного уси
| Стабильность параметров право;


ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКИХ РАЗРАБОТОК
РОБОТИЗИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДСТВ
(РТК И РТЛ)
Конкретные разработки проводились для роботизации
технологических процессов при производстве деталей сти-
ральной машины “Белка-ЮМ” Улан-Удэнского авиацион-
ного завода. Исходя из имеющихся возможностей исполь-
зования серийных средств работотехники, проработки про-
водились для операций холодной штамповки, механообра-
ботки и некоторых сборочных процессов (см. Информлист-
ки БурЦНТИ №1-86, №111-85).
В качестве примера приведем данные по разработанной
робстизированной линии (РТЛ) сборки подшипникового
узла стиральной машины “Белка-ЮМ’’ (См. “Механизация и
автоматизация производства”,-1989, №12).
Подшипниковый узел массой 0,06 кг является наиболее
ответственным функциональным узлом стиральной маши-
ны и состоит из. пяти деталей (рис.1): корпуса, двух под-
шипников Хз, манжеты х5 и крышки х&. Основные тре-
бования к узлу - герметичность и перпендикулярность оси
узла к крышке, запирающей узел.
Рис. 1. Подшипниковый узел
’ 95*
Др внедрения РТЛ последовательная сборка узла осу-
ществлялась вручную тремя рабочими.
Конструктивное решение РТЛ- обусловлено техниче-
скими возможностями промышленных роботов (ПР), загру-
зочных вибробункеро^ и другого оборудования. В ее состав
входа-1 (рии.2): поворотный делительный стол 1 мод. УН
2056; ПР 72-5 мод МП-9С 2-5 для установки на рабочие
позиции корпуса, подшипников, манжеты и крышки; виб-
робункер 6 мод. УСБ№-01.03 для подачи корпуса под за-
хватное устройство ПР, вибробункеры 7-9 мод. ВБ 1601 для
подачи подшипников манжеты и крышки; гидравлический
пресс 10 для запрессовки подшипников в корпус; пневма-
тический пресс И для запресовки манжеты; гидравличе-
ский пр-сс 12 на кернение крышки; автооператор 13 для
сброса готового узла; силовая головка 14 модЛУХ 4035 300
на развертку подшипников Х\, хз (см. рис.1); гидростанция
15 (см.рис.2); устройство 16 программного управления типа
ЭЦПУ-6030; основание 17.
Рис.2.РТЛ сборки подшипникового узла
96
Система управления РТЛ состоит из одного устройства
ЭЦПУ-6030 с расширенными возможностями группового
управления ПР и оборудованием фотодатчиков наличия
деталей и дистанционного пульта управления для огработ-
ки компонент и всей РТЛ в автономном и наладочном ре-
жимах.
Технологию процесса сборки отражающую структуру и
последовательность сборки, можно представить посредст-
вом графа (рис.З) G (Х,Ц). Здесь X -
множество вершин, характеризую-
щее состав и свойства конструктив-
но-технологических параметров, U -
множество дуг, отражающее взаи-
мосвязь между вершинами и харак-
теризующее операции, выполняемые
со сборочными компонентами, где
Х={г1,Г2,Хз,Х5,Гб,г7};
.«Г д’ • }
На рис.1 указаны собираемые
компоненты с соответствующими
обозначениями. Перечислим соглас-
но рис.2 и 3, выполняемые опрера-
ции по компонентам U:
U41- ПР 3 подает подшипник
Ри-' 3. Обобщенный
информационный
граф сборки подшип-
никового узла
с вибрсбункера 7 на пози-•
цию 1.
ня - ПР 2 на эту же пози-
цию подает корпус х 2 из вибро-
бункера 6’
97 '
v 2 - ПР 2 на эту же позицию подает корпусх2 из вибробун-
кера 6;
и-» - ПР 3 подает подшипник х3 с вибробункера 7 на пози-
цию I;
- поворотный стоп подает детали на поз.П, где они за-
прессовываются гидравлическим прессом Ю;
Л7
и!‘ / - узел Х4 поворотом стола пода; :ся на поз. Ш силовой
головки с последующей разверткой ею отверстия подшип-
ников;
Л и;
и4 J1 - узел ха поворотом стола подает на поз. IV, где с
него сдувается стружка;
и" *5 - ПР 4 подает из вибробункера 8 на поз. IV манжету
xs ;
«Г 4 ш ~ пневматический пресс запрессовывает манжету;
л1:1
у нг	ч г
иА 4 - узел Х4 поворотом стола подается на поз. V;
w4 6 - ПР 5 из вибробункера 9 достает крышку хе ;
4 - гидравлический пресс 12 производит кернение;
«* 7 - при повороте стола на no3.VI автооператор снимает
собранный узел х?. .
Внедрение РТЛ позволило наладить высококачествен-
ное автоматическое изготовление подшипникового узла.
Техническая характеристика РТЛ
Производительностьдпт./ч...............  144
Цикл сборки узла, с...................    25
98
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение	3
Глава 1. Общие сведения о манипулящионных
роботах и циклоидальные манипуляторы.	6
1.1.	Основные понятия и определения в робо-
тотехнике.	6
1.2.	Способы реализации устройств для пере-
мещения объектов.	16
1.3.	Механизмы манипуляторов с двигателя-
ми, работающими без реверсирования.	21
1.4.	Механизмы манипуляторов, обеспечи-
вающие требуемые движения при постоянно
работающем двигателем.	27
1.5.	Циклоидальные и близкие к ним меха-
низмы манипуляторов.		34
1.6.	Циклоидальные механизмы манипулято-
ров. Технические решения.	42
Глава 2. Расчет параметров РТК с быстро-
действующими роторными циклоидальными
манипуляторами.	50
2.1.	Компоновочные структуры циклоидаль- '
ных манипуляторов и топология траекто-
рий схвата.	50
2.2.	Кинематические свойства циклоидальных
манипуляторов.	62
2.3.	Применение теории графов при описании
циклоидальных манипуляторов.	69
2.4.	Матрично-кодовый метод.	73
2.5.	Характеристика быстродействия и регу-
лирования времен “выстоя” циклоидальных
манипуляторов.
2 6. Формирование технологического процес-
са с быстродействующими циклоидальными 85
роторными манипуляторами.
' Список рекомендуемой литератур-91
Приложение 1.
Приложенйе2.	95
Оглавление	99
Редактор Е.В. Белошютова
ЛР № 020456 от 30.07.97г.
Подписано в печать 29.12.98г. Формат 60x84 1/16.
Усл.п.л. 5,81, уч.-изд.л. 5,0Тир..ж 100 экз. С. 187.
Отпечатано в типографии ВСГТУ.
г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 42.
© ВСГТУ, 1998 г