Кузнецов636311934891243538 (1189858), страница 3
Текст из файла (страница 3)
8Рис. 1.1. Промышленный робот РМ-0111Рис. 1.2. Степени подвижности манипулятора РМ-01Описание степеней подвижности РМ-01.1- ая степень подвижности – колоннаДвигатель 1-ой степени подвижности установлен в 26 кожухе вненижней части колонны.2- 8 ая степень подвижности – плечоСледящий двигатель и зубчатые передачи установлены в заднейчасти звена между плечом и локтем.3-я 26 степень подвижности – локотьДвигатель 3-ей степени подвижности размещен рядом с двигателем2-ой степени подвижности между плечом и локтем.4- 26 ая, 5-ая и 6-ая степени подвижности – кистьДвигатели размещены в предплечье у локтя. 26124- 26 ая степень подвижности – вращение кисти. 5-ая степеньподвижности – качание кисти.
6-ая степень подвижности – вращениефланца кисти.СхватСтандартный схват снабжен пневмоцилиндром двoйного действия,осуществляющим сжатие и 26 разжатие губoк схвата [10].Краткие характеристики робота РМ-01 указаны в таблице 1.1.Таблица 1.1Краткие характеристики робота РМ-01Количество степеней подвижности 6Грузоподъемность 2,5 кгРабочая зона 0,92 мТочность ± 0,1 ммМасса 53 кгВарианты монтажа Напольный, подвесной1.1.2 Промышленный робот KUKA KR 6-2Промышленный робот KUKA KR 6-2 – отличный образецкомпактного и эффективного робота, предназначенного для широкого кругазадач.
Внешний вид манипулятора показан на рис. 1.3. Робот имеет 6степеней подвижности, которые отображены на рис. 1.4.Технологии сварки, упаковки, паллетирования, работы совместно состанками – области применения данной модели робота [11].Краткие характеристики робота KUKA KR 6-2 указаны в таблице 1.2.13Рис.
1.3. Промышленный робот KUKA KR 6-2Рис. 1.4. Степени подвижности робота KUKA KR 6-214Таблица 1.2Краткие характеристики робота KUKA KR 6-2:Количество степеней подвижности 6Грузоподъемность 6 кгРабочая зона 1,611 мТочность ± 0,1 ммМасса 235 кгВарианты монтажа Различные1.1.3 Робот " 77 Электроника НЦТМ-30"Робот "Электроника НЦТМ-30" относится к роботам с многозвеннойрукой и предназначен для выполнения различных сборочных операций сдеталями и узлами массой не более 1 кг.
77 Общая масса манипулятора – 35кг [12].Краткие характеристики робота "Электроника НЦТМ-30"представлены в таблице 1.3. Внешний вид робота представлен на рис. 1.5.Таблица 1.3Краткие характеристики робота "Электроника НЦТМ-30"Количество степеней подвижности 7Грузоподъемность ≤ 1 кгТочность ± 0,05 ммМасса 35 кг15Рис. 1.5. Общий вид робота "Электроника НЦТМ-30"1.2 ЭлектроприводЭлектрический привод – это электромеханическая система дляприведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин иуправления этим движением.
57Современный электропривод — это совокупность множестваэлектромашин, аппаратов и систем управления ими. Он является основнымпотребителем электрической энергии и главным источником механическойэнергии в промышленности. 5716 57Отличительной особенностью приводов роботов является наличиеуправления. Это означает, что система управления должна обеспечивать навыходе задаваемый параметр: момент, скорость, положение, ускорение.В данной выпускной работе основным исполнительным элементомэлектропривода является электродвигатель, который, по требованиютехнического задания, должен обеспечивать скорость перемещения звенаманипулятора 1 м/с.Современной промышленностью выпускаются электродвигателиразличных типов: шаговые, постоянного тока (коллекторные ивентильные), переменного тока (асинхронные и синхронные) и пр.
Длярешения задач контролируемого движения в современных прецизионныхсистемах все чаще применяются 46 бесколлекторные двигатели. Такаятенденция обусловлена преимуществами вентильных двигателей и бурнымразвитием вычислительных возможностей микроэлектроники. Какизвестно, вентильные (в 46 том числе работающие в режиме синхронных)двигатели обеспечивают наиболее высокие 46 удельную мощность иэнергетическую эффективность по сравнению с любым другим типомдвигателя. Современный вентильный привод объединяет электрическую,механическую и электронную подсистемы в единое цельное мехатронноеустройство. В рамках такого подхода удается значительно сократитьгабариты, избавиться от лишних преобразователей и промежуточныхэлементов, а значит повысить надежность всего привода в целом.
46Исходя из вышеописанного, для выполнения даннойквалификационной работы целесообразно совершить выборэлектродвигателя в пользу вентильных двигателей постоянного тока.1.3 Датчик положения17Датчик положения (иначе датчик угла поворота, или " энкодер") – этоэлектромеханическое устройство, с помощью которого можно определитьположение вращающейся оси (вала). В данном устройстве механическоедвижение преобразовывается в электрические сигналы, определяющиеположение объекта, дают информацию об угле поворота вала, егоположении и направлении вращения. 53Энкодеры имеют широкую сферу применения в 21 металлообработке,лифтовой технике, в 53 испытательных стендах, а также в роботах и прочихмашинах, требующих точной регистрации показателей движения частей. 53Выделяют следующие типы энкодеров: инкрементальные(инкрементные) и абсолютные.Инкрементальный энкодерИнкрементальный энкодер – это устройство, которое определяет уголповорота вращающегося объекта, выдавая импульсный цифровой код.Используется для определения скорости вращения вала (оси), когда нетнужды сохранять абсолютное угловое положение при выключениипитания.
То есть, если вал неподвижен, передача импульсов прекращается.Другими словами, если включить энкодер этого типа, то отсчет поворотаугла начнется с нуля, а не с угла, на который он был выставлен до моментавыключения. Оси объекта и энкодера соединяются между собой спомощью специальной гибкой переходной муфты или жесткой втулки,либо энкодер может помещаться собственно на сам вал. Основнымпреимуществом инкрементальных энкодеров является их простота,надежность и относительно низкая стоимость.Абсолютный энкодерАбсолютный энкодер выдает цифровой код, различный для каждогоположения объекта, позволяет определять угол поворота оси даже в случае 718исчезновения и восстановления питания и не требует возвращения объектав начальное положение, что является несомненным преимуществом этоготипа энкодеров. Так как угол поворота всегда известен, то счетчикимпульсов в этом случае не нужен.
7 Абсолютный энкодер используется ввысокоточных системах: робототехника, станки с числовым программнымуправлением и др. [7]. 7Современной промышленностью широко применимы энкодеры такихфирм, как Renishaw (Англия), Hohner (Испания), СКБ ИС (Россия) и пр.1.4 Объект разработкиВ настоящей ВКР в соответствии с заданием осуществляетсяразработка адаптивного электропривода робота-манипулятора, прототипомкоторого стал робот "Электроника НЦТМ-30". В разрабатываемом роботерассматриваются три степени подвижности:1) колонна, диапазон перемещения звеньев – 320 ;2) плечо, диапазон перемещения звеньев – 260 ;3) локоть, диапазон перемещения звеньев – 360 ;При выполнении работы необходимо выполнить следующиетребования: полезная нагрузка (максимальная) – 5 кг. Точностьпозиционирования – 0,1 мм.
Максимальная линейная скорость рабочегооргана (по горизонтали и по вертикали) – 1 м/с. Время разгона/торможениярабочего органа не должно превышать 5% от времени отработки полногохода по соответствующей степени подвижности.191.5 Разработка функциональной схемы электроприводаНа рис. 2.1 представлена функциональная схема разрабатываемогоэлектропривода. Она устроена следующим образом: от устройствауправления регулятор получает задающее воздействие. В результате этоговоздействия, на выходе регулятора по определенному законувырабатывается управляющее воздействие, поступающее в двигатель.Двигатель превращает это воздействие (электрическую энергию) вмеханическую энергию, происходит вращение вала двигателя. Валдвигателя соединен одновременно с датчиком положения, которыйопределяет угол поворота вала двигателя и подает сигнал на регулятор, иредуктором, который, непосредственно, с определенным коэффициентомредукции приводит в движение исполнительный орган.Рис.
1.6. Функциональная схема электропривода202 РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ РОБОТАМАНИПУЛЯТОРА, ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫЭЛЕКТРОПРИВОДАРазработка адаптивного электропривода ведется для роботаманипулятора, который должен выполнять действия, призванные заменитьтруд человека, например функции сборочного робота. Ясно, что при этомробот будет испытывать не только статические нагрузки, обусловленныевесом собственных деталей, но и динамические, возникающие в процессеизменения положения звеньев манипулятора относительно друг друга.Чтобы учесть это при разработке электропривода, необходимо построить ипроизвести расчеты кинематических схем робота для каждой степениподвижности.Допущения:масса захватного устройства сосредоточена в крайней передней точке3-го звена;массы двигателей, датчиков и редукторов 2-ой и 3-ей степенейподвижности сосредоточены на осях вращения соответствующихдвигателей в серединах их осевых длин; 65для всех степеней подвижности используются редукторы, имеющиекоэффициент редукции i = 100;в расчетах можно пренебречь моментами инерции редукторов 1-ой,2-ой и 3-ей степеней подвижности, а также создаваемыми имистатическими моментами трения; 65люфт редукторов отсутствует.2.1 Третья степень подвижности21Электропривод 3-ей степени подвижности отвечает за вращение 3-егозвена, называемого локтем, относительно второго звена, и вертикальноеперемещение рабочего органа из одной точки рабочей зоны в другую.2.1.1 Разработка кинематической схемыРазработка ведется в самом тяжелом для двигателя режиме (звеноманипулятора находится в горизонтальном положении) с максимальной (потребованию технического задания) нагрузкой.Расчетная кинематическая схема 3-ей степени подвижностиприведена на рис.
2.1.Рис. 2.1. Расчетная кинематическая схема 3-ей степени подвижностиОбозначения:L3 = 0,22 м – длина 3-его звена;L31 = 0,15 м – длина 3-его звена от сочленения со 2-ым звеном дозахватного устройства;L32 = 0,07 м – длина 3-его звена от конца до сочленения со 2-ымзвеном;m3 = 4,3 кг – масса 3-его звена;m31 = 3 кг – масса части L31;22m32 = 1,3 кг – масса части L32;m4 = 1 кг – масса захватного устройства;mН = 5 кг – масса нагрузки;i1 = 100 – коэффициент редукции установленного в корпус третьегозвена редуктора.2.1.2 Расчет кинематической схемыРасчет кинематической схемы необходим для того, чтобы вдальнейшем, на основе полученных значений рассчитываемых формул,осуществить выбор двигателя. В конечном счете, для выполнения этойзадачи необходимо получить следующие расчетные показатели:минимальное допустимое значение пускового момента двигателя,минимальное допустимое значение частоты вращения двигателя присоответствующем значении момента на валу двигателя в установившемсярежиме работы.Расчет момента инерции, приведенного к оси вращения двигателяМомент инерции элементов манипулятора относительно 3-ей степениподвижности:где m4 – масса захватного устройства (кг);L31 – длина 3-его звена от сочленения со 2-ым звеном до захватногоустройства (м);m3 – масса 3-его звена (кг);L3 – длина 3-его звена (м).Момент инерции нагрузки относительно 3-ей степени подвижности:, (1.2)где mН – масса нагрузки (кг).23Момент инерции, приведенный к оси вращения двигателя 3-ейстепени подвижности:где – момент инерции двигателя третьей степени подвижности (кг*м2);i3 – коэффициент редукции установленного в корпус третьего звенаредуктора.Расчет углового ускорения, обеспечивающего заданную скоростьперемещенияРасчет обособленного движения третьего звена:R3 = L31 = 0,15 м, (1.4)Расчет среднего времени, за которое схват манипулятора преодолеетрасстояние l3 окр с заданной скоростью м/с:(1.6)Расчет ускорения, требуемого для достижения скорости м/с за время:Расчет углового ускорения, обеспечивающего заданную скоростьперемещения:Минимально допустимое значение пускового момента двигателя 3-йстепени подвижности, обеспечивающего максимально допустимое угловоеускорение 3-его звена (с нагрузкой):24где g – ускорение свободного падения (9,8 м/с2).Минимально допустимое значение частоты вращения двигателя 3-йстепени подвижности в установившемся режиме работы:где π – число Пи (3,14).Минимальное значение момента на валу двигателя 3-й степениподвижности в установившемся режиме работы:2.1.3 Выбор и обоснование двигателяВыбор двигателя должен быть осуществлен, руководствуясь двумяважными пунктами:1) выбранный двигатель должен обеспечить частоту вращения валане 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 должениметь частоту вращения вала не менее 6370 об/мин и значение пусковогомомента не менее 1 Н м.Для выполнения данной задачи был выбран бесколлекторныйдвигатель постоянного тока Maxon Motor EC 45 flat 402686, внешний видкоторого представлен на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
