Адаптивный электропривод робота-манипулятора с вертикально-ангулярной кинематической схемой (6) (1189857), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

где N – количество импульсов на оборот;

– соответствие угла поворота вала двигателя одной метке энкодера (˚).

где – половина необходимой точности позиционирования, требуемая для разгона/торможения третьего звена робота (0,05);

R₃ – длина третьего звена от сочленения со вторым звеном до захватного устройства, или радиус траектории движения третьего звена (мм);

Выбранный энкодер удовлетворяет требованиям технического задания и способен обеспечить необходимую точность позиционирования.

2.2 Вторая степень подвижности

Электропривод 2-ой степени подвижности отвечает за вращение 2-ого звена, называемого также "плечом", относительно первого звена и перемещение рабочего органа из одной точки рабочей зоны в другую в связке с третьим звеном, "локтем".

2.2.1 Разработка кинематической схемы

В отличие от известных роботов-манипуляторов с вертикально-ангулярной кинематической схемой в настоящей работе сделана попытка в структуру "плеча" встроить балансир, назначение которого – уменьшить статический момент относительно оси O₂ и, тем самым, облегчить условия работы двигателя.

Расчетная кинематическая схема 2-ой степени подвижности с учетом наличия балансира приведена на рисунок 2.4

Рисунок 2.4 - Расчетная кинематическая схема 2-ой степени подвижности

Обозначения:

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-ым звеном;

m₂ = 9,7 кг – масса 2-ого звена;

m_Б – масса балансира;

m₂₁ = 5 кг – масса части L₂₁;

m₂₂ = 2,3 кг – масса части L₂₂;

m_Σ3 = 5,3 кг – суммарная масса 3-его звена и захватного устройства;

m_Д = 1,8 кг – масса двигателей третьей и второй степени подвижности;

m_р = 0,4 кг – масса редуктора;

m_Н = 5 кг – масса нагрузки;

i₂ = 100 – коэффициент редукции.

2.2.2 Расчет кинематической схемы

• Расчет момента инерции, приведенного к оси вращения двигателя

Масса балансира:

где L₂₂ ­­– длина 2-ого звена от конца до сочленения с 1-ым звеном (м);

m_Σ3 – суммарная масса 3-его звена и захватного устройства (кг);

m_р – масса редуктора (кг);

L₂₁ – расстояние между осями вращения O₂ и O₃ (м);

m₂ – масса 2-ого звена (кг);

L₂ – длина 2-ого звена (м);

m_Д – масса двигателя (кг).

Момент инерции элементов манипулятора относительно 2-ой степени подвижности:

Момент инерции нагрузки относительно 2-ой степени подвижности:

Момент инерции, приведенный к оси вращения двигателя 2-ой степени подвижности:

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

i₂ – коэффициент редукции установленного в корпус второго звена редуктора.

• Расчет углового ускорения, обеспечивающего заданную скорость перемещения

Расчет обособленного движения второго звена:

R₂ = L₃+L₂ = 0,36 м , (2.27)

Расчет среднего времени, за которое схват манипулятора преодолеет расстояние l_{2 окр} с заданной скоростью м/с:

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

Расчет углового ускорения, обеспечивающего заданную скорость перемещения:

Минимально допустимое значение пускового момента двигателя 2-ой степени подвижности, обеспечивающего максимально допустимое угловое ускорение 2-ого звена (с нагрузкой):

Минимально допустимое значение частоты вращения двигателя 2-ой степени подвижности в установившемся режиме работы:

Минимальное значение момента на валу двигателя 2-ой степени подвижности в установившемся режиме работы:

2.2.3 Выбор и обоснование двигателя

Так же, как и в пункте 3.1.3, выбор двигателя осуществляется на основании двух рассчитанных показателях:

1) выбранный двигатель должен обеспечить частоту вращения вала не 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 иметь частоту вращения вала не менее 2655 об/мин и значение пускового момента не менее 1,15 Н м.

Для выполнения данной задачи был выбран бесколлекторный двигатель постоянного тока Maxon Motor EC 60 flat 408057, внешний вид которого представлен на рисунок 3.5. Паспортные данные двигателя указаны в таблице 2.3.

Рисунок 2.5 - Внешний вид двигателя Maxon Motor EC 60 flat 408057

Таблица 2.3 - Паспортные данные двигателя Maxon Motor EC 60 flat 408057

Выходная мощность	P, Вт	100
Номинальное напряжение	VН, В	12
Частота вращения	n, об/мин	3170
Пусковой момент	MПуск, Н·м	1,85
Номинальный момент	MН, Н·м	0,279
Номинальный ток	IН, А	9,25
Пусковой ток	IПуск, А	93,5
Ток без нагрузки	I, А	0,671
Момент инерции ротора	JР, кг·м2	1,21·10-4
Температура эксплуатации	T, °C	от -40 до 100
Масса	m, кг	0,470
Размер	Ø, мм	60
Размер	Д, мм	38

Чтобы убедиться, что выбранный двигатель удовлетворяет сформулированным ранее требованиям, необходимо произвести расчеты пункта 2.2.2 с учетом момента инерции нагрузки относительно оси О₂ на основе паспортных данных двигателя:

где

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

2.2.4 Выбор и обоснование датчика

Так же, как и в пункте 2.2.4, был осуществлен выбор инкрементного датчика, внешний вид которого представлен на рисунке 3.6. Это энкодер Hohner Serie 10. Выбор производился по двум показателям: количество импульсов на оборот, чтобы обеспечить заданную точность, и диаметр вала, чтобы можно было закрепить датчик на валу выбранного ранее двигателя. Характеристики датчика указаны в таблице 3.4.

Рисунок 2.6 - Внешний вид энкодера Hohner Serie 10

Таблица 2.4 - Характеристики инкрементального энкодера Hohner Serie 10

Количество импульсов на оборот	1024
Диаметр вала	8 мм
Диаметр корпуса	58 мм
Напряжение питания	+11-24 В
Температура эксплуатации	-20°…+80 °C

Необходимо убедиться, удовлетворяет ли выбранный энкодер заданным требованиям точности:

где N – количество импульсов на оборот;

– соответствие угла поворота вала двигателя одной метке энкодера (˚).

где – половина необходимой точности позиционирования, требуемая для разгона/торможения второго звена робота (0,05);

R₂ – Расстояние от сочленения первого звена со вторым звеном до захватного устройства, или радиус траектории движения манипулятора по вертикали (мм);

Выбранный энкодер удовлетворяет требованиям технического задания и способен обеспечить необходимую точность позиционирования.

2.3 Первая степень подвижности

Электропривод 1-ой степени подвижности отвечает за вращение первого звена, называемого также "колонной", относительно поверхности, на которой установлен робот, и горизонтальное перемещение рабочего органа из одной точки рабочей зоны в другую.

2.3.1 Разработка кинематической схемы

Кинематическая схема 1-ой степени подвижности приведена на рисунке - 2.7

Рисунок 2.7 - Расчетная кинематическая схема 1-ой степени подвижности

Обозначения:

L₁ = 0,14 м – длина 1-ого звена;

m₁ = 6 кг – масса 1-ого звена;

m_Σ2 = 23,36 кг – суммарная масса 2-ого и 3-его звеньев со всеми двигателями, редукторами, балансиром и захватным устройством;

i₁ = 100 – коэффициент редукции.

2.3.2 Расчет кинематической схемы

• Расчет момента инерции, приведенного к оси вращения двигателя

Момент инерции элементов манипулятора относительно 1-ой степени подвижности:

где m_Σ2 – суммарная масса 2-ого и 3-его звеньев со всеми двигателями, редукторами, балансиром и захватным устройством (кг);

L₁ – длина 1-ого звена (м);

m₁ – масса 1-ого звена (кг).

Характеристики

Список файлов ВКР