12. Сравнительный анализ функциональных возможностей и маневренности манипуляторов

В обширном классе манипуляторов можно выделить две группы дистанционно управляемых механизмов:

манипуляторы с механической связью между управляющим и исполнительным органами и манипуляторы с сервоприводом.

В манипуляторах первой группы связь между управляющим и исполнительным органами осуществляется с помощью или непрерывной механической передачи, или магнитных муфт сцепления.

Механические манипуляторы являются наиболее простыми, надежными и удобными в эксплуатации механизмами воспроизведения двигательных функций руки человека. Особенно большое распространение из манипуляционных систем первой группы получили копирующие манипуляторы с непрерывной механической передачей, обладающие высокой функциональной способностью, многосторонностью действия, гибкостью и чувствительностью исполнительного органа. Однако их использование для дистанционного манипулирования в зонах больших давлений, глубокого вакуума, высокой радиации лимитируется необходимостью непосредственной механической связи между управляющим и исполнительным органами.

От этих ограничений в некоторой степени свободны манипуляторы с магнитным приводом с торцевыми или цилиндрическими магнитными муфтами.

Существенное ограничение на область применения механических манипуляторов накладывают также предельные усилия и перемещения исполнительного органа, лимитируемые возможностями оператора.

В этом отношении манипуляторы с сервоприводом являются более универсальными.

Часто информация, получаемая оператором путем визуального наблюдения за исполнительным механизмом манипулятора", оказывается недостаточной для правильного решения поставленной задачи. Это обстоятельство приводит к необходимости использования в сервоманипуляторах следящих систем, с помощью которых поддерживается определенное соответствие между силами и моментами, приложенными к исполнительному органу манипулятора, и усилиями, воздействующими на руку оператора. Выполнение требования "очувствления" системы оператор - манипулятор по отношению к усилиям, воздействующим на исполнительный орган манипулятора, и выполняемым им перемещениям нашло отражение в разработке копирующих манипуляторов с системами дистанционного управления с пассивным и активным отражениями [Л. 55]. Как известно, система с пассивным отражением информирует оператора о величине приложенного усилия (отражением усилия на органы управления), а система с активным отражением, информируя оператора о величине приложенного усилия, одновременно соответствующим образом изменяет ориентацию управляющего органа.

Поэтому в процессе работы с этими манипуляторами оператор наряду с визуальной информацией использует для управления также информацию, воспринимаемую его мышечной и суставной системами руки [Л. 53, 55].

В сложных условиях работы манипуляторов, когда от них требуется выполнение большого комплекса многообразных операций, приходится идти на повышение числа степеней свободы.

Как известно, механические манипуляторы, обладающие семью степенями свободы, при неподвижном захватном устройстве превращаются в жесткую ферму и теряют подвижность. Следует сказать, что в этих манипуляторах каждому положению захватного устройства соответствует единственное расположение звеньев его механизмов в пространстве.

В манипуляторах с сервоприводом (также обладающих семью степенями свободы) одному и тому же положению захватного устройства могут соответствовать два различных положения звеньев. Это позволяет оператору при работе с таким манипулятором обходить некоторые препятствия в рабочей зоне.

Однако манипуляторы с сервоприводом, так же как и механические копирующие манипуляторы, не имеют ни одной степени маневренности.

Как известно, под маневренностью манипулятора принято понимать подвижность его механизма при неподвижном захватном устройстве [Л. 53].

Необходимо отметить, что маневренность является важным свойством манипуляторов, так как повышение маневренности приводит к расширению класса выполняемых ими сложных движений, сужает мертвые зоны механизмов и увеличивает при выполнении сложных манипуляционных операций свободу действия оператора.

Свойством маневренности обладают манипуляторы, имеющие более семи степеней свободы. (Маневренный манипулятор рассмотрен нами в § 6.)

В маневренных манипуляторах одному и тому же положению захватного устройства соответствуют различные расположения звеньев манипулятора в пространстве. Поэтому манипуляционные системы, обладающие свойством маневренности, по своим функциональным способностям превосходят как механические манипуляторы, так и манипуляторы с сервоприводом. Оператору, управляющему ими, приходится пользоваться дополнительной информацией и вырабатывать соответствующие дополнительные команды.

Манипуляторы этого типа оснащаются кнопочным управлением. При этом они теряют чувствительность по отношению к усилиям, но приобретают свойство маневренности. Это обстоятельство приводит к снижению физической утомляемости управляющего, ими оператора.

Немаловажным свойством высокоманевренных манипуляторов является возможность производить самообслуживание и саморемонт, но при наличии соответствующего "очувствления".