Иван Иванович Артоболевский
ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН
*** 1988 ***
|
ФPAГMEHT КНИГИ (...) При этом полость пневматика сообщалась с полостью, в которой поддерживалось разрежение. Давление в пневматике становилось ниже атмосферного, и он сжимался, приводя в движение кривошилно-ползунный механизм клавиши 6. Затем входное отверстие вновь перекрывалось бумагой, давление на обе стороны мембраны из-за наличия соединительного канала выравнивалось, клапан 3 опускался. Клавиша 6 занимала исходное положение. «Играющему» на пианоле оставалось только откачивать воздух с помощью специальных педалей 8, используя при этом обратные клапаны 9 и пневматик откачки воздуха 10. Пианола имела дополнительные устройства для регулирования громкости звука и темпа исполнения х).
§ 122. Направления развития машик-автоматсв и систем машин автоматического действия Г. Прогресс в развитии современных машин состоит в том, что все большее число физических и умственных, т. е. логических и вычислительных, функций человека передается техническим средствам, в результате чего человек освобождается от непосредственного участия в технологическом процессе. С некоторой условностью можно указать следующие этапы развития технологических машин. Первый этап: автоматизация переработки только энергетических потоков; на этом этапе используется механизированный инструмент, т. е. машина-двигатель с собственно машиной-орудием. Человек как бы «привязан» к машине. Второй этап: автоматизация переработки энергетических, частично материальных и частично информационных потоков, циркулирующих в машине. На этом этапе используются машины-полуавтоматы и поточные (полуавтоматические) линии; функции человека часто состоят только в загрузке — выгрузке и в подаче сигнала о пуске машины в ход; в некоторых случаях возможно многомашинное обслуживание. Третий этап: автоматизация переработки всех энергетических, материальных и информационных потоков. На этом этапе используются машины-автоматы и автоматические линии. Функции человека сводятся к наблюдению и периодическому контролю за правильностью работы оборудования, ремонту, переналадке и тому подобному. 2. Парк и номенклатура технологических машин всех перерабатывающих отраслей все время расширяются, а сами машины постоянно совершенствуются в соответствии с прогрессом технологии, техники и организации той или иной отрасли. Несмотря на многообразие принципов действия, схемных и конструктивных решений технологических машин, можно указать те основные, притом часто взаимосвязанные, тенденции, которым следует их развитие. 3. Концентрация технологических процессов в пространстве, сопровождающаяся упрощением и уменьшением числа движений, совершаемых рабочими органами машин, достигается следующими путями. Во-первых, заменой технологических способов, для которых характерно локальное, обычно механическое, воздействие инструмента на объект обработки, технологическими способами обработки, для которых характерно одновременное (часто немеханическое или не только механическое) воздействие на весь объем материала обрабатываемого объекта (например, прессование из порошков, объемная пластическая деформация металлов и пластмасс и пр.), воздействие на всю обрабатываемую поверхность (например, электрофизические и электрохимические способы формообразования металлов, напыление, осаждение и пр.) или на весь обрабатываемый контур (например, склеивание, сварка и пр.). Такая замена часто ведет к тому, что многостадийные технологические процессы превращаются в одностадийные процессы практически мгновенного превращения исходного сырья в готовое изделие или полуфабрикат. В качестве примера рассмотрим принцип действия литьевой машины, показанной на рис. 28.2. Гранулы пластмасс или резины, постоянно подаваемые в бункер 7, посредством вращения поршня-червяка 3 нагнетаются в переднюю часть цилиндра*, запертую йлапаном 2. Вследствие внешнего нагрева и механического трения гранулы размягчаются и материал переходит в вязкопластическое состояние (рис. 28.2, а). После выгрузки готового изделия пресс-формы 5 смыкаются (рис. 28.2, б). Затем, когда накопится порция подготовленного к литью материала, осуществляется следующее: подвод, посредством механизма, литьевой головки к прессформам, клапан 2 открывает канал, впрыск, т. е. литье под давлением за счет осевого движения поршня-червяка 3, в сторону прессформ (рис. 28.2, в), выдержка под давле нием, после чего литьевая головка отводится от прессформы, клапан 2 запирает канал, поршень-червяк 3 отводится вправ и приводится во вращение механизмом 4 для подготовки следующей партии материала. По истечении времени технологической выдержки, необходимой для отвердения (вулканизации) отлитого изделия, прессформы 5 размыкаются и выталкиватель 6 осуществляет выгрузку изделия (рис. 28.2, г). Во-вторых, применение, при сохранении технологического способа неизменным, одновременной многоинструментальной обработки одного и того же объекта (например, обработка всех отверстий или обработка с нескольких сторон корпусных деталей пулятора осуществляется посредством управляющих импульсов с кнопочного пульта станции управления Все движения «рукой» 2 манипулятора осуществляются с помощью управляющей «руки» 3, установленной на станции управления. Движения управляющей «руки» 3, производимые человеком, с помощью следящей системы воспроизводятся «рукой» 2 манипулятора. Разумеется, при этом усилия, развиваемые манипулятором, могут значительно превосходить усилие человека. Манипуляторы с автономным или централизованным программным управлением, а также манипуляторы с ручным управлением, в том числе и копирующие, с телеуправлением, в виде стационарных или перемещающихся по суше (колесных, гусеничных, стопоходящих экипажей), в воде, в воздухе или в безвоздушном пространстве устройств имеют широкие перспективы использования при освоении морских глубин, космоса, при манипулировании громоздкими объектами (срубленными деревьями, крупногабаритными элементами машиностроительных и строительных конструкций и т. п.). 7. Крупнейшим достижением техники наших дней являются телеуправляемые советские «луноходы», снабженные своеобразными манипуляторами, в частности, для взятия проб лунного грунта. Развитие медицины и медико-биологических исследований и микроминиатюризация аппаратуры вызвали к жизни микроманипуляторы, позволяющие с высокой точностью оперировать миниатюрными объектами. Как было показано выше (см. § 11), механизмы «рук» манипулятора образованы из незамкнутых кинематических цепей с несколькими степенями свободы, чаще всего с шестью или семью. В основном применяются механизмы с парами V класса. «Рука» по каждой степени свободы оснащена отдельным приводом. Управление приводами может осуществляться от автономного программного устройства, от ЭВМ или непосредственно человеком-опе-ратором. «Руки» промышленных роботов и автоматически действующих манипуляторов, обладающие большим числом степеней свободы, могут совершать одну и ту же операцию, например перенос груза из одной точки в другую, множеством возможных способов. Перспективы развития промышленных роботов и манипуляторов связаны с приданием им способности осязать, обонять, видеть, ощущать дистанцию, уметь распознавать образы, реагировать на тепловые и электромагнитные излучения широкого диапазона. Проблема оптимального проектирования, создания и внедрения в широких масштабах промышленных роботов и манипуляторов имеет первостепенное социальное и экономическое значение, ибо все эти устройства предназначены для того, чтобы облег- чнть человеку выполнение наиболее тяжелых и опасных операций как на земле, так и при освоении океанских глубин и космоса. 8. Многообразие существующих манипуляторов делает необходимым их классификацию. В ее основе положены метод управления, вид связи между управляющими и исполнительными механизмами, а также некоторые конструктивные признаки *). Обычно манипулятор с автоматической системой управления называют роботом-манипулятором или просто роботом. Манипуляторы являются сложными техническими устройствами, их созданием и исследованием занимаются специалисты в области механики, автоматики и кибернетики. Мы будем рассматривать манипуляторы в основном с точки зрения общей теории механизмов, т. е. как пространственные системы с несколькими степенями свободы. При изучении манипуляторов с этих позиций необходимо: 1) исследование структуры кинематической цепи механической руки; 2) исследование вопроса о передаче относительных перемещений звеньев манипулятора с управляющего механизма на исполнительный; 3) выявление способов связи между управляющим и исполнительным механизмами манипулятора. Вопрос о структуре пространственных незамкнутых кинематических цепей был нами рассмотрен выше (см. § 11). Остановимся на тех вопросах структуры манипуляторов, которые имеют непосредственное к ним отношение. § 129. Относительные движения звеньев манипулятора 1. Задача о копировании захватом исполнительного механизма манипулятора перемещений, задаваемых управляющим механизмом, сводится к тому, что звенья первого механизма должны осуществлять те же относительные движения, какие имеют место во втором. Система передач для воспроизведения этих движений может быть различной. Например, в некоторых манипуляторах управляющий механизм оснащается датчиком относительных перемещений его звеньев. Сервоприводы, расположенные непосредственно на подвижных звеньях исполнительного механизма, управляются сигналами этих датчиков и приводят исполнительный механизм в положение, соответствующее положению задающего механизма. |
