Грузоподъемные и транспортные устройства Додонов (1004223), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Скорость линейных перемещений рабочих органов манипуляторов 0,2 ... 5 м/с (для большинства 0,8 ... 1,5 м~с), а угловых перемещений 80 ... 180 рад/с. Наибольшим быстродействием обладают манипуляторы с пневмоприводом. 150 На рис. 123 показаны системы координат, определяющие кинематику основных движений манипуляторов, и соответствующая форма рабочей зоны, обслуживаемой манипулятором. Декартова система плоская и пространственная, при ней перемещение объекта рукой манипулятора осуществляется за счет прямолинейных перемещений звеньев механической системы по двум (при плоской системе, рис. 123, а) или трем (при прямоугольной пространственной, рис.
123, б) взаимно перпендикулярным осям х, у, г. Плоская полярная система (рис. 123, в) характеризуется перемещением объекта манипулирования в одной координатной плоскости в направлении радиуса-вектора г и угла д. Цилиндрическая система координат (рис. 123, г) характеризуется перемещением объекта манипулирования в направлениях г и у основной координатной плоскость, а также по нормали к этой плоскости г. Следует отметить, что наибольшее число промышленных роботов (из 500 известных модулей) работает в полярных цилиндрических координатах. Сферическая полярная система координат (рис. 123, д) характеризуется перемещением объекта манипулирования в заданную точку пространства за счет радиуса-вектора г и его угловых перемещений у и 8 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Ангулярная (угловая) система координатных перемещений (рис.
123, е) плоская или пространственная (цилиндрическая и сферическая), характеризуется перемещением объекта манипулирования в направлении радиуса-вектора г и осуществляется за счет относительных угловых поворотов звеньев манипулятора, имеющих постоянную длину (используется для ПР с шарнирной рукой). На рис. 123 приведены также соответствующие кинематнческие схемы механических манипуляторов, работающих в упомянутых системах координат. В промышленных роботах первого поколения использованы системы управления с непрерывной отработкой движения и системы с дискретной отработкой движения.
Системы с непрерывной отработкой траектории получили название контурных систем управления, а системы с дискретным управлением — позиционных систем управления. Простейшим вариантом позиционных систем является цикловая система (по упорам), в которой число программируемых точек по каждой координате ограничено начальной и конечной позициямн. Позиции задаются установленными упорами, контактными и бесконтактными переключателями релейного действия. При контурном управлении движение исполнительного органа ПР программируется в виде траектории в рабочем пространстве а непрерывным контролем по скорости. Энергетический расчет приводов манипулятора может быть выполнен исходя из следующих предпосылок.
Закон изменения 151 ятех теен 1б2 Рис. 123. Система координат, определщощие кинематику основныл движений манипуляторов а) Ю Рис. 124. Схема руки манипулятора и аакон иаменения скорости еедвижения скорости движения руки 1 (рис. 124) является трапецеидальным, т. е. разгон и торможение происходят с постоянным ускорением. На рис. 124, б показан график изменения скорости, где время разгона 1р — — о,„/а (о,„— номинальная скорость, а — ускорение) равно времени !, торможения. Для привода вращения руки 1р — — со!т /а = со/е, где со— угловая скорость; Ям — максимальный радиус обслуживания; е — угловое ускорение. Для трапецеидального закона перемещение б руки рассчитывают: в период разгона Яр — — о,м!/2, а так как !р — — !„то Яр —— = 5,; в период установившегося движения 5 „= о„„! „йли Яр = а!р/2 при поступательном движении и Яр = а/Яр/2Я „при повороте.
Время выполнения цикла !ц — — 2!р + 1„„= 2!р + (о— — 2а!,'/2)/о„„при линейном перемещении, а время выполнения цикла при вращении руки манипулятора !ц = (ф + еоая /а)/о). Характеристикой цикла по перемещениям при трапецеидальном законе изменения скорости является отношение пути Я разгона н полному перемещению 5; Кц = Яр/Я = 0,1 ... 0,5, причем при Кц — — 0,5 и Бр — — 0,55 нет периода установившегося движения, закон выражается в треугольник (см. рис.
124), т. е. обеспечивается максимальная о скорость перемещения: а1а о ~Р2)~ 2 ~~ 2~т.е.о~(~ н при вращении соответственно со ( 1 ф— йп Следует иметь в виду, что слишком малое значение Кц вызывает большие динамические нагрузки в механизмах майипулятора. Например, при 5 = 1 н скорости о„м = 1 м/о длина пути а у о'яа разгона Яр —— — 1х — / = 0,1 и, а К„= Я /о = 0,1.
Перегрузка составляет 1,5. Манипулятор, показанный на рис. 124, работает в сферической системе координат. Для вычисления необходимой мощности привода задаются грузоподъемностью л) (кг) (массой переносимого груза), величинами Я, (м), 8, ф — пределы перемещения !бз груза по координатам соответственно в м и рад, ш н о — номинальные скорости перемещения (соответственно в рад/с и м/с). При проектировании приводов обычно отсутствуют точные данные о массах звеньев и координатах центров их тяжести, необходимых для нахождения инерционных сил. Поэтому расчет ведут с использованием коэффициентов конструкций К, полученных из опыта проектирования (8). Мощность (Вт) привода прямолинейного поступательного перемещения Л/ = (Р + Р ) о/Чл где ив Р— сила тяжести полезного груза и неуравновешенных масс, Рн = Клта; =!4...23 К вЂ” коэффициент, характеризующий конструкции, Кх = тн/т = 1 (тн — общая масса перемещающихся частей); Рп — сила инерции, и = —, Р лтп ц =- К тпх/(2К 5); т) — КПД передачи, связывающий двигатель с исполнительным звеном.
Тогда Кгпт г 1 оп /л/ = — ' !л — — + д з1п а), п= „1 (2/( 8 где ц — угол наклона руки манипулятора (см. рис. 124)! д — ускорение сво- бодного падения, л = 9,8! м/сп. При горизонтальном расположении руки манипулятора (а = = 0), приняв Кп = 0,1 и К, = 2, получим мощность (Вт) подъема л/ 10шпз/( ст ) для привода вертикального перемещения груза (а = 90') 18Кот ( ' + 1) ч Мощность двигателя для привода поворота руки манипуля- тора с грузом соответственно /л/, = (М„+ М,) ю/т), где М м — момент грува и неуравновешенных конструкций относительно по и — номе Миом = К тпл Коэффициент конструкции ном.
л тк лппх где М„, д — динамический момент, возникающий в период разгона и тормо- жения: г и Кгтдлмпхю — х Цф где Кп — коэффициент конструкции, Кг = 1,8 —:2,3. Окончательно ю)!юпхт ( Кп)змпхю + К й 3!и а) 2 ~ 2Кпф 164 Приняв а = О, К„= 0,1, К, = 2, К, = 2, мощность привода для вращения груза относительно оси Оз д/ — 10глтт т ш ~/(т)ф) соответственно для механизма качения руки относительно горизонтальной оси Ох при а = 1,57 рад, К, = 1 (без груза, механизм уравновешен) 1От/т пп ф ш~ После выбора двигателя необходимо определить передаточное отношение передачи, связывающее двигатель с исполнительным звеном манипулятора.
При значительных неуравновешенных нагрузках передаточное отношение может быть определено из соотношения и = = М,/(Мя,т)), где Мдв — вращающий момент, развиваемый двигателем. Если в приводе преобладают динамические нагрузки, то с увеличением т уменьшается время разгона до номинальной частоты вращения и торможения до полной остановки. Оптимальное значение передаточного отношения по быстродействию привода для трапецеидального закона перемещения может быть определено по формуле зт2,п / фМд,ш2 где / — динамический момент инерций вращающихся частей манипулятора, кг мп, у = /гр+ Хм (/ = т)тм, — динамический момент инерции максиг мальиого груза", /и — дянамический момент инерции вращающихся деталей лланипулятора).
По этой формуле определяют передаточное отношение и приводов, в которых приведенный момент инерции нагрузки превышает собственный динамический момент инерции двигателя /и,. При /,р/./лп ( 1, где /,р — момент инерции привода, / =,//иг, и = ) и/Уд,. Поскольку робот выполняет разнообразные циклы, то передаточное отношение необходимо рассчитывать на среднее арифметическое всех перемещений и моментов инерции в каждом из этих перемещений. Для поступательных перемещений при трапецеидальном законе движения / р л> ./д, оптимальная линейная скорость перемещения о„„=хан„.~.~(,, а, где М,пш — вращающий момент. Сбалансированные манипуляторы.
Для выполнения погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских работ на предприятиях широкое распространение получили специальные промышлен- 188 ные роботы, такие, как робокары, сбаланснрованные подъемники, а также сбаланснрованные маннпуляторы н роботнзнрованные конвейерные лнннн. Основная задача такой робототехннкн заключается в обеспеченнн связи между транспортнымн, транспортно-грузовымн потоками н технологическими операциями, а также в автоматизации переработки грузов: затарнванне, формнрованне в партии, загрузка в контейнеры, погрузка в транспортные средства. В настоящее время погрузочно-разгрузочные н транспортные работы на предприятии являются фактически составной частью технологических процессов, а затраты, производимые на ннх, составляют значнтельную сумму от стоимости изделий.
В качестве уннверсального средства механизации тяжелого ручного труда по загрузке н выгрузке изделий широко прнменяют сбаланснрованные маннпуляторы. Сбаланснрованные маннпуляторы допускают плавное регулирование скорости перемещення груза (О ... 30 м/мнн). Управленне направленнем н скоростью перемещения груза чаще всего осуществляется пневматическими рукоятками, которые расположены вблизи грузозахватного устройства нлн на колоние, нлн днстанцнонно.
Сбаланснрованные маннпуляторы с уснлнем 50 ... 100 Н могут поднимать, вращать н перемещать в гор нзонтальном направленнн объекты массой до 600 кг. В простейших сбаланснрованных маннпуляторах грув массой до 120 кг подннмается н опускается с помощью прнвода, а в горнзонтальной плоскости перемещается вручную. В качестве привода используют пневмопрнвод с пневматнческой системой управления. Онн взрывобезопасны, но имеют небольшой диапазон регулирования скорости, а также недостаточно плавно перемещают груз.
Для перемещения грузов массой 120 ... 300 кг используют маннпуляторы с электроприводом, а массой 250 ... 2500 кг — манипуляторы с гндропрнводом н электронной системой управлення. Сбаланснрованный маннпулятор МС-150 (рнс. 125, а) грузоподъемностью 150 кг напольного типа можно использовать с разлнчнымн грузозахватнымн устройствамн. Помимо выполнення погрузочно-разгрузочных работ, он может быть попользовав н для выполнення других операций, например на грузовом крюке устанавливать дрель, клещи для точечной сварки н др. Основнымн требованнямн, предъявляемыми к сбаланснрованным манипуляторам, являются: 1) рука маннпулятора должна находиться в уравновешенном состоянии незавнснмо от того, имеется на захвате объект маннпулнровання нлн нет; 2) конструкция манипулятора должна обеспечивать перемещенне объекта (груза) по траекториям, близким к прямолннейным; 3) нагрузка на привод должна быть постоянной прн перемещеннн объекта в рабочей зоне.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
