Проектирование манипулятора

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Техническое задание

Тема: Проектирование манипулятора ПРструктуры ПВВ.

Номер задания: 17

Исходные данные:

· Структура робота: НО — П (Y) — В (X) — В (Y).

· Тип Системы и модулей: РПМ 25;

· Значения обобщенных координат: q1 = 0.3 м; q2 = 120°; q3 = 180°;

· Макс. значения обобщенных координат: q1 = 1 мq2 = 200°; q3 = 360°;

· Значения обобщенных скоростей: = 0.5 м/с; = 180 м/с; = 180 °/с;

· Точность позиционирования, мм: 0.7.

· Размеры: а1 = 100 мм; а2 =250 мм; а3 = 140 мм; а4 = 200 мм;

· Материал: Медь.

Введение

Целью данной курсовой работы является проектирование промышленного робота агрегатно-модульной конструкции.

Агрегатно-модульный метод построения предполагает создание конструкции ПР на базе ограниченной группы нормализованных узлов, и имеет ряд преимуществ, которые можно свести к следующему:

· возможность получение специализированных машин, наиболее полно отвечающих требованиям решения конкретной технологической задачи и не обладающих избыточностью функций, и поэтому более дешевых по сравнению с универсальными ПР. При этом специализированные ПР выполняются не по индивидуальным проектам, а являются отдельными представителями предварительно разработанной гаммы;

· сокращение времени и трудоемкости проектирования специализированных ПР, так как агрегатное построение конструкции позволяет более полно использовать выполненные ранее разработки и расширять гамму изделий путем добавления новых узлов и их комбинаций на базе ранее разработанных узлов;

· увеличение надежности ПР за счет отработанности входящих в него узлов и наибольшего соответствия данной конструкции решаемой задаче;

· улучшение условий эксплуатации и повышение ремонтопригодности парка ПР за счет уменьшения числа вариантов конструкций узлов и деталей;

· удешевление производства за счет снижения номенклатуры деталей в производстве и увеличения серийности их выпуска;

· сокращение сроков подготовки обслуживающего персонала.

Одной из разновидностей агрегатного принципа построения ПР является модульный принцип. При этом обычно подразумевается создание ПР на базе функциональных модулей, имеющих все необходимые элементы, включая приводы, датчики обратной связи и т. п., необходимые для обеспечения модулем своего функционального назначения. При построении ПР модули соединяются между собой в требуемом порядке, а также производится подсоединение силовых и управляющих коммуникаций [1].

Модульный принцип построения ПР по сравнению с методом построения на базе более мелких нормализованных узлов имеет преимущество в части большего удобства при создании и перестройке ПР и сокращения числа узлов, входящих в конкретный ПР.

1. Обоснование конструктивно-компоновочной схемы манипулятора и его модулей

Манипулятор состоит из следующих модулей:

НО — неподвижное основание;

П (Y) — модуль линейного движения;

В (X) — модуль вращательного движения;

В (Y) — модуль вращательного движения;

Составляем структурную схему манипулятора, при этом учитываем ориентацию осей абсолютной системы координат и ориентацию звеньев манипулятора в пространстве.

Определим массу детали и грузоподъемность данного манипулятора.

Определяем номинальную грузоподъемность по формуле:

mн= Kc*Kn*mгр,

где Kc — коэффициент, учитывающий массу схвата, Kc =1,15;

Kn — коэффициент, учитывающий тип привода, Kn= 1,1;

mгр — масса детали, кг.

mн= 1,15*1,1*57,4 = 72,6 кг

Принимаем mн = 80 кг.

Данный манипулятор работает в сферической системе координат. В такой системе координат перемещение объекта манипулирования в точку пространства происходит в направлении радиуса-вектораr, и его угловых перемещений и и в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Для заданной детали, исходя из её веса и удерживающего усилия схвата, подбирается параллельный захват MHL2−16D2 длинный ход [2].

2. Кинематический расчет манипулятора

Выбираем специальные системы координат звеньев, структурная схема манипулятора с выбранными специальными системами координат согласно правилам Денавита-Хартенберга.

Определим параметры звеньев и кинематических пар, результаты занесем в таблицу 1.

Таблица 1 - Параметры звеньев и кинематических пар

Номер звена

Кинематическая пара

Тип пары

Параметры

i

ai

si

i

1

0,1

П

0

0

0

90°

2

1,2

В

-90

0

-q1

90

3

2,3

В

q2

0

0

-90°

4

схват

q3

0

0

0

q2 = 200°=3,491 рад;

q3 = 360°=6. 283 рад;

По данным таблицы 1 составляем расширенные матрицы перехода для манипулятора по формуле

Определим матрицу Т, связывающую обобщенные координаты манипулятора с положением и ориентацией центра схвата манипулятора в абсолютной системе координат, по формуле

Т = А1234,

Определим координаты и ориентацию центра схвата в абсолютной системе координат по формуле

где — координаты центра схвата в системе координат последнего звена манипулятора,

Найдем скорость центра схвата в абсолютной системе координат по формуле:

где — обобщенные скорости,

Найдем производную от матрицы Т по формуле

Определим по проекции саму скорость по формуле

где = 0 м/с;

= 0.5 м/с;

= 0 м/с.

Определение ускорения центра схвата в абсолютной системе координат

Определим ускорения для каждой обобщенной координаты. При этом предполагается, что звено движется по трапецеидальному закону изменения скорости.

Приближенно время движения звена определяется как отношение величины максимального перемещения звена к максимальной скорости перемещения. Тогдаускорениезвенаможноопределитькакотношениемаксимальнойскоростизвенаковремениразгоназвена до этойскорости [4].

Найдем обобщенные ускорения по формуле.

Найдем ускорение центра схвата в абсолютной системе координат по формуле

;; ;;;

;;

Определим полное ускорение схвата по формуле

где = 0 м/с2;

= 0. 75 м/с2;

= 0 м/с2.

3. Планирование траектории

В соответствии с заданием, рассчитаем 4−3-4 траекторию движения первого звена. При таком виде траектории она разбивается на три участка. Первый участок, задающий движение между начальной точкой и точкой ухода, описывается полиномом четвертой степени. Второй (средний) участок траектории между точкой ухода и точкой подхода описывается полиномом третьей степени. Последний участок траектории между точкой подхода и конечной точкой описывается полиномом четвертой степени. Таким образом, траектория j-той присоединенной переменной задается в виде последовательности полиномов hi (t). На каждом участке траектории для каждой присоединенной переменной используемые полиномы, выраженные в нормированном времени, имеют вид:

первый участок;

второй участок;

третий участок;

В связи с тем, что для каждого участка траектории требуется определить Nтраекторий присоединенных переменных, то в этом случае удобно воспользоваться нормированным временем t [0, 1]. Это позволяет достичь единообразия уравнений, описывающих изменений каждой из присоединенных переменных на каждом участке траектории. При этом нормированное время будет изменяться от t = 0 (начальный момент для каждого из участков траектории) доt = 1 (конечный момент для каждого из участков траектории) [3].

Каждая система полиномов должна удовлетворять определенным граничным условиями:

1. Начальное положение;

2. Значение начальной скорости (обычно нулевое);

3. Значение начального ускорения (обычно нулевое);

4. Положение в точке ухода;

5. Непрерывность по положению в момент;

6. Непрерывность по скорости в момент;

7. Непрерывность по ускорению в момент;

8. Положение в точке;

9. Непрерывность по положению в момент;

10. Непрерывность по скорости в момент;

11. Непрерывность по ускорению в момент;

12. Конечное положение;

13. Значение конечной скорости (обычно нулевое);

14. Значение конечного ускорения (обычно нулевое).

Для расчета траектории берем второе звено с обобщенной координатой q2 = 120°.

Максимальное значение обобщенной координаты: q1max = 200°.

Находим значения присоединенных координат, исходя из условия, что: время прохождения 1-го участка траектории равно времени прохождения последнего участка траектории, и составляет 25% времени перемещения звена от начальной до конечной точки перемещения. Время прохождения 2-го участка в 2 раза больше времени прохождения 1-го участка.

;

;

;

Используя пакет программ Matlab, рассчитаем траекторию и построим для каждого участка траектории графики.

Рассчитываем первый участок траектории.

где

Тогда

Зная законы изменения положения, скорости и ускорения на первом участке, найдем поочередно значения функций на интервалеt [0, 1] с шагом 0,1, и запишем данные в таблицу 2. Графики Пути, скорости и ускорения представлены на рисунках 6, 7 и 8 соответственно.

Таблица 2 - Значения функций положения, скорости и ускорения на первом участке

t

0. 1

0. 2

0. 3

0. 4

0. 5

0. 6

0. 7

0. 8

0. 9

1

12. 05

12. 38

13. 23

14. 78

17. 08

20. 21

24. 04

28. 54

33. 72

39

1. 467

5. 679

11. 74

18. 83

27. 09

35. 06

42. 25

48. 45

52. 53

54

28. 94

54. 78

67. 93

77. 59

81

77. 59

67. 93

54. 78

28. 94

0

Рассчитываем второй участок траектории.

Графики Пути, скорости и ускорения представлены на рисунках 9, 10 и 11 соответственно.

Таблица 3 - Значения функций положения, скорости и ускорения на втором участке

t

0. 1

0. 2

0. 3

0. 4

0. 5

0. 6

0. 7

0. 8

0. 9

1

44. 39

49. 79

55. 18

60. 57

66. 06

71. 46

76. 8

82. 19

87. 59

93

54

0

Рассчитываем третий участок траектории.

Графики Пути, скорости и ускорения представлены на рисунках 12, 13 и 14 соответственно.

Таблица 4 - Значения функций положения, скорости и ускорения на третьем участке

t

0. 1

0. 2

0. 3

0. 4

0. 5

0. 6

0. 7

0. 8

0. 9

1

98. 31

103. 4

108

111. 8

115

117. 3

118. 8

119. 6

119. 9

120

52. 2

48. 28

42. 25

34. 96

27. 02

18. 84

11. 75

5. 644

1. 448

0

-29. 27

-52. 1

-68. 06

-77. 7

-81

-77. 7

-68. 06

-52. 1

-29. 27

0

4. Динамический расчет манипулятора

Кинетостатический анализ основан на принципе Даламбера и заключается в определении усилий, развиваемых приводами робота, для реализации заданного движения манипулятора, а также для определения сил инерции в кинематических парах, возникающих при выполнении этого движения.

Рассчитанные усилия, развиваемые приводом, используются для абсолютного выбора двигателей привода. Силы и моменты сил инерции звеньев необходимы для расчетов манипулятора на прочность и жесткость.

Размыкаем кинематическую цепь манипулятора в третьей кинематической паре, представим это на рисунке 16, и составляем уравнения равновесия сил и моментов.

Дифференциальное уравнение крутящего момента:

Определим ускорение центра масс звена:

5. Определение точности и повторяемости позиционирования манипулятора

Положение центра схвата при максимальных обобщенных координатах:

Фактическое положение центра схвата в i — том рабочем цикле имеет координаты:/ Занесем их значения в таблицу для 30 циклов.

Таблица 5 - Фактические положения центра схвата

цикла

, мм

, мм

, мм

1

0. 5703

1000. 4942

0. 5259

2

0. 6341

1000. 0222

0. 1786

3

0. 0889

1000. 1938

0. 3542

4

0. 6394

1000. 0323

0. 4894

5

0. 4427

1000. 0679

0. 6236

6

0. 0689

1000. 5764

0. 6715

7

0. 1949

1000. 4863

0. 3831

8

0. 3828

1000. 2219

0. 097

9

0. 6703

1000. 6651

0. 1045

10

0. 6754

1000. 0241

0. 1803

11

0. 1103

1000. 3071

0. 5885

12

0. 6794

1000. 2670

0. 1780

13

0. 67

1000. 5358

0. 5700

14

0. 3398

1000. 5566

0. 1705

15

0. 5602

1000. 1308

0. 6505

16

0. 0993

1000. 3428

0. 2450

17

0. 2952

1000. 3119

0. 1376

18

0. 6410

1000. 0452

0. 1758

19

0. 5545

1000. 4965

0. 4312

20

0. 6716

1000. 5282

0. 3313

21

0. 4590

1000. 1932

0. 2462

22

0. 0250

1000. 4757

0. 5816

23

0. 5944

1000. 4585

0. 4097

24

0. 6538

1000. 1138

0. 3848

25

0. 4751

1000. 0832

0. 6420

26

0. 5304

1000. 3488

0. 2001

27

0. 5202

1000. 6718

0. 5300

28

0. 2746

1000. 2382

0. 5276

29

0. 4588

1000. 4096

0. 2663

30

0. 1198

1000. 1566

0. 3975

Найдемсреднееарифметическое положение схвата. Оно определяется по формулам:

, ,

где N=30 — заданное тестовое количество рабочих циклов.

Точность позиционирования АР меньше заданной погрешности в 0,7 мм.

Таблица 6 - Погрешность позиционирования в i-том цикле

цикла

, мм

№ цикла

, мм

1

0. 9191

16

0. 4329

2

0. 6591

17

0. 4510

3

0. 4134

18

0. 8040

4

0. 8058

19

0. 8603

5

0. 7678

20

0. 9165

6

0. 8876

21

0. 5555

7

0. 6491

22

0. 7518

8

0. 4530

23

0. 8552

9

0. 9500

24

0. 7671

10

0. 6995

25

0. 8030

11

0. 6729

26

0. 6656

12

0. 7514

27

1. 0014

13

1. 03

28

0. 6407

14

0. 6741

29

0. 6703

15

0. 8684

30

0. 4437

Повторяемость позиционирования, которая подчиняется нормальному закону распределения случайных величин, определяется:

Заключение

манипулятор траектория модуль компоновочный

Входе выполнения данного курсовой работе спроектирован манипулятор с тремя заданными степенями подвижности. Для этого был подобран соответствующий захват, проведен кинематический расчет с определением скорости и ускорения схвата. Выполнен расчет траектории по типу 4−3-4 для одной из степени подвижности. Построены аналитические и графические зависимости положения, скорости и ускорения от времени для движения звена. Также был произведен кинетостатический анализ одного из звеньев манипулятора с целью определения сил и моментов на это звено, проанализирована работа захвата с точки зрения точности позиционирования. Полученные результаты не выходят за пределы установленных.

Список использованных источников

1. Промышленные роботы агрегатно-модульного типа/ Е. И. Воробьев, Ю. Г. Козырев и др. — М.: Машиностроение, 1988.

2. Каталог параллельных захватов широкого раскрытия типа MHL2.

3. Фу. К., Гонсалес Р., Ли К. Робототехника / Фу. К., Гонсалес Р., Ли К. — М.: Мир, 1989.

4. Механика промышленных роботов: учебное пособие для втузов: в 3 кн./ под ред. Фролова К. В., Воробьева Е.И.М.: Высшая школа, 1989.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой