Бір қарамды көп қозғалмалы манипуляторларды синтездеу

Механизмдердің құрылысын талдаудың міндеттері

Механизмде қозғалысты беру және түрлендіруге қатысатын денелер буындар деп аталады. Қарастырылып отырған механизмнің үлгісіне байланысты буындар абсолютті қатты немесе серпімді денелер ретінде қарастырылады. Буындар бірнеше бөлшектерден тұруы мүмкін. Қозғалмайтын буындар тіреуіштер деп аталады. Буындарды кіріс және шығыс, жетекші және жетектегі деп ажыратады. Егер буынға механизмнің басқа да буындарының орнын анықтайтын бір немесе бірнеше жалпыланған координаталар жазылған болса, онда мұндай буын бастапқы деп аталады.

Механизмдердің құрылысын талдаудың негізгі міндеттері – кинематикалық жұптарды жіктеу, механизм құрылысын сипаттау, қозғалғыштықты анықтау, сонымен қатар, механизмдерді толығымен жіктеу болып табылады. Синтездеу есептерін шешуде механизмдер құрылысын талдаудың зор мәні бар және әрі қарай кинематикалық және динамикалық талдау мен синтездеу тәсілдерін анықтайды.

Кинематикалық жұптарды жіктеу

Механизмнің буындары бір-бірімен салыстырғанда салыстырмалы қозғала алатын өз ара қосылыс түзеді. Жанасқан екі буынның қосылысы кинематикалық жұп (КЖ) немесе мүшелену деп аталады.

Кинематикалық жұптар төменгі және жоғарғы жұптар болып бөлінеді. Буындары өз ара беттер арқылы жанасатын КЖ төменгі жұптар деп аталады. Ал жоғарғы КЖ буындары тек сызық немесе нүкте арқылы жанасады.

Еркін қозғалатын дене кеңістікте алты тәуелсіз қозғалыстар жасайтыны белгілі. Егер екі дене қосылыс түзетін болса, онда олар өз ара өз қозғалыстарына байланыстар деп аталатын шектеулер салады. КЖ түзетін буындардың салыстырмалы қозғалысы (s_r) санына және байланыстар сипатына тәуелді. КЖ-ны КЖ түзетін буындардың салыстырмалы қозғалысында еркіндік дәрежесінің саны W_r бойынша жіктеу қабылданған. (r индексі – индексті шама салыстырмалы қозғалыстың көрсеткіші болып табылатынын білдіреді). Әрине, әрқашанда (екіжақты голономды байланыстар жағдайында)

W_r + s_r = 6 (1.1)

қатынасы орындалады.

W_rбайланысты кинематикалық жұптар бір-, екі-, үш-, төрт-, бес қозғалмалы КЖ болып бөлінеді. Кейбір әдебиеттерде байланыстар санына негізделген кинематикалық жұптарды жіктеудің басқа да түрі параллельді түрде қолданылады. Сонымен, кинематикалық жұптың класы КЖ-ның байланыстар санына тең болады.

9) Бір контурлы көп қозғалмалы манипуляторларды синтездеу.

Бір қарамды көп қозғалмалы манипуляторларды синтездеу

Мысалы, роботтың жұмысшы органын жылжыту үшін, алдымен, жұмысшы органының қандай-да бір осін жылжыту қажет (сонымен, ось W=5 еркіндік дәрежесіне ие болуы керек), содан кейін, денені ось айналасымен бұру қажет (ротация қозғалысы бір еркіндік дәрежесіне тең, W=1). Нәтижесінде, роботтың жұмысшы органы алты еркіндік дәрежесі бар еркін дене ретінде жылжу мүмкіндігіне ие болады.

Еркін қозғалысты талдаудың осы қағидасына еркіндік дәрежесі W=6-ға тең бір контурлы көп қозғалмалы манипуляторларды (БККҚМ) синтездеу негізделген. Құрылымдық сұлбаларды ауқымдау үшін НФТ қолданылады. Көп қозғалмалы механизмнің құрылымдық сұлбаларын синтездеу есептері – алты еркіндік дәрежесі және ұстағыш ротациясының осін айналатын жұмысшы органы (ұстағыш) бар манипулятордың құрылымдық сұлбасын тұрғызу есептері ретінде шешіледі.

НФТ-дан алынған функционалдық қасиеттерден көрініп тұрғанындай, кеңістіктегі белгіленген нүктенің қозғалысын кез-келген алынған НФТ басқара алады. Сонымен, БККҚМ-ны синтездеуге қойылған міндет – екі НФТ құрылымдық сұлбасынан тұратын, жылжу механизмі бар манипулятормен шешілуі мүмкін. Осьтің бойымен дененің айналу механизмі дененің екі нүктесінің қозғалысының НФТ көмегімен жылжымалыға артық байланыстарын бермеуі тиіс. Осы механизм қосылатын буын (ҚБ) деп шартты түрде аталынды. Өзінің белгіленуіне байланысты қосылатын буында (3-сурет) бір жағынан үш қозғалмалы топса 1 (сфералық жұп) және екінші жағынан екі қозғалмалы топса 4 (сфералық саусақты жұп) болуы қажет.

ҚБ ілгерілемелі кинематикалық жұптар түзетін 2 және 3 буындардан тұратын айнымалы ұзындықты немесе егер, 2-3 кинематикалық жұптарды алып тастайтын болсақ, топсалардың орталарының арасы тұрақты ұзындықты болып конструктивті түрде жасалынады. Мұнда топсалардың орталықтары – үш топсаның 1 және екі топсаның 4 осьтерінің қиылысу нүктелері болып табылады. Бағдарланатын денемен шығыс буыны (ұстағыш) 5 жетектің 6 көмегімен ротация мүмкіндігіне ие болады. Сонымен, қосатын буын берілген бағдары бар шығыс буынының осьтің айналасымен айналуын функционалдық қамтамасыз етеді және екі НФТ 7 және 8 шығыс буындарын қосады. ҚБ-да шығыс буыны 5 топсалардың орталарының арасында да жатуы мүмкін.

Кеңістікте роботтың атқарушы механизмінің шығыс буынын жылжыту және берілген түрде бағдарлау үшін НФТ көмегімен ҚБ топсаларының ортасын жылжыту және ҚБ осіне салыстырмалы шығыс буынын бұру жеткілікті.

Көрсетілген қозғалыстарды әртүрлі әдістермен алуға болады: жалпыланған сұлбада (4,а-сурет) көрсетілгендей, екі НФТ мен ҚБ-ны параллельді түрде өзара қосу, немесе тізбекті-параллельді (4,б- су-

1.6-кесте

НФТ құрылысының сұлбалары және қалыптасу ережелері

НФТ №	НФТ құрылысының сұлбалары	НФТ-ның қалыптасу ережелері

ІІІ		Ілгерілемелі қозғалыстағы жылдамдық векторлары –компланарлы емес векторлар.
АІІ		Ілгерілемелі қозғалыстағы жылдамдық векторының бірі айналудың бұрыштық жылдамдығының векторына коллинеарлы, ал екіншісі перпендикулярлы.
ААІ		Ілгерілемелі КЖ-да жылдамдық векторы бұрыштық жылдамдықтың параллель емес векторымен векторлардың параллель емес жүйесін құрайды.

ІАА		Ілгерілемелі қозғалыстағы жылдамдық векторы және бұрыштық жылдамдық векторлары – коллинеарлы векторлар.
ААА		Бұрыштық жылдамдық векторлары – компланарлы векторлар және де бұрыштық жылдамдықтың екі векторы коллинеарлы.
ІАІ		Ілгерілемелі КЖ-да жылдамдықтың және бұрыштық жылдамдық векторлары – компланарлы векторлар. Ілгерілемелі жылдамдық векторларының бірі бұрыштық жылдамдық векторымен беттеседі.

рет) қосу. Роботтың атқарушы механизмінің құраушы бөліктерін ұсынылып отырған өзара қосулар нәтижесінде сәйкесінше параллельді құрылымды (5-сурет) басқарылатын механизмдер және аралас құрылымды (құрылыс сұлбасымен) гибридті манипуляторлар (6-сурет) алынады.

3-сурет. Қосылатын буын

5-суретте көрсетілген тұйықталған кинематикалық тізбекті жеті қозғалысты манипулятор – БҚККМ-ның мысалы болып табылады. Берілген манипулятор өзара қосылу сұлбасы бойынша (4,а-сурет) екі НФТ-1-ден түзілген. Қосылатын буын 7 А нүктесінде 1, 2, 3 буындардан құралған НФТ-ның соңғы буынымен үш қозғалмалы қосылыс түзеді. Екінші жағынан, 4, 5, 6 буындардан құралған екінші НФТ-1 соңғы буынымен сфералы саусақты кинематикалық жұп түзеді. ҚБ бір байланыс AB=Const жасайды. Сонымен, 7-8 кинематикалық жұптардың көмегімен, ротацияның қозғалысын қоса отырып, манипулятордың жұмысшы органы 8 алты еркіндік дәрежесіне ие болады. С арқылы жұмысшы органының сипаттамалық нүктесі белгіленген.

НФТ

Ұстағыш

4-сурет. Манипуляторларды синтездеуге арналған жалпыланған сұлба

Гибридті манипулятордың құрылысы (6-сурет) аралас қосылыс (4,б-сурет) сұлбасы бойынша түзіледі. Бұл жағдайда 1, 2, 3 буындардан тұратын бірінші НФТ соңғы 3 буынына А нүктесінде үш қозғалмалы сфералы кинематикалық жұптың көмегімен 7 буын қосылған. Осы буынға 3 4, 5, 6 буындардан түзілген екінші НФТ-ның бірінші буыны 4 екінші жағынан қосылған. Өзінің шығыс буынымен 6 екінші НФТ қосылатын буынмен В нүктесінде екі қозғалысты сфералы қосылыс түзеді. Жұмысшы органын 8 сипаттамалық нүктемен С қосатын буын призмалық қосылыстың есебінен, айнымалы ұзындыққа ие болады. НФТ 3 және 6 буындарының орны өзгерген кезде қосылатын буынның ұзындығы өзгереді. Қосылатын буынның еркіндік дәрежесінің саны 5-ке тең. Сондықтан, манипулятордың жұмысшы органының 8 еркіндік дәрежесі 6-ға тең болады, яғни қосымша еркіндік дәрежесін 7-8 кинематикалық жұптардағы ротация береді.

Буындардың тізбекті қосылысы бар роботтардың дәстүрлі белгілі атқарушы механизмдерінде бірінші НФТ тасымалдау, ал екінші НФТ-ұстағыштың бағытталу қозғалысын жүзеге асырады.

Осы жұмыста әртүрлі басқарылатын атқарушы механизмдердің құрылысын синтездеу үшін 4,а-суретте келтірілген жалпыланған сұлбаға сәйкес НФТ параллельді қосу кезінде алынатын, тұйықталған кинематикалық тізбекті механизмдердің түзілуінің жалпыланған сұлбасы қолданылады. Тұйықталған кинематикалық тізбекті механизмдердің (БККҚМ) тұйықталмаған кинематикалық тізбекті механизмдермен салыстырғанда артықшылықтары көп.

5-сурет. Бір контурлы көп қозғалмалы манипулятор

Модульдерді параллельді қосумен салыстырғанда тізбектеп қосқан кезде аз қаттылыққа ие болатыны белгілі. Параллельді құрылымдар орнықтыру дәлдігі бойынша ең жақсы сипаттамаларға, ал жұмыстық органын жылжыту жылдамдығына және қаттылықтың жоғары көрсеткіштері кезінде жоғары жүк көтергіштікке ие болады.

4,б-суреттегі сұлба бойынша түзілген, аралас құрылымды гибридті манипуляторлар кейбір жекеленген жағдайларда қызығушылықтар туғызуы мүмкін. Бұл манипуляторларға тұйықталмаған кинематикалық тізбекті механизмдердің көптеген кемшіліктері тән.

6-сурет. Аралас құрылымды манипулятор

4,а-суреттегі сұлба бойынша параллель қосқан кезде, құраушы механизмдер ретінде кез-келген жоғарыда келтірілген НФТ немесе оларға ұқсас айқасатын немесе қиылысатын осьтері бар механизмдер таңдалып алынулары мүмкін.

16) Орындар функциясы. Үдеулер және жылдамдықтар аналогтары.

Далее ⇒