Файл: Проектирование манипулятора прструктуры пвв.rtf

Тема: Проектирование манипулятора ПРструктуры ПВВ.Номер задания: 17Исходные 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.
  

ВведениеЦелью 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 модулейМанипулятор состоит из следующих модулей:

1. 
   НО – неподвижное основание;
   
2. 
   П (Y) – модуль линейного движения;
   
3. 
   В (X) – модуль вращательного движения;
   
4. 
   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:m_н= K_c*K_n*m_гр,где K_c – коэффициент, учитывающий массу схвата, K_c =1,15;K_n – коэффициент, учитывающий тип привода, K_n= 1,1;m_гр – масса детали, кг.m_н= 1,15*1,1*57,4 = 72,6 кгПринимаем m_н = 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 θ 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 формулеОпределим матрицу Т, связывающую обобщенные координаты манипулятора с положением и ориентацией центра схвата манипулятора в абсолютной системе координат, по формулеТ = А₁*А₂*А₃*А₄,Определим координаты и ориентацию центра схвата в абсолютной системе координат по формулегде – 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 формулеОпределим по проекции саму скорость по формулегде = 0 м/с; = 0.5 м/с; = 0 м/с.Определение ускорения центра схвата в абсолютной системе координатОпределим 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 h_i (t). На каждом участке траектории для каждой присоединенной переменной используемые полиномы, выраженные в нормированном времени, имеют вид:

---