Кузнецов636311934891243538 (Адаптивный электропривод робота-манипулятора с вертикально-ангулярной кинематической системой), страница 4

2.2. Паспортные данные двигателя указаны в25таблице 2.1.Рис. 2.2. Внешний вид двигателя Maxon Motor EC 45 flat 402686Таблица 2.1Паспортные данные двигателя Maxon Motor EC 45 flat 402686Выходная мощность P, Вт 70Номинальное напряжение VН, В 36Частота вращения n, об/мин 6380Пусковой момент MПуск, Н м 1,1Номинальный момент MН, Н м 0,108Номинальный ток IН, А 1,93Пусковой ток IПуск, А 20,7Ток без нагрузки I, А 0,166Момент инерции ротора JР, кг м2 1,81*10-5Температура эксплуатации T, °C от -40 до 100Масса m, кг 0,141Размер Ø, мм 42,8Размер Д, мм 26,726Чтобы убедиться, что выбранный двигатель удовлетворяетсформулированным ранее требованиям, необходимо провести расчетыпункта 2.1.2 с учетом момента инерции нагрузки относительно оси О3 наоснове паспортных данных двигателя:где .Расчеты подтверждают, что данный двигатель можно использоватьдля движения третьего звена рассматриваемого робота.2.1.4 Выбор и обоснование датчикаКак было сказано в пункте 1.3, современной промышленностьювыпускается огромное число угловых энкодеров различного типа иразличной точности.

Но основной рынок занимают именно энкодерыинкрементальные, часто используемые для автоматизации производстваблагодаря недорогой и простой конструкции, надежности, простотеиспользования и низкой цене. По требованиям технического заданиянеобходимо выбрать такой энкодер, который позволит определятьположение захватного устройства с точностью до 0,1 мм. Исходя извышесказанного, был выбран инкрементальный энкодер испанской фирмыHohner, модели Serie 26, внешний вид которого представлен на рис. 2.3.Характеристики энкодера указаны в таблице 1.2.27Рис. 2.3. Внешний вид энкодера Hohner Serie 26Таблица 2.2Характеристики инкрементального энкодера Hohner Serie 26Количество импульсов на оборот 1024Диаметр вала 4 ммДиаметр корпуса 24 ммНапряжение питания +11-30 ВТемпература эксплуатации -20°...+80 °CНеобходимо убедиться, удовлетворяет ли выбранный энкодерзаданным требованиям точности:где N – количество импульсов на оборот;– соответствие угла поворота вала двигателя одной метке энкодера( ).28где – половина необходимой точности позиционирования, требуемая дляразгона/торможения третьего звена робота (0,05);R3 – длина третьего звена от сочленения со вторым звеном дозахватного устройства, или радиус траектории движения третьего звена(мм);Выбранный энкодер удовлетворяет требованиям техническогозадания и способен обеспечить необходимую точность позиционирования.2.2 Вторая степень подвижностиЭлектропривод 2-ой степени подвижности отвечает за вращение 2ого звена, называемого также "плечом", относительно первого звена иперемещение рабочего органа из одной точки рабочей зоны в другую всвязке с третьим звеном, "локтем".2.2.1 Разработка кинематической схемыВ отличие от известных роботов-манипуляторов с вертикальноангулярной кинематической схемой в настоящей работе сделана попытка вструктуру "плеча" встроить балансир, назначение которого – уменьшитьстатический момент относительно оси O2 и, тем самым, облегчить условияработы двигателя.Расчетная кинематическая схема 2-ой степени подвижности с учетомналичия балансира приведена на рис.

2.4.29Рис. 2.4. Расчетная кинематическая схема 2-ой степени подвижностиОбозначения:L2 = 0,33 м – длина 2-ого звена;L21 = 0,21 м – расстояние между осями вращения O2 и O3;L22 = 0,15 м – длина 2-ого звена от конца до сочленения с 1-ымзвеном;m2 = 9,7 кг – масса 2-ого звена;mБ – масса балансира;m21 = 5 кг – масса части L21;m22 = 2,3 кг – масса части L22;mΣ3 = 5,3 кг – суммарная масса 3-его звена и захватного устройства;mД = 1,8 кг – масса двигателей третьей и второй степениподвижности;mр = 0,4 кг – масса редуктора;mН = 5 кг – масса нагрузки;i2 = 100 – коэффициент редукции.2.2.2 Расчет кинематической схемыРасчет момента инерции, приведенного к оси вращения двигателяМасса балансира:30где L22 – длина 2-ого звена от конца до сочленения с 1-ым звеном (м);mΣ3 – суммарная масса 3-его звена и захватного устройства (кг);mр – масса редуктора (кг);L21 – расстояние между осями вращения O2 и O3 (м);m2 – масса 2-ого звена (кг);L2 – длина 2-ого звена (м);mД – масса двигателя (кг).Момент инерции элементов манипулятора относительно 2-ой степениподвижности:Момент инерции нагрузки относительно 2-ой степени подвижности:Момент инерции, приведенный к оси вращения двигателя 2-ойстепени подвижности:где – момент инерции двигателя третьей степени подвижности (кг*м2);i2 – коэффициент редукции установленного в корпус второго звенаредуктора.Расчет углового ускорения, обеспечивающего заданную скоростьперемещенияРасчет обособленного движения второго звена:R2 = L3+L2 = 0,36 м, (2.5)Расчет среднего времени, за которое схват манипулятора преодолеет31расстояние l2 окр с заданной скоростью м/с:Расчет ускорения, требуемого для достижения скорости м/с за время:Расчет углового ускорения, обеспечивающего заданную скоростьперемещения:Минимально допустимое значение пускового момента двигателя 2-ойстепени подвижности, обеспечивающего максимально допустимое угловоеускорение 2-ого звена (с нагрузкой):Минимально допустимое значение частоты вращения двигателя 2-ойстепени подвижности в установившемся режиме работы:Минимальное значение момента на валу двигателя 2-ой степениподвижности в установившемся режиме работы:2.2.3 Выбор и обоснование двигателя32Так же, как и в пункте 3.1.3, выбор двигателя осуществляется наосновании двух рассчитанных показателях:1) выбранный двигатель должен обеспечить частоту вращения валане менее расчетной (2654,14об/мин);2) выбранный двигатель должен обладать пусковым моментом,значение которого не менее чем на 40% должно превышать расчетный:Значит, для второй степени подвижности двигатель должен иметьчастоту вращения вала не менее 2655 об/мин и значение пускового моментане менее 1,15 Н м.Для выполнения данной задачи был выбран бесколлекторныйдвигатель постоянного тока Maxon Motor EC 60 flat 408057, внешний видкоторого представлен на рис.

3.5. Паспортные данные двигателя указаны втаблице 2.3.Рис. 2.5. Внешний вид двигателя Maxon Motor EC 60 flat 40805733Таблица 2.3Паспортные данные двигателя Maxon Motor EC 60 flat 408057Выходная мощность P, Вт 100Номинальное напряжение VН, В 12Частота вращения n, об/мин 3170Пусковой момент MПуск, Н м 1,85Номинальный момент MН, Н м 0,279Номинальный ток IН, А 9,25Пусковой ток IПуск, А 93,5Ток без нагрузки I, А 0,671Момент инерции ротора JР, кг м2 1,21 10-4Температура эксплуатации T, °C от -40 до 100Масса m, кг 0,470Размер Ø, мм 60Размер Д, мм 38Чтобы убедиться, что выбранный двигатель удовлетворяетсформулированным ранее требованиям, необходимо произвести расчетыпункта 2.2.2 с учетом момента инерции нагрузки относительно оси О2 наоснове паспортных данных двигателя:гдеРасчеты подтверждают, что данный двигатель можно использоватьдля движения второго звена рассматриваемого робота.342.2.4 Выбор и обоснование датчикаТак же, как и в пункте 2.2.4, был осуществлен выбор инкрементногодатчика, внешний вид которого представлен на рисунке 3.6.

Это энкодерHohner Serie 10. Выбор производился по двум показателям: количествоимпульсов на оборот, чтобы обеспечить заданную точность, и диаметрвала, чтобы можно было закрепить датчик на валу выбранного ранеедвигателя. Характеристики датчика указаны в таблице 3.4.Рис. 2.6. Внешний вид энкодера Hohner Serie 10Таблица 2.4Характеристики инкрементального энкодера Hohner Serie 10Количество импульсов на оборот 1024Диаметр вала 8 ммДиаметр корпуса 58 ммНапряжение питания +11-24 ВТемпература эксплуатации -20°...+80 °C35Необходимо убедиться, удовлетворяет ли выбранный энкодерзаданным требованиям точности:где N – количество импульсов на оборот;– соответствие угла поворота вала двигателя одной метке энкодера( ).где – половина необходимой точности позиционирования, требуемая дляразгона/торможения второго звена робота (0,05);R2 – Расстояние от сочленения первого звена со вторым звеном дозахватного устройства, или радиус траектории движения манипулятора повертикали (мм);Выбранный энкодер удовлетворяет требованиям техническогозадания и способен обеспечить необходимую точность позиционирования.2.3 Первая степень подвижностиЭлектропривод 1-ой степени подвижности отвечает за вращениепервого звена, называемого также "колонной", относительно поверхности,на которой установлен робот, и горизонтальное перемещение рабочегооргана из одной точки рабочей зоны в другую.2.3.1 Разработка кинематической схемыКинематическая схема 1-ой степени подвижности приведена на рис.362.7.Рис.