Манипулятор

Манипулятор (французша manіpulateur; латынша manіpulus — уыс, manus — қол) — 1) кеңістіктегі нысанды (бұйым, дайындама, зат) өңдеуде, орнын өзгертуде, т.б. адам қолының қимылына ұқсас қозғалыс функцияларын атқаратын жұмыс органымен жабдықталған механизм. Манипулятор көптеген машиналардың, механизмдердің (мысалы, прокаттық стан манипуляторы, шөміштік манипулятор, бұрғылау қондырғысының манипуляторы), автоматтандырылған өндіріс орындарының автоматтық желілерінің құрамдарына кіреді; өнеркәсіптік роботтардың бөлігі болып табылады. Кез келген бағытта қозғалыс жасай алатын және басқарылатын манипуляторлар адам денсаулығына зиянды өндірістерде (залалды, ыстық, вакуумды, т.б. орталарда) пайдаланылады. Манипулятор тікелей адам (оператор) басқаратын және өздігінен автоматты басқарылатын түрлерге ажыратылады. Олардың ішінде кең тараған түрі алыстан басқарылатын және қозғалмалы немесе қозғалмайтын негізге бекітілген механикалық “қол”. Оператор бір мезгілде теледидар экранынан “қолдың” қозғалысын бақылап, басқарып отырады. Манипуляторлар алуан түрлі болып жасалады, олардың жүк көтергіштігі ондаған грамнан жүздеген тоннаға дейін жетеді. 2) Морзе кодымен телеграфтау кезінде қолданылатын телеграф кілті.

Дереккөздер

Манипуляторлардың кинематикалық және конструктивті сұлбалары. Өндірістік роботтардың қолданыс аумағы үздіксіз артып келеді және функциялары күрделене түсуде, сондықтан манипуляторлардың конструктивті сұлбалары үлкен әркелкілігімен ерекшеленеді, сонымен қатар қолдың орын ауыстыруының әртүрлі координат жүйелері қолданылады және жұмыс органының еркіндік дәрежесінің әртүрлі саны қолданылуда. Жеті еркіндік дәрежесіне ие роботтың қолы ұстау қимылын ескергенде, көп жағдайда адамның қолының функцияларын орындайтын механизмге айналды. Мұндай механизмнің сұлбасы 1-суретте келтірілген. Қолдың 1,2,3 топсаларында (шарнир) айналуы, қызмет көрсетіліп отырған аумақтың берілген нүктесіне қажетті заттың орын ауыстыруы үшін қолданылады, ал 4, 5, 6 топсаларындағы айналу – заттың берілген нүктеге бағдарлау үшін қолданылады. 7 қармап алу көмегімен механикалық қол затты ұстап тұрады. 1-6 топсалары өзекшелермен (стержень) байланысқан. Алты еркіндік дәрежесі бар манипулятор роботтар 2-суретте көрсетілген.

1-сурет. Жеті еркіндік дәрежесі бар побот манипулятордың сұлбасы: 1-бағана, 2, 4, 6, 7 – топса (шарнир), 3- қол, 5 – буын, 8 – қармауыш.

Бөлшек симметриялы болған жағдайда алтыдан аз еркіндік дәрежесі жеткілікті. Мысалы, айналу денесі болып табылатын затты қармап ұстаған кезде, берілген заттың осімен сәйкес келетін немесе осі парралельді 7 қармау топсасы артық болып қалады. Қазіргі уақытта (қармау қимылын санамағанда)бес еркіндік дәрежесіне ие манипулятор роботтардың модельдері көптеп шығарылады.

2-сурет. Алты еркіндік дәрежесі бар робот манипулятор

Бізге қимылдайтын элементтердің бұрылып қозғалуы қарастырылған және тік сызықты қозғалысы болмайтын манипулятор роботтарының конструкциясы белгілі. 3-суретте көрсетілген манипулятордың қолы 5 айналмалы үстелде бекітілген, 4 және 3 топсаларында айнала алады, сонымен қатар қол тік ось бойымен 5 үстелімен бірге айнала алады. Бөлшектің кеңістіктегі бағытталуы 1 буынының көлденең шарнир 2 бойымен айналу кезінде жүзеге асады. Япондық «Корона Дэнси» фирмасының СР-1 манипулятор роботы осындай схема бойынша орындалған.

3-сурет. Манипулятор звеносы: 1 – буын, 2, 3, 4 – топса, 5 – айналатын үстел.

4-суретте тағы да бір қол элементтерінің бір топса арқылы байланықан манипулятордың сұлбасы келтірілген. Рычагтардың бірі (қысқасы) шамамен тік жағдайда орнатылған, ал екіншісі (ұзыны) – шамамен көлденең жағдайда орнатылған. Тік рычаг төменгі топса (шарнир) бойымен айналғанда қол буынының бойлық орын ауыстыруы жүзеге асады, ал вертикальдыға қатысты көлденең рычагтың айналу кезіде – буынның көтерілуі мен төмен түсуі жүзеге асады. Айта кететін жайт, мұндай схема бойынша орындалған манипулятор үлкен қызмет көрсету аумағына ие және ол оның артықшылығы болып табылады. Мұндай манипулятормен жұмыс істеуі, роботтың қозғалыстарының дәлдігін аса қатты талап етпейтін операцияларда қолданады: бояу, әртүрлі қорғаныс қабаттарымен қаптау кезінде және т.б. осындай роботтардың бірі болып «Тралфа» болып табылады.

4-сурет. Рычагты манипулятордың сұлбасы.

5-суретте көрсетілген робот манипуляторының конструкциясында, телескопиялық бағыттауышта орналасқан х-х осьтерінің бойымен қозғалатын және 14 топсасында (шарнир) иілетін 2 унифицирленген буын 13 қолында бекітілген. Қол 11 колоннасында бекітілген бағыттаушылардың бойымен төмен және жоғары қозғалу мүмкіндігіне ие. Соңғысы 12 бағанасымен қозғалады, осындай жолмен қолдың қозғалысы вертикалды бағыта. 12 колоннасы 16 погонында, 15 рамасына қатысты вертикалды ось бойымен бұрылады. Жұмыс орнына орнату үшін манипулятор еденмен дөңгелектер 17, рельстердің көмегімен қозғалады немесе қозғалмалы рамада монтаждалады.

5-сурет. Сегіз (а) және тоғыз (б) еркіндік дәрежесі бар робот манипуляторларының схемасы: 1, 4 – қармау басы; 2 – унифицирлеу буыны; 3, 14 – топса (шарнир); 4 – рычаг (стержень); 5 – тартқыштар; 6 – каретка; 7 – бағыттаушы; 8 – бұрылу үстелі; 9, 15 – рама; 10, 17 – дөңгелектер; 11, 12 – бағаналар; 13 – қол; 16 – погон.

Көп жағдайда модификацияланған роботтардың конструкция манипуляторлары рельстерге орнатылады, олардың базалық модельдері еденмен қозғалмайды. Рельстермен қозғалу тағы да бір жұмысшы қозғалыс ретінде саналады. Көбіне рельстер еденде монтаждалады. Бірақ кейбір техникалық процесстерге қызмет көрсеті кезінде немесе бос жұмыс істеу орындары болмаған кезде, рельстерді еденнен аздаған биіктікте балкаға монтаждалуы мүмкін. Мұндай рельстерде кейде төңкерілген күйде орнатылатын модифицирленген манипулятор роботтың моделі орнатылуы мүмкін немесе арнайы құрастырылғын манипулятор орнатылуы мүмкін.

6-сурет. Аспалы манипулятордың жұмыс істеу схемасы.

5, 6-суретте тоғыз еркіндік дәрежесіне бар аспалы манипулятордың схемасы көрсетілген. Тоғыз еркіндік дәрежесі оған үлкен әмбебаптылықты және маневрлікті қамтамасыз етеді. Манипулятордың еденнен алатын орыны минималды.

           Роботтың қармауды атқаратын буыны 13, вертикальды ось бойымен айнала және орын ауыстыра алады. Қолдың 12 бір жазықтықта қалып иіле алатын үш топсалы бунағы бар. Қол кареткаға 8 қатысты вертикалды бағытта қозғала алатын мүмкіндікке ие. Ол өз кезегінде 7 балкасы арқылы көлденең жазықтық бойымен, ал балка – рельстермен 6 қозғала алады.  Робот манипуляторлардың конструктивті схемалары келтірілген мүмкіндіктермен ғана шектелмейлі. 

Роботтардың конструкциясын жасау кезінде, қолдың орын ауыстыруы іске асатын координата жүйесін таңдауға көп көңіл бөлінеді. Робот манипуляторлардың отандық және шетел өндірісінде координаталадың тікбұрышты, цилиндрлік және сфералық жүйесі қолданылады. Тікбұрышты координаталар жүйесінде жұмыс істейтін манипуляторлар өзімен кареткеде орнатылған құрылғысын көрсетеді. Олар қызмет көрсетуші құрылғының бағыттаушы астыңғы немесе үстіңгі бөлігінде ілінген. Мұндай манипулятордың қолы төменге түсе алады, кареткаға қатысты орын ауыстырады және бағыттаушыны бойлай – кареткамен бірге көлденең бойымен орын ауыстыра алады. Мұндай жағдайда «Фуджи электрик» япон фирмасының «Электрохенд» роботы, сол сияқты тағы «Морита» япондық фирмасының «Уорк-мейт АСТ-1» роботы.