3.3. Рабочий объем манипуляторов и классификация движения захвата

а)	б)	в)	г)
Рис. 1.42

Рабочим объемом манипулятора называется объем, ограниченный поверхностью, огибающей все возможные положения захвата. Однако не все части этого объема одинаково удобны для выполнения заданных движений захвата. В связи с этим движения захвата подразделяют на 4 класса.

К первому классу относятся движения в свободном рабочем объеме (рис. 1.42-а)

Движение в несвободном пространстве (рис. 1.42-б), при котором часть рабочего объема занята некоторым твердым телом, относится ко второму классу. К третьему классу относятся движения, согласованные со связями, наложенными на объект манипулирования (рис. 1.42-в). Наконец к четвертому классу относятся движения, совершенные в несвободном пространстве при несвободном объекте манипулирования (рис. 1.42-г).

Возможность выполнения заданных движений захвата различных классов определяется не только числом степеней свободы манипуляторов, но и расположением кинематических пар.

Влияние расположения кинематических пар манипулятора на его маневренность.

Под маневренностью манипулятора понимается его число степеней свободы при неподвижном захвате. Одну степень маневренности имеет манипулятор, показанный на (рис. 1.40-а), т.к. при неподвижном захвате его звенья могу вращаться вокруг оси, проходящей через центры сферических пар. В манипуляторе по схеме, показанной на (рис. 1.40-б), при неподвижном захвате маневренность равна нулю, т.е. каждому положению захвата соответствует единственное расположение всех звеньев. Манипулятор по схеме (рис. 1.40-в), также не имеет маневренности. Однако одному и тому же положению захвата могут соответствовать два различных варианта расположения звеньев. Что позволяет оператору обходить некоторые препятствия в рабочем объеме.

Сравнение различных схем манипуляторов показывает, что маневренность зависит не только от числа степеней свободы захвата, но и от расположения кинематических пар. Повышение маневренности манипулятора позволяет выполнять движения более высоких классов и увеличивает свободу действия оператора при выполнении маневров.

3.4. Структурный синтез манипуляторов

Структурный синтез манипуляторов, т.е. определение числа звеньев, числа кинематических пар различной подвижности и их расположения, представляет значительные трудности из-за большого числа степеней свободы. Например, уже для манипулятора с тремя степенями свободы, если применять только вращательные и поступательные пары, получается 8 возможных комбинаций расположения этих пар. Поэтому при структурном синтезе манипуляторов с числом степеней свободы 6 и более все возможные варианты можно получить только с использованием ЭВМ. Для сравнения этих вариантов необходимо иметь коэффициенты, определяющие их кинематические и динамические свойства, а также коэффициенты, характеризующие возможность и удобство выполнения разнообразных типовых операций, для выполнения которых предназначен манипулятор.

Кинематические и динамические коэффициенты для каждого варианта схемы могут быть найдены на основании общих методов кинематического и динамического анализа.