Лекции ТММ 1 (1172676), страница 45

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 45)

S₂₁

H₃₂

1.  ₁₀

Циклограммы командоаппарата и промышленного робота.

₁₀

S₂₁

S₃₂

t_пх t_ох

Т_ц

Рис.20.5

Рассмотрим работу пневмопривода перемещения руки манипулятора (рис.20.5). По сигналу от командоаппарата в правую полость цилиндра подается сжатый воздух, который действует на поршень с силой F_д3 = pS_п , где р- давление воздуха, - активная площадь поршня. Под действием этой силы поршень и рука 3 перемещаются влево с постоянным ускорением и с возрастающей скоростью V₃₂ (рис.20.6а). Ограничение хода поршня может осуществляться либо жестким упором без демпфера, либо упором с демпфером.

а б

F₃, Н F₃, Н

F_д3 F_д3

0 S₃₂, м 0 S₃₂, м

F_с3

V₃₂, м/с V₃₂, м/с

1. S₃₂, м 0 S₃₂, м

t, c t, c

t

t

t_ох t_ох

1. S₃₂, м 0 h_д S₃₂, м

Н₃₂ Н₃₂

Упор без бемпфера Упор с демпфером

Рис. 20.6.

При остановке на упоре без демпфера , скорость звена 3 должна мгновенно уменьшится с некоторого конечного значения до нуля. При таком изменении скорости ускорение a₃₂  -  . Такая остановка звена называется жестким ударом. Она сопровождается большими динамическими нагрузками на звенья механизма. Так как реальный манипулятор представляет собой упруго-инерционную систему, то эти нагрузки вызовут отскок звена 3 от упора, а также колебания всего механизма. Схват будет совершать колебания относительно заданного конечного положения. Время затухания этого процесса t (рис.20.6а) значительно снижает быстродействие ПР.

Уменьшить эти колебания или вообще исключить их можно, обеспечив безударный останов

V_32n= 0, a_32n = 0;

где V_32n, a_32n - относительная скорость и относительное ускорение звеньев в момент останова. Однако это осуществимо только в регулируемом приводе при контурном управлении. Кроме того при безударном останове в конце хода относительная скорость близка к нулю, поэтому время перемещения схвата в требуемое положение значительно возрастает. Компромиссным решением является останов с мягким ударом, при котором относительная скорость в конце хода V_32n= 0, а ускорение ограничено некоторым допустимым значением a_32n  [a ]. В механизмах с цикловым управлением режим движения с мягким ударом обеспечивается установкой упоров с демпферами, гасящими кинетическую энергию руки. Расчет демпфера ведется из условия A_n=0, которое обеспечивается равенством за цикл движения работы движущей силы A_Fд3 и работы силы сопротивления демпфера А_Fc (рис. 20.6б):

A_Fд3 = -А_Fc или F_д3  (H₃₂ – h_д) = - F_c h_д .

В этом выражении неизвестны две величины F_c и h_д , одной из них задаются , вторую – рассчитывают.

Уравновешивание манипуляторов.

В большинстве кинематических схем манипуляторов приводы восприниамают статические нагрузки от сил веса звеньев. Это требует значительного увеличения мощностей двигателей приводов и моментов тормозных устройств. Для борьбы с этим используют три метода:

• Используют кинематические схемы манипуляторов, в которых силы веса звеньев воспринимаются подшипниками кинематических пар. На мощность приводов и тормозных устройств при таком решении силы веса оказывают влияние только через силы трения в парах. В качестве примера можно привести кинематическую схема робота SCARA (рис. 20.7). Недостатком этого метода являются большие осевые нагрузки в подшипниках.

A_1в В_1в С_1п

D_1в

0 1 2 3

т.М

4

Рис.20.7

• Уравновешивание звеньев манипулятора с помощью корректировки их массы. При этом центр масс звена с помощью корректирующих масс смещается в центр кинематической пары ( рис. 20.8 ). Недостатком этого метода является значительное увеличение массы манипулятора и моментов инерции его звеньев.

m_k3

C_1в,s_k3

2 3

s₃

s₂

т.М

B_1в,s_k2

m_k2 1

A_1в

0

Рис.20.8

• Уравновешивание сил веса звеньев манипулятора с помощью упругих разгружающих устройств – пружинных разгружателей или уравновешивателей. Эти устройства не позволяют обеспечить полную разгрузку приводов от действия сил веса на всем относительном перемещении звеньев. Поэтому конструкция этих устройств включает кулачковые или рычажные механизмы, которые согласуют упругую характеристику пружины с характеристикой уравновешиваемых сил веса звеньев. На рис. 20.9 показана схема примышленного робота в котором привод вертикального перемещения руки снабжен механизмом для силовой разгрузки, состоящим из пружины и кулачкового механизма с профилем выполненным по спирали Архимеда.

3 S₃₂ 2

т.М

S₂₁

1

₁₀

0

Рис. 20.9

Точность манипуляторов ПР.

Точность манипуляторов определяется погрешностями позиционирования характеристической точки схвата (точка М) и погрешностями угловой ориентации схвата. Погрешности позиционирования определяются технологическими отклонениями размеров звеньев манипулятора, зазорами в кинематических парах манипулятора и механизмов приводов, деформациями (упругими и температурными) звеньев, а также погрешностями системы управления и датчиков обратной связи. В паспортных данных манипуляторов указывается максимально допустимое отклонение центра схвата манипулятора точки М от ее номинального расположения на множестве возможных конфигураций механизма. В результате погрешностей точка М описывает в пространстве некоторый эллипсоид, который называется эллипсоидом отклонений (рис. 20.10).

C_1в

2 3

т.М

B_1в

1

A_1в

0

Рис.20.10

Литература

1. Силовой расчет, уравновешивание, проектирование механизмов и механика манипуляторов: Учебное пособие для студентов смешанной формы обучения / И.Н.Чернышева, А.К.Мусатов,Н.А.Глухов и др.; Под ред. А.К.Мусатова. – М.: Изд-во МГТУ, 1990. – 80с., ил.

2. Механика промышленных роботов: Учеб. пособие для втузов: В 3-х кн. / под ред. К.В.Фролова, Е.И.Воробьева. – М.: Высш.шк., 1988.

3. Р.Пол «Моделирование, планирование траекторий и управление движением робота – манипулятора» - М.: Наука, 1976.

Лекция 21

Краткое содержание: Задачи динамики механизмов с учетом податливости звеньев (с упругими связями). Виды механических колебаний. Динамические модели механизмов с упругими связями (условия и допущения). Двухмассовая модель привода с упругими связями. Определение закона движения динамической модели. Упругие вынужденные колебания в системе. Определение собственных частот колебаний системы. Определение форм колебаний. Моделирование динамических процессов в приводе с упругими связями (влияние жесткости звеньев привода на неравномерность движения, момент в приводе и динамическую ошибку).

Задачи динамики механизмов с учетом податливости звеньев.

Звенья реальных механизмов под действием сил и моментов деформируются. При этом точки или сечения этих звеньев имеют относительные перемещения, которые влияют на их закон движения. Динамические модели реальных механизмов, учитывающие податливость звеньев делятся на дискретные модели и модели с распределенными параметрами. Дискретные модели как более простые применяются чаще. В этих моделях инерционные параметры рассматриваются как сосредоточенные в точках или сечениях звена, а податливость звена представляется как упругая связь (упругая кинематическая пара) между этими массами или моментами инерции.

К основным задачам динамики механизмов с упругими звеньями можно отнести:

• определение резонансных режимов работы механической системы и устранение их изменением ее динамических параметров;

• снижение виброактивности системы, уровня возбуждаемых ей звуковых (и других) колебаний;

• повышение динамической точности;

• применения вибраций или колебаний для выполнения технологический операций;

• другие задачи.

Эти задачи решаются на базе общих методов исследования динамики линейных и нелинейных механических систем. Каждая из рассматриваемых задач может быть сформулирована как прямая (задача анализа) или как обратная (задача синтеза). В прямых задачах динамики при известных динамических параметрах системы определяют закон ее движения и другие характеристики. В обратных задачах (задачах синтеза системы) – по заданным параметрам закона движения, частотам или формам колебаний определяются динамические или конструктивные параметры системы – массы, жесткости, коэффициенты демпфирования, внешние силы и другое. Решение обратной задачи или задачи синтеза более сложно, так как часто она имеет множество допустимых решений, из которых необходимо выбрать оптимальное.

Виды механических колебаний.

Механическими колебаниями (или просто колебаниями) называется такое движение механической системы при котором обобщенные координаты и их производные изменяются во времени периодически возрастая или убывая.

Различают следующие виды механических колебаний:

• свободные или собственные колебания – происходящие без переменного внешнего воздействия и поступления энергии извне;

• периодические – при которых значения обобщенной координаты и ее производных циклически повторяются (если это условие не выполняется, то колебания апериодические);

• вынужденные – вызываемые и поддерживаемые переменной во времени внешней силой;

• параметрические – вызываемые изменением во времени динамических параметров системы ( жесткости, массы или момента инерции, демпфирования и др.);

• автоколебания – стационарные колебания возбуждаемые и поддерживаемые за счет энергии поступающей от источника неколебательного характера, в которой поступление энергии регулируется движением самой системы;

• другие виды колебаний.

Динамическая модель системы с упругими связями.

Характеристики

Список файлов лекций