Физические основы робототехники

В настоящее время существует множество различных видов роботов манипуляторов. В основном это механические манипуляционные системы.
Под манипуляционной системой, как правило, понимается кинематическая система, состоящая из подвижных звеньев, соединенных между собой, и образующих кинематические пары, имеющие поступательное или угловые перемещения. Которые приводятся в движение приводами. Все манипуляторы заканчиваются каким-нибудь рабочим инструментом (органом) или захватным устройством.

Стоит различать степени подвижности на переносные и ориентирующие. Из названия ясно, что переносные степени, служат для перемещения рабочего инструмента или захватного устройства в пространстве, а ориентирующие для его ориентации. Минимальное число степеней подвижности, требующие для перемещения в пространстве, три. Но для решения и реализации сложных задач, таких как обход препятствия или для увеличения быстродействия, манипуляторы проектируют с большим количеством степеней подвижности. Нынешние манипуляторы имеют 4-6 степеней, но наряду с ними и существуют такие манипуляционные системы в которых содержаться 8-9 степеней.

Манипуляторы можно классифицировать по их системе координат, в которой они работают. Так манипуляторы с прямоугольной системой координат, содержат лишь поступательные перемещения. Что делает её наиболее востребованной при прямолинейных движениях. Так же программирование таких систем, максимально упрощено. В виду своей простоты и доступности, роботов манипуляторов применяют в тяжелой промышленности.

Манипуляторы, имеющие цилиндрическую систему координат, включает в себя одно угловое перемещение. И его рабочая зона представляется в виде цилиндра, отсюда и название такой системы. Роботы с такой системой, в основном применяются для обслуживания станков с ЧПУ и прессов.

Существует еще одна система координат, это сферическая. В ней реализовано две степени подвижности с угловым перемещением. Программирование манипуляторов с такой системой намного сложнее, двух ранее описанных. Их нее преимущество по сравнению с другими это компактность.

В угловой же системе координат, все перемещения, являются угловыми, и такое манипуляторы принято называть шарнирными или антропоморфными. Роботы с такой системой обладают очень сложной кинематикой, в тоже время высокой компактностью.

В действительности, в реальных манипуляторах используется более трех степеней подвижности, поэтому, они используют комбинации ранее рассмотренных систем координат. Конструкция всех роботов манипуляторов типа рука, определяется типом приводов, приводящих их в движение.

На заре создания манипуляторов, для простоты передачи движения от двигателя к исполнительным элементам, их устанавливали непосредственно у звеньев, которые они приводили в движение. Такая компоновка, имела ряд недостатков, а именно увеличение габаритов и массы всей манипуляционной системы.

Что вело к понижению быстродействия. В современных роботах, передача движения осуществляется через валы и шарниры, а двигатель располагался непосредственно в основании робота. Но такой способ, тоже имел ряд недостатков, это дороговизна. Эта проблема частично была решена, с появлением пневмо и гидроприводов.

При конструировании манипуляторов, один из важных вопросов который решает инженер, это система уравновешивания. Благодаря таким системам, манипулятор разгружается от статического воздействия, что в свою очередь позволяет снизить мощность, требуемая от привода.

Разделяют активное и пассивное уравновешивание. Пассивные способ, как правило уравновешивает промышленный робот манипулятор без нагрузки, посредствам грузов или пружин. Активное уравновешивание, включает в себя механизмы, либо дополнительные привода, которые действуют параллельно с основными.