Как происходит перемещение звеньев манипулятора?

Рис. 28. Условная схема действия приводов 1- 'мускулов руки' робота: за счет энергии источника 2 они приводят в движение звенья манипулятора 3 в различных их соединениях ('суставах')

Перемещение звеньев манипулятора обеспечивают так называемые приводы - аналоги мускулов в руке человека. Приводы являются источниками механической энергии, нужной для движения звеньев (рис. 28). Если источником механической энергии служит электродвигатель, то привод называют электрическим, если таким источником является гидро- или пневмоцилиндр, то привод называют гидравлическим или пневматическим.

В электропривод, кроме электродвигателя, входят еще редуктор, который снижает число оборотов электродвигателя и увеличивает усилие, действующее на манипулятор, и электронная схема управления, которая регулирует скорость вращения электродвигателя. Этот способ приведения в действие манипулятора обладает рядом достоинств: не загрязняет окружающую среду отработанным газом или маслом, относительно малошумен; к тому же современные полупроводниковые схемы управления дешевы и надежны в работе. Все эти качества делают электропривод наиболее перспективным как в настоящем, так и в будущем.

В гидравлическом приводе используется гидроцилиндр. На рисунке 29, а показана схема такого привода, сообщающего "руке" робота возвратно-поступательное движение. Принцип его действия следующий. В цилиндр 1, в котором находится поршень 2, соединенный с помощью штока с манипулятором 3, поступает под давлением жидкость (отсюда название - гидроцилиндр); она-то и заставляет передвигаться поршень, а вместе с ним "руку" робота. Направление этого движения определяется тем, в какую часть цилиндра (в пространство над поршнем или под ним) нагнетается в данный момент жидкость.

Рис. 29. Гидроцилиндр, сообщающий 'руке' робота: а - поступательное, б - вращательное движение

Гидроцилиндр может сообщать манипулятору и вращательное движение. Обратите внимание на то, как соединен шток гидроцилиндра со звеном "руки" робота на рисунке 29, б. В этом случае возвратно-поступательное перемещение штока вызовет поворот соединенного с ним звена относительно предыдущего в ту или другую сторону.

Гидравлический привод имеет свои преимущества. Прежде всего это сравнительно небольшая масса привода, приходящаяся на единицу его мощности, малая инерционность, высокое быстродействие. Важное свойство гидропривода - возможность получения с его помощью малой скорости движения без редуктора и при сохранении плавности перемещения. Благодаря этим качествам гидропривод получил широкое распространение в мощных промышленных и других роботах.

Пневматический привод аналогичен гидравлическому; в нем роль двигателя выполняет пневмоцилиндр, т. е. цилиндр, в котором поршень перемещается под действием сжатого воздуха. Особенностью пневмопривода является то, что используемое в нем рабочее вещество - воздух - легко сжимается, тогда как в гидроцилиндре жидкость практически несжимаема. Вследствие этого пневмопривод целесообразен лишь для роботов, производящих операции с мелкими и легкими деталями, например, в технологических процессах приборостроения, часовой промышленности и пр. Другая причина, сдерживающая применение роботов с пневмоприводом в цехах заводов,- шум, которым сопровождается выброс из пневмоцилиндра отработавшего воздуха. Поэтому в помещениях, где работают люди, нужна специальная дорогостоящая акустическая защита.

Итак, привод, являясь "мускулом" манипулятора, приводящим его в движение, во многом определяет, каков снабженный этим приводом робот: насколько он силен (какова его грузоподъемность), ловок (как точно он может выполнить заданное действие), быстр (сколько ему надо на это времени) и др., т. е. определяет, несомненно, очень важные характеристики робота. Поэтому изучение и конструирование приводов выделено в самостоятельную науку: в институтах и конструкторских бюро разработкой приводов занимаются в специализированных лабораториях и отделах инженеры-"приводники". Они стремятся в наибольшей степени уменьшить размеры (или, как говорят в технике, габариты) и массу привода, повысить его быстродействие, улучшить обеспечиваемую им точность позиционирования (точность попадания рабочего звена манипулятора в нужное место), увеличить надежность и удобство эксплуатации, снизить стоимость.

На этом пути они добились уже немалых успехов, например, достигнута такая точность позиционирования, при которой погрешность подведения манипулятора к заданному месту составляет всего единицы микрометров, а быстродействие манипулятора (от которого в первую очередь зависит производительность труда робота), измеряемое скоростью его перемещения, может превышать несколько метров в секунду.

Тем не менее здесь имеется широчайшее поле деятельности. И не только в плане совершенствования уже применяющихся конструкций и улучшения их характеристик, но и в области разработки новых. Дело в том, что становление робототехники совершенно естественно началось с применения наиболее простых и дешевых средств приведения манипуляторов в действие- с использования пневматического привода. По мере того как роботы "осваивали" разнообразные трудовые операции, требовались такие приводы, которые обеспечивали бы эффективность их работы в новых условиях. В связи с этим стало расширяться применение и гидравлических, и электрических приводов. К настоящему времени около 40% роботов имеют пневматический привод, примерно столько же - гидравлический, и только 20% - электрический, хотя последний хорошо управляем, удобен в эксплуатации, имеет относительно высокий КПД. Причина сложившегося положения в том, что электропривод по сравнению с другими имеет худшие "массогабаритные" характеристики, т. е. он более тяжел и громоздок, если обеспечивает такую же, как они, грузоподъемность и скорость перемещения манипулятора. Однако ценные качества электропривода, особенно экологичность, побуждают искать возможности его более широкого применения. Заманчивые перспективы в этом отношении открывает прогресс в создании компактных электродвигателей специально для роботов.

Что же касается тех роботов, которыми уже оснащены промышленные предприятия, то их обслуживание техниками-эксплуатационниками состоит прежде всего в контроле за техническим состоянием и исправностью именно приводов манипуляторов.