Введение

Поставим перед собой задачу создать робот. Будем создавать не механического человека (подробнее о механике “искусственного человека” см. ниже в п. 1.8. “Уравнение кинематики манипулятора”), а искусственную руку. Впоследствии мы увидим, что механика “руки” не отличается принципиально от механики “человека”.

С точки зрения механики, человеческая рука – это совокупность твердых тел (плечо, предплечье, кисть), связанных друг с другом, но способных двигаться друг относительно друга.

Искусственную руку представим схемой (рис. 1).

Нулевым звеном является неподвижная стойка, к ней крепится первое звено (подвижное), к нему – второе и т.д. Последним звеном является схват. В каждое звено вставлен двигатель, который приводит в движение следующее звено. Такую руку и будем называть роботом, или манипулятором.

Нам нужно, чтобы рука двигалась требуемым для нас образом. Следовательно, мы должны найти способ описания движения. Этот способ будет предложен в гл.1 “Кинематика манипуляторов”. Известно, что тела движутся под воздействием приложенных к ним сил. По описанию движения мы должны уметь вычислять силы, которые нужно будет приложить к звеньям робота. Уравнение, по которому вычисляются силовые воздействия, будет выведено в гл.2 “Динамика манипуляторов”. Силовые воздействия к звеньям будут прилагать двигатели. Для того, чтобы двигатели развивали требуемые силовые воздействия, на них нужно подавать соответствующие токи (электро-, гидро- или пневмотоки, в зависимости от используемого привода). Уравнение, связывающее токи с силовыми воздействиями, выводится при изучении курса «Приводы манипуляционных роботов» и здесь не рассматривается. Все расчеты должны производиться автоматически. Эту функцию может исполнить ЭВМ. Вопросы планирования траектории движения в различных средах и обеспечения устойчивого движения по спланированной траектории будут рассмотрены в гл.3 «Планирование путей и управление манипуляторами».

Итак, получаем схему управления манипуляторами (рис. 2).

Здесь ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь; Д – двигатели; З – звенья; Т_ц – числа в электронной форме; выдаваемые ЭВМ в каждый момент времени на ЦАП и указывающие, какой величины должен быть ток в данный момент; Т_р - реальные токи, подаваемые на двигатели; с – силы, прилагаемые двигателями к звеньям; тр – траектория, исполняемая звеньями.