Расчёт промышленного робота-манипулятора
Министерство
образования науки и техники Российской Федерации
Волжский
университет имени В. И. Татищева (Институт)
Кафедра «Управление качеством в
образовательных
и
производственных системах»
Расчётно-графическая
работа
По
дисциплине: Основы мехатроники
Тема: Расчёт
промышленного робота-манипулятора
Вариант: №3
Выполнил
Студент:
Солкин А.Ю
Группы: ИМ -
311
Проверил
Преподаватель:
Горшков Б. М.
Тольятти
2008г.
Исходные
данные на выполнение расчетно-графической работы
Схема №3
Вариант №3
L1 = 1,3 м
L2 = 0,6 м
S1 = 0,3 - 0,3 sin ((π/24)t) м
φ1 = (π/8)t = 0,39t рад
Введение
Промышленный робот - автоматическая машина состоящая из манипулятора и
устройства программного управления его движением, предназначенное для замены
человека при выполнении основных и вспомогательных операций в производственных
процессах.
Манипулятор - совокупность пространственного рычажного механизма и
системы приводов, осуществляет под управлением программного автоматического
устройства или человеко-оператора манипуляции которого аналогичны действиям
руки человека.
Назначение и область применения:
Промышленный робот(ПР) предназначен для замены человека в процессе
промышленного производства. При этом решается важная социальная задача -
освобождение человека от работ связанных с опасностями для здоровья или с
тяжелым физическим трудом, а также от простых монотонных операций, натребует
высокой квалификации.
Гибкие автоматизированные производства созданные на базе ПР позволяют
решать задачи автоматизации на предприятиях с широкой номенклатурой продукции
при мелкосерийном и штучном производстве.
Манипулятор ПР по своему функциональному назначению должен обеспечивать
движение выходного звена, закрепленного в нем объекта, манипулирования в
пространстве, по заданной траектории и с заданной ориентацией.
1.
Структурная схема механизма робота-манипулятора в пространстве
Изображение механизма робота-манипулятора в пространстве строится под
углом Ф=10º
2.
Структурный анализ механизма робота-манипулятора
В этой системе звено 1 может вращаться относительно звена 0 -
относительное угловое перемещение Ф. Звено 2 перемещается в горизонтальной
плоскости относительно звена 1 - относительное линейное перемещение S21 Звено 3 перемещается по вертикали
относительно звена 2 - относительное линейное перемещение S32.
. Определение
степени подвижности механизма робота-манипулятора
Характеристика кинематических пар:
А01 - вращательное, одноподвижное, 5 класса
В12 - поступательное, одноподвижное, 5 класса
С23 - поступательное, одноподвижное, 5 класса
Количество степеней свободы механизма определяется по формуле:
W = 6n - 5p5 [1.1 стр. 55]
W =
6*3 - 5*3 = 3
. Определение
манёвренности механизма робота-манипулятора
Маневренность манипулятора определяется как число степеней свободы
механизма при неподвижном, фиксированном положении схвата.
Для данного механизма манёвренность m = 0, поскольку к заданной точке рабочего объёма Е, в
заданном направлении СЕ, схват может подойти только при одном единственном
положении звеньев 1, 2
5. Уравнение
движения точки D схвата в
декартовых координатах
Уравнения составляются из схемы механизма в пространстве
XD=(S2+L2)
∙cos φ1D=(S2+L2)
∙cos φ1 [1.2 стр.60]D=S1 - L1
Поскольку координаты точки D
зависят от времени, то система примет следующий вид:
XD=(S2(t)+L2)
∙cos φ1(t)
YD=(S2(t)+L2)
∙sin φ1(t) [1.3 стр.60]
ZD=S1(t) - L1
6. Анализ
движения робота-манипулятора и определение время цикла его работы
Поворот вокруг оси Z
(изменение φ1)
осуществляется равномерно, так как первая производная от угла поворота
постоянная величина
φ1’ = (0,39t)’ = const
Полный оборот совершается за время Т1=2π
/(π/8)=16 с
Вертикальное движение (изменение S1) циклично и осуществляется по закону синуса с периодом Т2:
S1 = 0,3 - 0,3 sin ((π/24)t)
Т2 = (2π)/(π/24) = 48 (сек)
Горизонтальное движение (изменение S2) циклично и осуществляется по закону косинуса с периодом Т3:
S2 = 1 - 0,4cos ((π/24)t)
Т3 = (2π)/(π/24) = 48 (сек)
Общее время цикла Т определяется как наименьшее общее кратное Т1,
Т2, Т3:
Т = 48 сек
Движение рассматриваемого производственного робота циклично и повторяется
через каждые 48 секунды.
робот
манипулятор подвижность механизм
Общая скорость точки D
определяется из уравнения
Ускорение
есть вторая производная от каждого уравнения системы, определяющей положение
точки D в пространстве в произвольный момент времени
Общее ускорение точки D
определяется из уравнения:
8. Расчёт и
построение зависимостей перемещений, скорости, ускорения точки D от времени для одного цикла
Расчёт и построение зависимостей перемещений, скорости и ускорения точки D в зависимости от времени
осуществляется в MathCAD, при этом
используются уравнения, описанные в пункте 8 РГР.
9. Определение и построение зоны обслуживания
φ1min=0 φ1max=18,72
S2min=0,6 S2max=1,41min=0 S1max=0,6min=S2min+L2 Rmin=1,2max=
S2max+L2 Rmax=2min=L1+S1min Hmin=1,3max=L1+S1max Hmax=1,9
Выводы
Данный манипулятор предназначен для промышленного производства и имеет 3
кинематические пары и не является сложным как в эксплуатации, так и в
изготовлении. Оборудование вокруг такого манипулятора должно располагаться с
требуемой ориентацией.
Исходя из максимальной скорости перемещения центра схвата, его можно
отнести к высокоскоростным манипуляторам.
Область движения схвата по вертикали составляет 0,6м, а по горизонтали
0,8м и что является приемлемым для промышленного производства.
Список используемых источников
1. Подураев.
Ю. В. Мехатроника: основы, методы, применение: Учеб. пособие- М.: Машиностроение.,
2006.- 256 с.
. Механика
промышленных роботов: Учеб. Пособие для вузов: В 3 кн. Под ред. К. В. Фролова,
Е. И. Воробьева. Кн.2: расчет и проектирование механизмов Е. И. Воробьев, О. Д.
Егоров, С. А. Попов. - М: Высш. шк., 1988.-367 с.:
. Дунаев П.
Ф., Леликов О. П. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. пособие для
машиностроит. Спец. Вузов.-4-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш шк., 1985.-416
с.