Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Северный (арктический) федеральный университет

Кафедра робототехнических систем, машин и оборудования лесного комплекса

(наименование кафедра)

Третьяков Виктор Александрович

(фамилия, имя, отчество студента)

Институт ИЭиТ курс 4 группа 8

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине Проектирование роботов и робототехнических систем

На тему Проект промышленного робота для РТК

(наименование темы)

Руководитель проекта ____ _______________ ___Мохов А.В.___

(должность) (подпись) (фамилия, инициалы)

Проект допущен к защите ____________________________________________________________

(подпись руководителя) (дата)

Постановлением комиссии от « » 2010г.

признать, что проект

выполнен и защищен с оценкой

Члены комиссии

^{(должность) (подпись) (и., о., фамилия)}

Архангельск

2010

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ЛИСТ ДЛЯ ЗАМЕЧАНИЙ

РЕФЕРАТ

В первой части курсового проекта из нескольких вариантов произведен выбор наиболее удачной по условиям точности и быстродействия компоновки робота и согласно результатам выбран наиболее подходящий ПР, имеющий данную компоновку. Также приведены классификация и технические характеристики промышленных роботов, которые могут быть использованы для перемещения заготовок.

Во второй части пояснительной записки проведены патентные исследования.

В третьей части пояснительной записки приведено описание конструкции предлагаемого промышленного робота и произведен кинематический и энергетический расчет каретки, расчет передачи, расчет валов.

Курсовой проект состоит из пояснительной записки объемом 87 страниц и 3 чертежей формата А1

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ 2

ВВЕДЕНИЕ

Промышленные роботы находят всё более широкое применение, заменяя человека (или помогая ему) на участках с опасными, вредными для здоровья, тяжёлыми и монотонными условиями труда. Особенно важно то, что ПР можно применять для выполнения работ, которые не могут быть механизированы или автоматизированы традиционными средствами. Однако ПР – всего лишь одно из многих возможных средств автоматизации и упрощения производственных процессов. Они создают предпосылки для перехода к качественно новому уровню автоматизации – созданию автоматических производственных систем, работающих с минимальным участием человека.

Основное преимущество ПР – возможность быстрой переналадки для выполнения задач, различающихся последовательностью и характером манипуляционных действий, поэтому их применение наиболее эффективно в условиях частой смены объектов производства, а также для автоматизации ручного низко квалифицированного труда.

Основные предпосылки расширения применения ПР:

1) повышение качества продукции и объёмов её выпуска благодаря снижению времени выполнения операций и обеспечению постоянного режима «без усталости», росту коэффициента сменности работы оборудования, интенсификации существующих и стимулированию создания новых высокоскоростных процессов и оборудования;

2) изменение условий труда работающих путём улучшения условий безопасности, снижения потерь рабочего времени от производственного травматизма и профессионально – технических заболеваний;

3) экономия и высвобождение рабочей силы для решения народнохозяйственных задач.

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Описание работы роботизированного технологического комплекса

Проектируемый роботизированный технологический комплекс состоит из трех станков для изготовления листовых штампованных деталей, максимальная масса которых составляет 20,5 килограмм. Также имеются зона поступления заготовок и зона погрузки готовых деталей.

Рисунок 1 – Схема роботизированного технологического комплекса

Описание работы РТК: заготовки поступают в накопитель – О₄, затем последовательно проходят процесс обработки на станках – О₁, О₂, О₃ и после этого отправляются к месту погрузки готовых деталей – О₅. Данная последовательность технологического процесса обеспечивает постоянную загруженность робота, потому что одновременно в ходе его работы им обслуживаются три станка и точки погрузки и выгрузки.

Структуру РТК можно представить ориентированным графом, показанным на рисунке 2.

Рисунок 2 - Структура РТК

1.2 Выбор компоновки ПР по условиям точности и быстродействия

Необходимо выбрать компоновку промышленного робота по условию точности и быстродействия для обслуживания участка из трех станков и участков поступления заготовок и погрузки деталей. Наиболее оптимальным вариантом для решения данного задания будет выбор робота портального типа.

Компоновку робота определяют исходя из анализа следующих параметров: форма рабочей зоны, точность позиционирования, быстродействие, энергетические параметры, площадь, занимаемая ГПМ, удобство обслуживания оборудования, простота конструкции, соответствие траектории рабочего органа требованиям технологического процесса.

1)

2)

3)

Рисунок 3 - Компоновочные схемы ПР портального исполнения

1.2.1 Расчет для точности позиционирования промышленного робота компоновки 1)

Запишем координаты схвата:

(1.1)

Выражения для ошибок позиционирования запишем в приращениях обобщенных координат:

(1.2)

где - угловая погрешность положения,

- коэффициент запаса,

- число дискрет датчика положения,

- линейная погрешность положения,

h – высота крепления манипулятора, h = 2,5 м.

Координаты точки загрузки станка №1:

Из условий совпадения положения схвата робота с положением точки загрузки станка получим систему уравнений:

Решим данную систему:

,

м,

м.

Находим угловую и линейную погрешности позиционирования:

,

,

Подставляя найденные значения в полученные выражения для ошибок позиционирования, получим:

мм,

= 0мм,

= 0,24мм,

Модуль максимальной ошибки позиционирования:

∆ρ_i = , мм (1.3)

где - ошибки позиционирования;

Координаты точки загрузки станка №2 следующие:

,

,

.

Из условий совпадения положения схвата робота с положением точки загрузки станка получим систему уравнений, используя выражение (1.1):

Решая данную систему уравнений, находим значение обобщенных координат:

tgφ = -1,53 => ,

,

.

Находим угловую и линейную погрешности позиционирования



Подставляя найденные значения в полученные выражения для ошибок позиционирования, используя выражение (1.2), получим:

Найдем модуль максимальной ошибки позиционирования, используя формулу (1.3):

Координаты точки загрузки станка №3 следующие:

,

,

.

Из условий совпадения положения схвата робота с положением точки загрузки станка получим систему уравнений, используя выражение (1.1):

Решая данную систему уравнений, находим значение обобщенных координат:

tgφ = 1,66 => ,

,

.

Находим угловую и линейную погрешности позиционирования

,

,

.

Подставляя найденные значения в полученные выражения для ошибок позиционирования, получим:

Найдем модуль максимальной ошибки позиционирования, используя формулу (1.3):

Координаты точки подачи заготовок следующие:

,

,

.

Из условий совпадения положения схвата робота с положением точки подачи заготовок получим систему уравнений, используя выражение (1.1):

Решая данную систему уравнений, находим значение обобщенных координат:

,

Находим угловую и линейную погрешности позиционирования

,

,

Подставляя найденные значения в полученные выражения для ошибок позиционирования, получим:

.

Найдем модуль максимальной ошибки позиционирования, используя формулу (1.3):

.

Координаты точки приема готовых деталей следующие:

;

;

.

Из условий совпадения положения схвата робота с положением точки загрузки станка получим систему уравнений, используя выражение (1.1):

Решая данную систему уравнений, находим значение обобщенных координат:

,

,

.

Находим угловую и линейную погрешности позиционирования

,

,

∆S₂ = мм,

Подставляя найденные значения в полученные выражения для ошибок позиционирования, получим:

,

,

.

Найдем модуль максимальной ошибки позиционирования, используя формулу (1.3):

Средняя ошибка позиционирования при обслуживании участка роботом данной компоновки:

, мм (1.4)

где n – общее количество рассматриваемых модулей максимальной ошибки;

.

Найдем время перемещения схвата робота по координатам:

(1.5)

где S_i – суммарное линейное перемещение в цикле

_i – суммарное угловое перемещение

– линейная скорость

l_i – максимальное расстояние от оси вращения до схвата

- угловая скорость

Для расчета зададимся линейной и угловой скоростями перемещения, они будут одинаковы для всех трех рассматриваемых компоновок:

= 0,8 м/с

= 90 град/с

t = (16,7/0,8) + (100∙2/90) ≈ 23,1 c

Полное время t обслуживания участка c учетом вертикального перемещения схвата составит t ≈ 23,1+(11,4/0,8) = 37,35 c

1.2.2 Расчет для точности позиционирования промышленного робота

компоновки 2)

Запишем координаты схвата:

(1.6)

где S₁, S₂, S₃ – перемещение в соответствующих поступательных парах, м;

h – высота крепления манипулятора, h = 2,5 м.

Выражения для ошибок позиционирования запишем в приращениях обобщенных координат:

(1.7)

где ΔS₁, ΔS₂, ΔS₃, - линейная погрешность положения, мм,

Координаты точки загрузки станка №1:

Из условий совпадения положения схвата робота с положением точки загрузки станка получим систему уравнений, используя выражение (1.6):

Решим данную систему:

м,

м.

м.

Находим линейную погрешность позиционирования

,

,

.

Подставляя найденные значения в полученные выражения для ошибок позиционирования, используя выражение (1.7), получим

,

,

.

Модуль максимальной ошибки позиционирования, используя выражение (1.3):

мм

Координаты точки загрузки станка №2 следующие:

,

,

.

Из условий совпадения положения схвата робота с положением точки загрузки станка получим систему уравнений, используя выражение (1.6):

Решая данную систему уравнений, находим значение обобщенных координат:

,

,

.

Находим линейную погрешность позиционирования

,

,

.

Подставляя найденные значения в полученные выражения для ошибок позиционирования, используя выражение (1.7), получим:

,

,

.

Модуль максимальной ошибки позиционирования, используя выражение (1.3):

Координаты точки загрузки станка №3 следующие:

,

,

.

Из условий совпадения положения схвата робота с положением точки загрузки станка получим систему уравнений, используя выражение (1.6):

Решая данную систему уравнений, находим значение обобщенных координат:

,

,

.

Находим линейную погрешность позиционирования

,

.

.

Подставляя найденные значения в полученные выражения для ошибок позиционирования, используя выражение (1.7), получим:

,

;

.

Модуль максимальной ошибки позиционирования, используя выражение (1.3), равен:

.

Координаты точки подачи заготовок следующие:

,

,

.

Из условий совпадения положения схвата робота с положением точки подачи заготовок получим систему уравнений, используя выражение (1.6):

Решая данную систему уравнений, находим значение обобщенных координат:

,

,

.

Находим угловую и линейную погрешности позиционирования

,

,

.

Подставляя найденные значения в полученные выражения для ошибок позиционирования, используя выражение (1.7), получим:

,

,

.

Модуль максимальной ошибки позиционирования, используя выражение(1.3), равен:

.

Координаты точки приема готовых деталей следующие:

;

;

.

Из условий совпадения положения схвата робота с положением точки загрузки станка получим систему уравнений, используя выражение (1.6):

Решая данную систему уравнений, находим значение обобщенных координат:

,

,

,

Находим угловую и линейную погрешности позиционирования,

,

.

.

Подставляя найденные значения в полученные выражения для ошибок позиционирования, используя выражение (1.7), получим:

,

,

.

Модуль максимальной ошибки позиционирования, используя выражение (1.3):

.

Средняя ошибка позиционирования при обслуживании участка роботом данной компоновки, используя выражение (1.4):

.

Время перемещения схвата робота по координатам определяется по формуле (1.5): t = (20,7/0,8) = 25,9 c

Полное время t обслуживания участка t = 25,9 + (11,4/0,8) = 40,2 c

1.2.3 Расчет для точности позиционирования промышленного робота компоновки 3)

Запишем координаты схвата:

(1.8)

Выражения для ошибок позиционирования запишем в приращениях обобщенных координат:

(1.9)

Принимаем конструктивно значение величин a и b:

; .

Координаты точки загрузки на станке №1 следующие:

Из условий совпадения положения схвата робота с положением точки загрузки станка получим систему уравнений, используя выражение (1.8):

Решая данную систему уравнений, находим значение обобщенных координат:

,

,

.

Находим угловую и линейную погрешности позиционирования

,

,

.

Подставляя найденные значения в полученные выражения для ошибок позиционирования, используя выражение (1.9), получим:

Модуль максимальной ошибки позиционирования, используя выражение (1.3):

Координаты точки загрузки на станке №2 следующие:

,

,

.

Из условий совпадения положения схвата робота с положением точки загрузки станка получим систему уравнений, используя выражение (1.8):

Решая данную систему уравнений, находим значение обобщенных координат:

,

,

.

Находим угловую и линейную погрешности позиционирования

,

,

.

Подставляя найденные значения в полученные выражения для ошибок позиционирования, используя выражение (1.9), получим: