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

Текст из файла (страница 2)

При выполнении работы необходимо выполнить следующие требования: полезная нагрузка (максимальная) – 5 кг. Точность позиционирования – 0,1 мм. Максимальная линейная скорость рабочего органа (по горизонтали и по вертикали) – 1 м/с. Время разгона/торможения рабочего органа не должно превышать 5% от времени отработки полного хода по соответствующей степени подвижности.

1.5 Разработка функциональной схемы электропривода

На рис. 2.1 представлена функциональная схема разрабатываемого электропривода. Она устроена следующим образом: от устройства управления регулятор получает задающее воздействие. В результате этого воздействия, на выходе регулятора по определенному закону вырабатывается управляющее воздействие, поступающее в двигатель. Двигатель превращает это воздействие (электрическую энергию) в механическую энергию, происходит вращение вала двигателя. Вал двигателя соединен одновременно с датчиком положения, который определяет угол поворота вала двигателя и подает сигнал на регулятор, и редуктором, который, непосредственно, с определенным коэффициентом редукции приводит в движение исполнительный орган.

Рисунок 1.6 - Функциональная схема электропривода

2 Разработка и расчет кинематической схемы робота-манипулятора, выбор элементной базы электропривода

Разработка адаптивного электропривода ведется для робота-манипулятора, который должен выполнять действия, призванные заменить труд человека, например функции сборочного робота. Ясно, что при этом робот будет испытывать не только статические нагрузки, обусловленные весом собственных деталей, но и динамические, возникающие в процессе изменения положения звеньев манипулятора относительно друг друга. Чтобы учесть это при разработке электропривода, необходимо построить и произвести расчеты кинематических схем робота для каждой степени подвижности.

Допущения:

• масса захватного устройства сосредоточена в крайней передней точке 3-го звена;

• массы двигателей, датчиков и редукторов 2-ой и 3-ей степеней подвижности сосредоточены на осях вращения соответствующих двигателей в серединах их осевых длин;

• для всех степеней подвижности используются редукторы, имеющие коэффициент редукции i = 100;

• в расчетах можно пренебречь моментами инерции редукторов 1-ой, 2-ой и 3-ей степеней подвижности, а также создаваемыми ими статическими моментами трения;

• люфт редукторов отсутствует.

2.1 Третья степень подвижности

Электропривод 3-ей степени подвижности отвечает за вращение 3-его звена, называемого локтем, относительно второго звена, и вертикальное перемещение рабочего органа из одной точки рабочей зоны в другую.

2.1.1 Разработка кинематической схемы

Разработка ведется в самом тяжелом для двигателя режиме (звено манипулятора находится в горизонтальном положении) с максимальной (по требованию технического задания) нагрузкой.

Расчетная кинематическая схема 3-ей степени подвижности приведена на рисунок 2.1.

Рисунок 2.1 - Расчетная кинематическая схема 3-ей степени подвижности

Обозначения:

L₃ = 0,22 м – длина 3-его звена;

L₃₁ = 0,15 м – длина 3-его звена от сочленения со 2-ым звеном до захватного устройства;

L₃₂ ­­= 0,07 м – длина 3-его звена от конца до сочленения со 2-ым звеном;

m₃ = 4,3 кг – масса 3-его звена;

m₃₁ = 3 кг – масса части L₃₁;

m₃₂ = 1,3 кг – масса части L₃₂;

m₄ = 1 кг – масса захватного устройства;

m_Н = 5 кг – масса нагрузки;

i₁ = 100 – коэффициент редукции установленного в корпус третьего звена редуктора.

2.1.2 Расчет кинематической схемы

Расчет кинематической схемы необходим для того, чтобы в дальнейшем, на основе полученных значений рассчитываемых формул, осуществить выбор двигателя. В конечном счете, для выполнения этой задачи необходимо получить следующие расчетные показатели: минимальное допустимое значение пускового момента двигателя, минимальное допустимое значение частоты вращения двигателя при соответствующем значении момента на валу двигателя в установившемся режиме работы.

• Расчет момента инерции, приведенного к оси вращения двигателя

Момент инерции элементов манипулятора относительно 3-ей степени подвижности:

где m₄ – масса захватного устройства (кг);

L₃₁ – длина 3-его звена от сочленения со 2-ым звеном до захватного устройства (м);

m₃ – масса 3-его звена (кг);

L₃ – длина 3-его звена (м).

Момент инерции нагрузки относительно 3-ей степени подвижности:

, (2.2)

где m_Н – масса нагрузки (кг).

Момент инерции, приведенный к оси вращения двигателя 3-ей степени подвижности:

где – момент инерции двигателя третьей степени подвижности (кг м²);

i₃ – коэффициент редукции установленного в корпус третьего звена редуктора.

• Расчет углового ускорения, обеспечивающего заданную скорость перемещения

Расчет обособленного движения третьего звена:

R₃ = L₃₁ = 0,15 м , (2.4)

Расчет среднего времени, за которое схват манипулятора преодолеет расстояние l_{3 окр} с заданной скоростью м/с:

(2.6)

Расчет ускорения, требуемого для достижения скорости м/с за время :

Расчет углового ускорения, обеспечивающего заданную скорость перемещения:

Минимально допустимое значение пускового момента двигателя 3-й степени подвижности, обеспечивающего максимально допустимое угловое ускорение 3-его звена (с нагрузкой):

где g – ускорение свободного падения (9,8 м/с²).

Минимально допустимое значение частоты вращения двигателя 3-й степени подвижности в установившемся режиме работы:

где π – число Пи (3,14).

Минимальное значение момента на валу двигателя 3-й степени подвижности в установившемся режиме работы:

2.1.3 Выбор и обоснование двигателя

Выбор двигателя должен быть осуществлен, руководствуясь двумя важными пунктами:

1) выбранный двигатель должен обеспечить частоту вращения вала не менее расчетной (6369,75 об/мин);

2) выбранный двигатель должен обладать пусковым моментом, значение которого не менее чем на 40% должно превышать расчетный:

Значит, для рассматриваемой степени подвижности двигатель должен иметь частоту вращения вала не менее 6370 об/мин и значение пускового момента не менее 1 Н∙м.

Для выполнения данной задачи был выбран бесколлекторный двигатель постоянного тока Maxon Motor EC 45 flat 402686, внешний вид которого представлен на рис. 2.2. Паспортные данные двигателя указаны в таблице 2.1.

Рисунок 2.2 - Внешний вид двигателя Maxon Motor EC 45 flat 402686

Таблица 2.1 - Паспортные данные двигателя Maxon Motor EC 45 flat 402686

Выходная мощность	P, Вт	70
Номинальное напряжение	VН, В	36
Частота вращения	n, об/мин	6380
Пусковой момент	MПуск, Н м	1,1
Номинальный момент	MН, Н м	0,108
Номинальный ток	IН, А	1,93
Пусковой ток	IПуск, А	20,7
Ток без нагрузки	I, А	0,166
Момент инерции ротора	JР, кг м2	1,81*10-5
Температура эксплуатации	T, °C	от -40 до 100
Масса	m, кг	0,141
Размер	Ø, мм	42,8
Размер	Д, мм	26,7

Чтобы убедиться, что выбранный двигатель удовлетворяет сформулированным ранее требованиям, необходимо провести расчеты пункта 2.1.2 с учетом момента инерции нагрузки относительно оси О₃ на основе паспортных данных двигателя:

где .

Расчеты подтверждают, что данный двигатель можно использовать для движения третьего звена рассматриваемого робота.

2.1.4 Выбор и обоснование датчика

Как было сказано в пункте 1.3, современной промышленностью выпускается огромное число угловых энкодеров различного типа и различной точности. Но основной рынок занимают именно энкодеры инкрементальные, часто используемые для автоматизации производства благодаря недорогой и простой конструкции, надежности, простоте использования и низкой цене. По требованиям технического задания необходимо выбрать такой энкодер, который позволит определять положение захватного устройства с точностью до 0,1 мм. Исходя из вышесказанного, был выбран инкрементальный энкодер испанской фирмы Hohner, модели Serie 26, внешний вид которого представлен на рисунок 2.3. Характеристики энкодера указаны в таблице 1.2.

Рисунок 2.3 - Внешний вид энкодера Hohner Serie 26

Таблица 2.2 - Характеристики инкрементального энкодера Hohner Serie 26

Количество импульсов на оборот	1024
Диаметр вала	4 мм
Диаметр корпуса	24 мм
Напряжение питания	+11-30 В
Температура эксплуатации	-20°…+80 °C

Необходимо убедиться, удовлетворяет ли выбранный энкодер заданным требованиям точности:

Характеристики

Список файлов ВКР