Пояснительная записка (1228669), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

g = 9,8 – сила притяжения.

Для расчёта усилий сжатия захвата, подставим значения в формулу 1.2

Для выбора двигателя необходимо посчитать момент нагрузки, воспользуемся формулой:

(1.3)

Подставим имеющиеся значения в формулу 1.3 посчитаем момент нагрузки:

2 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Предлагаемый список лабораторных работ:

Лабораторная работа №1 Изучение основных узлов манипулятора

Лабораторная работа№2 Изменение скорости движения звеньев манипулятора

Лабораторная работа №3 Изучение работы захватывающего устройства

Лабораторная работа №4 Изучение точности позиционирования манипулятора

2.1 Лабораторная работа №1 Изучение основных узлов манипулятора

Цель: Собрать схему подключения манипулятора к системе управления, экспериментально проверить работоспособность всех звеньев.

Приборы и оборудование: Учебный манипулятор, драйвер микрошагового управления, ArduionoUno, набор проводов, плата для сборки схем, программа управления №1.

Основные теоретические положения

Робот обычно состоит из следующих основных элементов: манипулятора, системы управления, чувствительных элементов, средств передвижения.

К манипулятору относиться электродвигатель приводящий в движение звенья робота и драйвер микрошагового управления для подачи ШИМ сигнала на двигатель. В данном манипуляторе установлены шаговые двигателя.

Шаговый электродвигатель – это синхронный бесщёточный электродвигатель с несколькими обмотками, в котором ток, подаваемый в одну из обмоток статора, вызывает дискретные угловые перемещения (шаги) ротора.

В шаговом двигателе вращающий момент создается магнитными потоками статора и ротора, которые соответствующим образом ориентированы друг относительно друга. Статор изготовлен из материала с высокой магнитной проницаемостью и имеет несколько полюсов. Полюс можно определить как некоторую область намагниченного тела, где магнитное поле сконцентрировано. Полюса имеют как статор, так и ротор. Для уменьшения потерь на вихревые токи, магнитопровода собраны из отдельных пластин, подобно сердечнику трансформатора. Вращающий момент пропорционален величине магнитного поля, которая пропорциональна току в обмотке и количеству витков. Таким образом, момент зависит от параметров обмоток. Если хотя бы одна обмотка шагового двигателя запитана, ротор принимает определенное положение. Он будет находиться в этом положении до тех пор, пока внешний приложенный момент не превысит некоторого значения, называемого моментом удержания. После этого ротор повернётся и будет стремиться принять одно из следующих положений равновесия[3].

Существуют три основных типа шаговых двигателей:

- двигатели с переменным магнитным сопротивлением;

-двигатели с постоянными магнитами;

- гибридные двигатели.

Для управления приводами робота в учебном стенде использованы специализированные микрошаговые драйвера. Драйвер представляет собой микромодуль в алюминиевом корпусе с интегрированным радиатором охлаждения.

По подачи тока в обмотки драйверы классифицируются:

- Драйверы постоянного напряжения. Эти драйвера подают постоянный уровень напряжения поочередно на обмотки, результирующий ток зависит от сопротивления обмотки, а на высоких скоростях – и от индуктивности. Эти драйвера крайне неэффективны , и могут быть использованы только на малых скоростях вращения ротора.

- Двухуровневые драйвера. В драйверах этого типа ток в обмотки сперва повышается до нужного уровня, затем источник напряжения отключается, и необходимая сила тока поддерживается источником малого напряжения. Такие драйвера снижают нагрев двигателей, но ограничены делением шага, драйвера работают только режиме полного или полушага.

- Драйвер с ШИМ. На текущий момент ШИМ - драйвер шаговых двигателей наиболее популярны, практически все. Эти драйвера подают на обмотку шагового мотора ШИМ – сигнал высокого уровня, которо еог раничевается током необходимого значения. Величины силы тока, по который происходит ограничение, задаётся DIRпереключателем, иногда величина программируется с помощью ПО. Эти драйвера обладают множеством дополнительных функций: поддерживают разное деление шага, а так же величину максимального тока. Помимо таких характеристик как питающее напряжения и максимальный выходной ток, драйверы отличаются по частоте ШИМ.

Система управлнеия

ArduinoUno контроллер построен на ATmega328. Платформа имеет 14 цифровых вход/выходов (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB, либо подать питание при помощи адаптера AC/DC или батареи.

Питание

ArduinoUno может получать питание через подключение USB или от внешнего источника питания.

Внешнее питание (не USB) может подаваться через преобразователь напряжения AC/DC (блок питания) или аккумуляторной батареей. Преобразователь напряжения подключается посредством разъема 2.1 мм с центральным положительным полюсом. Провода от батареи подключаются к выводам Gnd и Vin разъема питания.

Платформа может работать при внешнем питании от 6 В до 20 В. При напряжении питания ниже 7 В, вывод 5V может выдавать менее 5 В, при этом платформа может работать нестабильно. При использовании напряжения выше 12 В, регулятор напряжения может перегреться и повредить плату. Рекомендуемый диапазон от 7 В до 12 В.

Связь

На платформе ArduinoUno установлено несколько устройств для осуществления связи с компьютером, другими устройствами Arduino или микроконтроллерами. ATmega328 поддерживают последовательный интерфейс UART TTL (5 В), осуществляемый выводами 0 (RX) и 1 (TX).

Программирование

Платформа программируется посредством ПО Arduino.

Микроконтроллер ATmega328 поставляется с записанным загрузчиком, облегчающим запись новых программ без использования внешних программаторов. Связь осуществляется оригинальным протоколом STK500.

Токовая защита разъема USB

ВArduinoUnoвстроен автоматический выключатель, защищающий порт USB компьютера от токов короткого замыкания и сверхтоков. Автоматический выключатель срабатывает при прохождении тока более 500 мА через USB порт и размыкает цепь до тех пока ток не примет допустимые значения.

2.2Лабораторная работа №2Изменение скорости движения звеньев манипулятора.

Цель: Исследование режимов работы драйвера.

Приборы и оборудование: Учебный манипулятор, драйвер микрошагового управления, ArduionoUno, набор проводов, плата для сборки схем, программа управления №1.

Основные теоретические положения

Драйвер шагового двигателя получает на входе логические сигналы STEP/DIR, которые представлены высоким и низким уровнем опорного напряжения 5В. По значению этих сигналов изменяется ток в обмотках двигателя, принуждая тем самым проворачиваться вал двигателя в соответствующем направлении на заданный угол. Сигналы STEP/DIRгенерируется платой управления, на котором работает программа управления.

На корпусе драйвера располагаются микропереключатели (они обозначены на схеме буквами S1,S2,S3,T1,T2,T3,T4)и предназначены для управления током обмоток шагового двигателя и режимом деления шага. Для удобства проведения занятий, по исследованию режимов работы драйверов, все микропереключатели вынесены на корпус драйвера.

В таблице 2.1 приведены параметры, установки режимов работы тока драйвера, при различных положениях тумблеров. В таблице 2.2 приведены настройки параметров деления шага двигателя, при различных положениях тумблеров.

Таблица 2.1 – Установка величины тока

Таблица 2.2 –Настройка параметров деления шага ШД

Продолжение таблицы 2.2

2.3 Лабораторная работа №3 Изучение работы захватывающего устройства

Цель: Изучить принцип работы захвата, измерить усилия сжатия захвата.

Приборы и оборудование: Учебный манипулятор, драйвер микрошагового управления, ArduionoUno, набор проводов, плата для сборки схем, амперметр, динамометр, программа управления №2.

Основные теоретические положения

Рабочий орган манипулятора промышленного робота - устройство, осуществляющее непосредственное взаимодействие робота с внешней средой. Обычно представляет собой захватное устройство или рабочий инструмент. Рассмотрим универсальное двухпальцевое захватывающее устройство. Такое захватывающее устройство имеет два пальца одинаковой длины. Для расчёта угла захвата изобразим равнобедренный треугольник рисунок 2.3.

Рисунок 2.3 – Равнобедренный треугольник

где – длина пальца захвата, – сторона захватываемого объекта.

Тогда для расчёт угла α, воспользуемся теоремой косинусов:

,

2.4 Лабораторная работа №4 Изучение точности позиционирования манипулятора

Цель: Освоить решение обратной задачи кинематики робота действующего в угловой системе координат.

Приборы и оборудование: Учебный манипулятор, драйвер микрошагового управления, ArduionoUno, набор проводов, плата для сборки схем, амперметр, динамометр, программа управления №2.

Основные теоретические положения

Манипуляторы имеют, подобно рукам человека, много степеней подвижности. Следовательно, возможно очень большое число вариантов кинематических схем исполнительных рук роботов. Все степени подвижности манипулятора должны быть управляемы.

Погрешность позиционирования - отклонение фактического положения рабочего органа робота от заданного управляющей программой, является одной из важнейших технических характеристик роботов. Для робота точность позиционирования рабочего органа (схвата с заготовкой) определяет пригодность для установки детали в рабочую зонуВ нашей работе будем рассматривать робота действующего в угловой системе координат. Позиционирование такого робота в трёхмерном пространстве сводиться к решению обратной задачи кинематики. Обратная задача – это вычисление углов между звеньями манипулятора (α₁ и α₂) по заданному положению ( X, Y, Z ) рабочего органа идлины его звеньев. Кинематика робота лабораторного стенда ЛК-1У изображена на рисунок 2. 4

Рисунок 2.4 – Кинематическая схема ЛК-1У

Решение обратной задачи:

Дано: Найти: .

Решение:

Для расчёта углов между звеньями изобразим вид сбоку в виде треугольника рисунок 2.5

Характеристики

Список файлов ВКР