P1080218

4

Wprowadzenie do kinematyki robotów

Kinematyka to nauka zajmująca się opisem ruchu bez uwzględnienia sił wywołujących ten ruch. W ramach kinematyki manipulatorów bada się: zmiany położenia, prędkości i przyspieszenia ruchu.

4.1. Elementy struktury kinematycznej robotów przemysłowych

Współczesne roboty mogą mieć dużą liczbę sterowanych ruchów - stopni swobody. Rozbudowywanie struktury kinematycznej robota powyżej sześciu stopni swobody jest jednak rzadko spotykane. Uzasadnione może być jedynie wówczas, gdy chwytak operuje w ograniczonej i trudno dostępnej przestrzeni (np. zgrzewanie karoserii samochodu). Na rysunku 4.1 przedstawiono sześcioosiowy robot przemysłowy.

Mechanizmy - jednostki kinematyczne współczesnych robotów są zbudowane w postaci szeregowego układu członów połączonych ruchowo za pomocą tzw. par kinematycznych, tworzących łańcuch kinematyczny. W zależności od liczby ograniczeń więzów wyróżnia się pięć klas połączeń członów, czyli pary kinematyczne od I do V klasy. W tablicy 4.1 pokazano oznaczenia par kinematycznych III, IV i V klasy.

W obecnie konstruowanych robotach przemysłowych znaczenie techniczne mają głównie połączenia członów V klasy, a więc pary o wzajemnym ruchu obrotowym lub liniowym. Nie można wykluczyć jednak możliwości konstruowania i zastosowania w budowie jednostki kinematycznej efektywnych technicznie par pozostałych klas, szczególnie IV klasy.

Mechanizm robota określają następujące parametry kinematyczne [88,94]:

1. Liczba stopni swobody łańcucha kinematycznego

s

(4.1)

Rysunek 4.1^Hg£j_

Sześcioosiowy robot przemysłowy

gdzie: n - liczba członów (par) łańcucha kinematycznego, p, - liczba połączeń par kinematycznych o i-tej klasie, i — numer klasy odpowiadający liczbie więzów nałożonych przez połączenie między dwoma członami traktowanymi jako ciała sztywne o sześciu stopniach swobody.

Ponieważ w przypadku łańcuchów otwartych liczba członów ruchomych jest równa liczbie par kinematycznych, więc zależność (4.1) przyjmuje postać

n    n

w = 6^ pt —ipt - p_s + 2p₄ + 3 p₃ + 4p₂ + 5 pi    (4.2)

|Ii    i-i

co oznacza, że ruchliwość łańcucha otwartego równa się sumie liczb stopni swobody jego połączeń — par kinematycznych.

2. Ruchliwość r — to liczba stopni swobody łańcucha kinematycznego mechanizmu z unieruchomionym członem — podstawą

r — w—6 = 6 (w —

i )-i>

(4.3)

i=i

3. Manewrowość m — to liczba stopni swobody łańcucha kinematycznego mechanizmu z unieruchomionymi: podstawą i ostatnim w łańcuchu członem kinematycznym

m — r — 6 = 6(n

‘Pi

(4.4)

83