Совершенствование исполнительных механизмов

Существуют перспективные разработки и конструкции исполнительных механизмов роботов - манипуляторов, использующие принципиально новые технические находки. Так, важнейшие характеристики манипулятора, заметно влияющие на технико-экономические показатели всего робототехнического комплекса, определяются особенностями устройства его приводов. Современные приводы (электрические, гидравлические и пневматические) дополняются сейчас новым видом, основанным на использовании оболочек направленной деформации. Такие гибкие оболочки действуют следующим образом.

Если, например, в отрезок резиновой трубки, закрытый с торцов и армированный капроновыми волокнами вдоль образующих линий (параллельно оси трубки), поступит под давлением жидкость или газ, то трубка деформируется довольно причудливо: она практически не растянется по длине, а будет лишь выпучиваться в стенках. При этом концы отрезка станут сближаться, т. е. в целом он будет укорачиваться. При уменьшении давления жидкости или газа отрезок такой трубки удлинится. Следовательно, регулируя давление в трубке, можно управлять движением соединенного с ее концом звена манипулятора. Используемые в приводах робота оболочки направленной деформации могут иметь самые разнообразные конструкции в зависимости от желаемого характера движений и требуемой мощности. Принципиальное отличие оболочек направленной деформации от других приводных устройств заключается в том, что они могут лучше любых иных приводов имитировать действие мышц человеческой руки, что очень ценно для создания "гибких" (плавных и сложных по конфигурации) движений манипулятора.

Другим примером, иллюстрирующим перспективы совершенствования исполнительного механизма, служит манипулятор робота, созданный в Институте машиноведения им. А. А. Благонравова АН СССР. Он перемещает груз массой 0,7 кг на 0,2 м со средней скоростью 2 ^м/_с. Несложный расчет показывает, что для этого требуется мощность около 100 Вт, а манипулятор приводится в действие миниатюрным четырехваттным электродвигателем. В чем тут дело? Весь "секрет" состоит в том, что используется эффект резонанса: внешняя сила, воздействующая на манипулятор, подобрана так, что обеспечивает "режим наибольшего благоприятствования" собственным колебаниям системы. Поэтому в "резонансном" роботе движения его манипулятора происходят при подводе извне лишь малой энергии, нужной только для пополнения ее потерь на трение. Манипулятор этого робота представляет собой три последовательно соединенных модуля: один для вращательного движения и два для поступательных перемещений - вертикального и горизонтального. Каждый модуль состоит из двух подвижных относительно друг друга частей, которые связаны пружиной. Благодаря этому модуль становится колебательной системой, а специальное регулирующее устройство позволяет преобразовать резонансные синусоидальные движения модулей в целенаправленную траекторию манипулятора. Учитывая, что число роботов в народном хозяйстве страны будет исчисляться в скором времени сотнями тысяч, можно оценить важность разработки "резонансных" роботов: благодаря значительному сокращению потребления энергии они могут дать огромный экономический эффект.