80882 P1080221

4. Wprowadzenie do kinematyki robotów

Rysunek    i _■ .    -    _

Przestrzenie ruchów na przykładzie robota o strukturze przegubowej, pokazano granice: 1 - głównej przestrzeni roboczej, 2—pomocniczej przestrzeni roboczej, 3 — przestrzeni kolizyjnej, 4 - strefy zagrożenia

Struktura jednostki kinematycznej wraz z opisem wymiarowym schematu kinematycznego i zakresem przemieszczeń zespołów ruchu w sposób jednoznaczny określają przestrzeń ruchów mechanizmu, a wynikowo — przestrzeń ruchów chwytaka lub narzędzia. Ze względu na podstawowe dla użytkownika robota znaczenie przestrzeń ta jest opisywana, niezależnie od zwymiarowanego szkicu, także przez podanie objętości. Wyróżnia się (rys. 4.4):

- główną przestrzeń roboczą, w obrębie której przemieszcza się konstrukcyjne zakończenie ostatniego, wolnego, ale nierozdzielnie związanego z mechanizmem jednostki kinematycznej, członu, z reguły sprzęgu chwytaka,

- pomocniczą przestrzeń roboczą, w obrębie której przemieszczają się dodatkowe (opcyjne) człony, np. ruchu lokalnego, oraz wymienne chwytaki i narzędzia,

—    przestrzeń kolizyjną., w obrębie której zawierają się wszystkie elementy konstrukcyjne i przemieszczają się wszystkie zespoły ruchu człony mechanizmu jednostki kinematycznej,

—    strefą zagrożenia, przestrzeń zabronioną przepisami lub normami bhp

qq    dla obsługi w czasie pracy jednostki kinematycznej.

Przestrzenie roboczą i kolizyjną dzieli się ponadto na [94]: mechaniczną i sterowniczą.

Przestrzeń mechaniczna wynika z konstrukcyjnych właściwości jednostki kinematycznej z korekcjami pochodzącymi np. od sumowania luzów w połączeniach członów, statycznymi i dynamicznymi odkształceniami sprężystymi elementów konstrukcji. Przestrzeń ta jest z reguły większa od przestrzeni nominalnej, określonej na podstawie geometrii mechanizmu.

Przestrzeń sterownicza uwzględnia ograniczenia sterownicze wynikające z właściwości układów pomiarowych przemieszczeń, ograniczenia okresu przetwarzania oraz właściwości samego układu sterowania, np. ograniczenia zakresu pracy serwozaworów zespołów mchu. Przestrzeń ta jest przeważnie mniejsza od przestrzeni nominalnej.

Stosunek objętości przestrzeni roboczej i kolizyjnej określa poprawność przyjętego rozwiązania struktury jednostki kinematycznej robota, przy czym dane rozwiązanie jest oczywiście tym lepsze, im większą część przestrzeni kolizyjnej zajmuje przestrzeń robocza. Jako parametr proponuje się współczynnik B określony zależnością

(4.5)

pTr

gdzie: F* oraz F_r oznaczają odpowiednio objętości przestrzeni kolizyjnej oraz roboczej.

4.2. Kinematyka robotów o strukturze szeregowej

W celu opracowania schematu mchu robota konieczne jest przyjęcie pewnej metody, która umożliwi opis położenia ramienia w punkcie i w czasie. Zdefiniujemy robota, używając dwóch podstawowych elementów: pary kinematycznej i ramienia. Każda para kinematyczna ma jeden stopień swobody (para V klasy) i może wykonywać ruch liniowy w osi X, Y bądź Z lub obrotowy w osi A, B bądź C (w przegubie), między sąsiadującymi położeniami. Za ramię uważa się sztywną strukturę, która łączy pary kinematyczne (przeguby).

Obliczeń zależności kinematyczno-mchowych dokonuje się, wykorzystując podany wcześniej standardowy system zapisu struktury kinematycznej. Przeguby oznacza się przez J„, gdzie n — 1 to podstawa robota, a ramiona przez L_n, gdzie n = 1 to ramię znajdujące się najbliżej podstawy. Symbolu /„ używa się do oznaczenia długości ramienia.

4.2.1. Opis pozycji i orientacji robota

Ruch robota o strukturze przegubowej (patrz rys. 2.2a) jest trudniejszy do analizy niż robota o strukturze w układzie kartezjańskim (rys. 2.2f) i dlatego podane 89