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 2008 г.

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 ((р/24)t) м

S₂ = 1 — 0,4cos ((р/24)t) м

ц₁ = (р/8)t = 0,39t рад

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=10?

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.

3. 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

4. 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

X_D=(S₂+L₂) ?cos ц₁

Y_D=(S₂+L₂) ?cos ц₁ [1.2 стр.60]

Z_D=S₁ — L₁

Поскольку координаты точки D зависят от времени, то система примет следующий вид:

X_D=(S₂(t)+L₂) ?cos ц₁(t)

Y_D=(S₂(t)+L₂) ?sin ц₁(t) [1.3 стр.60]

Z_D=S₁(t) — L₁

6. Анализ движения робота-манипулятора и определение время цикла его работы

Поворот вокруг оси Z (изменение ц₁) осуществляется равномерно, так как первая производная от угла поворота постоянная величина

ц₁' = (0,39t)' = const

Полный оборот совершается за время Т₁=2р /(р/8)=16 с

Вертикальное движение (изменение S₁) циклично и осуществляется по закону синуса с периодом Т₂:

S₁ = 0,3 — 0,3 sin ((р/24)t)

Т₂ = (2р)/(р/24) = 48 (сек)

Горизонтальное движение (изменение S₂) циклично и осуществляется по закону косинуса с периодом Т₃:

S₂ = 1 — 0,4cos ((р/24)t)

Т₃ = (2р)/(р/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

7. Определение скоростей и ускорений точки D

Скорость есть первая производная от каждого уравнения системы, определяющей положение точки D в пространстве в произвольный момент времени

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

ц_1min=0 ц_1max=18,72

S_2min=0,6 S_2max=1,4

S_1min=0 S_1max=0,6

R_min=S_2min+L₂ R_min=1,2

R_max= S_2max+L₂ R_max=2

H_min=L₁+S_1min H_min=1,3

H_max=L₁+S_1max H_max=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.

Незамкнутая кинематическая цепь манипулятора позволяет схвату занимать различные положения в некотором объеме.

Исходя из максимальной скорости перемещения центра схвата, его можно отнести к высокоскоростным манипуляторам.

Область движения схвата по вертикали составляет 0,6 м, а по горизонтали 0,8 м и что является приемлемым для промышленного производства.

Список используемых источников

1. Подураев. Ю. В. Мехатроника: основы, методы, применение: Учеб. пособиеМ.: Машиностроение., 2006. 256 с.

2. 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.:

3. 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.