Тарабарин В.Б. - Исследование и проектирование манипуляторов промышленных роботов (1074037)
Текст из файла
Московский государственный технический университетим. Н.Э. БауманаТарабарин В.Б.ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАНИПУЛЯТОРОВПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВКурсовое проектированиепо «Теории механизмов и механике машин»Учебное пособие(электронная версия)Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана2007ВведениеВ последние десятилетия прошлого века возникли новые мехатронныесистемы – промышленные роботы и манипуляторы. Промышленным роботом называется автоматическая перепрограммируемая машина, предназначенная для выполнения основных или вспомогательных технологическихопераций (или функций человека) в процессе промышленного производства.Эти устройства сочетают в себе электронные управляющие системы, приводы и исполнительные механизмы или манипуляторы. Манипулятором называют пространственный механизм, обычно с открытой кинематической цепью и одноподвижными кинематическими парами, предназначенный для выполнения функций руки человека в составе промышленного робота или самостоятельно.
В последнем случае мы имеем копирующий манипулятор,управляемый человеком – оператором. Проектирование и исследование манипуляторов рассматривается в различных учебных курсах: теории машин имеханизмов, детали машин, теория автоматического управления, мехатроника, а также ряде специальных дисциплин, изучающих роботы и манипуляторы различного функционального назначения (промышленные, космические,подводные и др.).В данном пособии рассматривается проектирование и исследованиеманипуляторов в рамках курсового проекта по ТММ. Курсовой проект выполняется студентами на третьем курсе и является заключительной стадиейизучения курса ТММ. Обычно это первый курсовой проект, выполняемыйстудентом в ВУЗе. Курсовой проект относится к самостоятельной работестудента, выполняемой под руководством преподавателя.
Темы курсовыхпроектов обычно согласуются со специальностью, по которой обучаются студенты. Так как последние годы все большее количество специальностей в тойили иной степени связаны с робототехникой, то и в курсе ТММ выполняютсяпроекты по данной тематике. Основные разделы курса ТММ: структурный,кинематический и динамический анализ и синтез типовых механизмов отражаются в комплексных курсовых проектах, посвященных проектированиюотдельных простых механизмов (рычажных, зубчатых и кулачковых) сложных машинных агрегатов. К таким агрегатам относятся и промышленные роботы, в состав которых входят пространственные рычажные механизмы манипуляторов, рычажные механизмы схватов, зубчатые механизмы приводов,кулачковые механизмы уравновешивающих устройств и систем обратнойсвязи.
Объем лекционного курса по ТММ в последние годы не увеличивается, хотя его содержательная часть расширяется. Вопросы проектированиямеханизмов роботов освещаются в нем недостаточно, поэтому при выполнении проекта необходимо использовать дополнительную специальную литературу. Цель данного пособия – дать краткие методические указания для выполнения курсовых проектов по тематике связанной с робототехникой.В пособии последовательно рассматриваются следующие задачи:• Общее содержание задания на проектирование, задачи курсового проекта, анализ исходной информации, определение недостающих исходныхданных.• Основные принципы структурного и метрического синтеза манипулятора.• Постановка и методы решения прямых и обратных задач кинематикиманипуляторов.• Динамика управления манипулятором.
Методы решения прямой и обратной задачи управления манипулятором. Кинетостатика манипуляторов.• Требования к оформлению графической и текстовой документации.Содержание листов проекта и пояснительной записки. ГОСТы в курсовомпроекте по ТММ.Существующие пособия по курсовому проектированию не учитывают современного уровня программного обеспечения САПР, в частности, такихпрограммных сред как AutoCAD, Компас, MathCAD и т.п.
В данном пособииавтор, в меру своих возможностей, ориентировался на использование этихпрограмм при выполнении проекта.1. Содержание и задачи курсового проекта.Необходимо различать два вида курсовых проектов по манипуляторам: Первый, в котором на первом листе исследуется движение по однойкоординате или одной подвижности. В этом случае решается типовая задачаопределения закона движения по этой координате под действием заданныхвнешних сил. Механизм рассматривается только в плоскости движения.
Вэтой плоскости проводится и силовой расчет механизма при выполнениивторого листа. Третий и четвертый листы проекта посвящены соответственнопроектированию зубчатых и кулачковых механизмов. В этих вариантах задания на проектирование задачи проектирования манипуляторов адаптированык содержанию существующего курса ТММ (ковочные манипуляторы - варианты 111,113,114; промышленный робот – вариант 115). Второй, в котором на первом листе решается прямая или обратная задача кинематики трехподвижного манипулятора с цилиндрической, сферической или ангулярной системой координат. При прямой задаче задаются законы движения в приводах манипулятора (относительные перемещения в кинематических парах) и определяется закон движения схвата в функции времени. В обратной задаче задается закон движения схвата манипулятора попростой траектории (прямая линия, с произвольной ориентацией в пространстве) и определяются законы изменения относительных координат звеньев вкинематических парах в функции времени (перемещения, скорости и ускорения).
На втором листе в этом варианте проекта определяются методом кинетостатики законы изменения управляющих силовых воздействий в приводах(сил или моментов) и реакции в кинематических парах. На третьем листепроектируются зубчатые передачи приводов (обычно зубчатая передачавнешнего зацепления и типовой планетарный механизм, реже проектируетсяволновая передача или кривошипно-планетарный редуктор с цевочным илициклоидальным зацеплением). Четвертый лист посвящается проектированиюкулачкового механизма уравновешивающего устройства или кулачковогомеханизма концевых выключателей системы обратной связи.
Эти проектывыполняются в течение ряда лет в рамках НИРС и пока не включены в сборники заданий. Опыт, полученный при выполнении этих заданий, показал целесообразность включения таких заданий в курсовое проектирование поТММ для специальностей связанных с робототехникой. Ниже приводятсяметодические указания к курсовому проекту, выполняемому по второму варианту.1.1.Содержание задания на курсовое проектирование.В текстовой части задания указывается функциональной назначениепромышленного робота, дается описание его основных частей и их функциональное назначение, приводятся структурные схемы, применяемых типовыхмеханизмов. Здесь же даются необходимые комментарии по определениюразмеров звеньев механизма, их масс и моментов инерции. В этой части даются указания для определения заданных законов движения приводов (прирешении прямой задачи) или схвата (при решении обратной задачи).
Обычноразгон и торможение осуществляется с постоянным ускорением (замедлением), а установившееся движение имеет постоянную скорость.В таблице исходных данных приводятся числовые значения размеровмеханизма или его зоны обслуживания (длины звеньев, предельные в шарнирах), массы и моменты инерции звеньев, передаточные отношения зубчатыхи планетарных механизмов, частоты двигателей, а также необходимые параметры кулачкового механизма (максимальный ход толкателя, фазовые углы,допустимый угол давления и др.). При недостаточности данных они выбираются из конструктивных соображений по анализу существующих моделейподобных роботов и согласуются с преподавателем. Рассмотрим вариант типового задания на примере робота со сферической системой координат.Задание №1pПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА1. Назначение, схема и принцип работы.Промышленный робот с трехподвижным манипулятором предназначендля выполнения основных и вспомогательных технологических операций впромышленности.
Он должен обеспечивать перемещение деталей и узлов позаданной траектории (например, прямой линии). Функциональная схема манипулятора приведена на рис.1. На рис. 2-4 даны структурные схемы манипулятора, привода поворота руки и кулачкового механизма.Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà ìàíèïóëÿòîðàÄâèãàòåëü 3ÏëàíåòàðíûéðåäóêòîðÇóá÷àòàÿïåðåäà÷àÇâåíî 3Çâåíî 2Çóá÷àòàÿïåðåäà÷àÂîëíîâîéðåäóêòîðÄâèãàòåëü 2Äâèãàòåëü 1ÏëàíåòàðíûéðåäóêòîðÇóá÷àòàÿïåðåäà÷àÇâåíî 1Êóëà÷êîâûé ìåõàíèçìêîíöåâûõ âûêëþ÷àòåëåéРис.1а) Структурная схема манипулятора32B1b10Dj2bò.ÌC1ïDj2aA1ârM m inrM m axDf1bB1bò.ÌC1ïaDf1Рис.2Манипулятор состоит из руки, звенья 0-1-2-3 которой образуют простран-ственный механизм со сферической системой координат и схвата. Рука предназначена для изменения линейных координат схвата, схват - для захвата иÑòðóêòóðíàÿ ñõåìà ìåõàíèçìîâ ïðèâîäà ïîâîðîòà çâåíà 1.Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà êóëà÷êîâîãî ìåõàíèçìà.10Z5hZ6K117eZ35OA4Z1j7Z46j1DK2Z2Рис.3Рис.4удержания деталей.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
