Разработка компоновки РТК

Оглавление

Разработка компоновки РТК

Разработка технических требований и определение основных параметров робота

Кинематическое исследование манипулятора

Определение погрешности позиционирования точки D захвата

Динамический расчет исполнительных механизмов манипуляторов

Выбор параметров привода выдвижения штанги руки манипулятора

Расчет механического схвата

Список использованной литературы

Приложения

Разработка компоновки РТК

Автоматизации подлежит обработка детали типа «Пластина».

В качестве основного оборудования выбираем пресс.

В качестве вспомогательного оборудования выбираем магазины с заготовками и готовыми деталями.

Для обслуживания пресса выбираем робота напольной конфигурации, что определяет радиальное расположение оборудования.

Структура РТК: 1 – магазин с заготовками; 2 – магазин с деталями; 3 – напольный робот; 4 – пресс.

Рассмотрим рабочий объем пресса.

Рабочий объем оборудования

Для данного расположения основного и вспомогательного оборудования и для данного рабочего объема станка выбираем робота, работающего в цилиндрической системе координат, состоящего из модуля поворота, подъема и модуля выдвижения штанги руки.

Промышленный робот с ЧПУ М20П.40.01 предназначен для автоматизации установки — снятия заготовок и деталей, смены инструментов и других вспомогательных операций при обслуживании станков с ЧПУ. Устройство данного типа может обслуживать один или два станка и образовывать вместе с накопительными и транспортными устройствами гибкий производственный обрабатывающий комплекс, предназначенный для продолжительной работы без участия оператора.

Промышленный робот состоит из манипулятора 1, сменных схватов 2 и устройства ЧПУ, выполненного в виде автономной стойки 3. Манипулятор ПР включает в себя следующие сборочные единицы, некоторые из которых могут быть различного исполнения: механизм поворота 4; механизм подъема и опускания 5; механизм выдвижения руки 6; балансир 7; блок подготовки воздуха.

Устройство ЧПУ позиционного типа обеспечивает управление перемещениями руки в цилиндрической системе координат, цикловое управление движениями кисти и зажимом-разжимом схвата, а также подачу команд пуска циклов работы станков, другого технологического оборудования и приема ответных команд после выполнения этих циклов. Возможны три режима работы ПР:

1) «обучение» — возврат в нулевую точку, ручное управление и шаговое перемещение по каждой оси координат, ввод в память заданных значений координат, скорости перемещений, количества обрабатываемых деталей (циклов) и др.;

2) «автомат» — автоматическое управление по заданной программе;

3) «редактирование» — подготовка и корректирование данных управления роботом.

Типовой рабочий цикл ПР при смене заготовки на токарном станке с ЧПУ включает в себя следующие этапы: подвод руки ПР к патрону станка — захват обработанной детали — отвод руки в исходную точку — подвод руки к тактовому столу — опускание детали — захват очередной заготовки — подвод заготовки к патрону станка — освобождение заготовки после зажима ее в патроне — отвод руки в исходную точку — начало цикла обработки на станке.

Наибольшее количество одновременно управляемых координатных перемещений может быть:

1 — в режиме позиционирования (электродвигатели поворота, подъема-опускания или выдвижения руки);

2— в режиме циклового управления (пневмодвигатели блока поворота кисти руки и схвата).

Перемещения по степеням подвижности:

<Object: word/embeddings/oleObject1.bin> - обобщенная координата поворота;

<Object: word/embeddings/oleObject2.bin> мм. - обобщенная координата подъема;

<Object: word/embeddings/oleObject3.bin> мм. - обобщенная координата выдвижения.

манипулятор пластина штанга механический схват

Разработка технических требований и определение основных параметров робота

<Object: word/embeddings/oleObject4.bin> кг.

<Object: word/embeddings/oleObject5.bin> - коэффициент, учитывающий массу схвата [1.т3 (стр59)];

<Object: word/embeddings/oleObject6.bin>- коэффициент, учитывающий тип привода (для пневмопривода – 1,3).

Округляем <Object: word/embeddings/oleObject7.bin> до значения из стандартного ряда, <Object: word/embeddings/oleObject8.bin> кг.

<Object: word/embeddings/oleObject9.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject10.bin> мм.; <Object: word/embeddings/oleObject11.bin> мм.

<Object: word/embeddings/oleObject12.bin> <Object: word/embeddings/oleObject13.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject14.bin> м/c

<Object: word/embeddings/oleObject15.bin> м/c

<Object: word/embeddings/oleObject16.bin> <Object: word/embeddings/oleObject17.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject18.bin> м/c

<Object: word/embeddings/oleObject19.bin> м/c

<Object: word/embeddings/oleObject20.bin> <Object: word/embeddings/oleObject21.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject22.bin> <Object: word/embeddings/oleObject23.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject24.bin> <Object: word/embeddings/oleObject25.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject26.bin> мм

3 звена, две кинематические пары поступательные, одна – вращательная.

<Object: word/embeddings/oleObject27.bin> <Object: word/embeddings/oleObject28.bin>

Кинематическое исследование манипулятора

Схема манипулятора с одной вращательной парой и двумя поступательными парами.

S – неподвижная или инерциальная система координат;

<Object: word/embeddings/oleObject30.bin> – системы координат, жестко связанные с 1, 2 и 3 звеном.

<Object: word/embeddings/oleObject31.bin> мм.

<Object: word/embeddings/oleObject32.bin> мм.

<Object: word/embeddings/oleObject33.bin> – обобщенные координаты.

<Object: word/embeddings/oleObject34.bin> с.

<Object: word/embeddings/oleObject35.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject36.bin> мм.; <Object: word/embeddings/oleObject37.bin> мм.

Найдем координаты точки D схвата в неподвижной системе координат S при заданных обобщенных координатах <Object: word/embeddings/oleObject38.bin>, т.е. решим прямую задачу кинематики. Составим матрицы преобразования систем координат в кинематических парах:

<Object: word/embeddings/oleObject39.bin> - поворот вокруг оси ОZ;

<Object: word/embeddings/oleObject40.bin> - подъем вдоль оси ОZ;

<Object: word/embeddings/oleObject41.bin> - выдвижение вдоль оси ОY;

Составляем матричное уравнение последовательности перехода:

<Object: word/embeddings/oleObject42.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject43.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject44.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject45.bin>

Матричное уравнение произвольной точки захвата:

<Object: word/embeddings/oleObject46.bin>

В координатной форме уравнение имеет вид:

Найдем координаты точки D захвата при <Object: word/embeddings/oleObject47.bin>.

Найдем перемещения, скорости и ускорения точки D схвата, как функции от времени. Для этого нужно задать законы изменения обобщенных координат по времени и подставить их вместо <Object: word/embeddings/oleObject48.bin> и <Object: word/embeddings/oleObject49.bin>.

Предположим, что в некоторый начальный момент времени все звенья манипулятора одновременно приходят в движение. Зададим синусоидальные законы движения для всех приводов звеньев манипулятора:

<Object: word/embeddings/oleObject50.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject51.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject52.bin>,

<Object: word/embeddings/oleObject53.bin> с. - время позиционирования, т.е. полного движения звена при выполнении определенной операции (для всех звеньев примем одинаковым).

<Object: word/embeddings/oleObject54.bin> - величина углового или линейного перемещения звена за время выполнения операции.

Подставим вместо <Object: word/embeddings/oleObject55.bin> и <Object: word/embeddings/oleObject56.bin> в уравнение (*) законы изменения обобщенных координат<Object: word/embeddings/oleObject57.bin> и <Object: word/embeddings/oleObject58.bin> найдем координаты точки D захвата в любой момент времени, т.е. найдем траекторию движения точки D захвата.

<Object: word/embeddings/oleObject59.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject60.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject61.bin>,

Продифференцировав это уравнение по времени, найдем проекции скоростей точки D захвата на оси координат, а продифференцировав дважды – проекции ускорений.

<Object: word/embeddings/oleObject62.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject63.bin>,

<Object: word/embeddings/oleObject64.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject65.bin>,

<Object: word/embeddings/oleObject66.bin>,

<Object: word/embeddings/oleObject67.bin>,

<Object: word/embeddings/oleObject68.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject69.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject70.bin>.

<Object: word/embeddings/oleObject71.bin> ;

<Object: word/embeddings/oleObject72.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject73.bin>,

<Object: word/embeddings/oleObject74.bin> , <Object: word/embeddings/oleObject75.bin>, <Object: word/embeddings/oleObject76.bin>,

<Object: word/embeddings/oleObject77.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject78.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject79.bin> .

<Object: word/embeddings/oleObject80.bin>,

где <Object: word/embeddings/oleObject81.bin> - проекции скоростей точки D захвата на оси ox, oy, oz.

<Object: word/embeddings/oleObject82.bin>,

где <Object: word/embeddings/oleObject83.bin> - проекции ускорений точки D захвата на оси ox, oy, oz.

Найдем изменение координат, проекций ускорений и скоростей точки D захвата с шагом во времени <Object: word/embeddings/oleObject84.bin>с. и построим графики соответствующих зависимостей.

<Object: word/embeddings/oleObject85.bin>,

где <Object: word/embeddings/oleObject86.bin> - абсолютное перемещение точки D захвата.

<Object: word/embeddings/oleObject87.bin>,

где <Object: word/embeddings/oleObject88.bin> - абсолютная скорость точки D захвата.

<Object: word/embeddings/oleObject89.bin>,

где <Object: word/embeddings/oleObject90.bin> - абсолютное ускорение точки D захвата.

Результаты вычислений приведены в приложении (Таблицы № 1-3).

Определение погрешности позиционирования точки D захвата

Принимаем, что погрешность отработки приводов манипулятора составляет 0,1% от полного перемещения соответствующего звена.

<Object: word/embeddings/oleObject91.bin><Object: word/embeddings/oleObject92.bin>

где <Object: word/embeddings/oleObject93.bin> - проекции погрешности позиционирования точки D захвата на оси ox, oy и oz .<Object: word/embeddings/oleObject94.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject95.bin> (рад).

<Object: word/embeddings/oleObject96.bin> (мм).

<Object: word/embeddings/oleObject97.bin> (мм).

<Object: word/embeddings/oleObject98.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject99.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject100.bin>

Найдем изменение во времени с шагом <Object: word/embeddings/oleObject101.bin>с. проекции погрешности позиционирования на оси координат и полной погрешности позиционирования точки D.

<Object: word/embeddings/oleObject102.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject103.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject104.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject105.bin> - полная погрешность позиционирования точки D захвата.

Результаты вычислений приведены в приложении (Таблица №4).

Динамический расчет исполнительных механизмов манипуляторов

<Object: word/embeddings/oleObject106.bin> - центры тяжести соответствующих звеньев.

<Object: word/embeddings/oleObject107.bin> - усилия приводов механизмов поворота, подъема и выдвижения.

Составим уравнения движения механизмов манипулятора. Для этого воспользуемся системой уравнений Лагранжа второго рода, которая в случае идеальных связей при числе степеней подвижности равном трем, запишется в следующем виде:

<Object: word/embeddings/oleObject108.bin> <Object: word/embeddings/oleObject109.bin> <Object: word/embeddings/oleObject110.bin>

где <Object: word/embeddings/oleObject111.bin>- угловое перемещение траверсы манипулятора относительно основания;

<Object: word/embeddings/oleObject112.bin>- линейное перемещение каретки относительно траверсы;

<Object: word/embeddings/oleObject113.bin>- линейное перемещение штанги руки при ее выдвижении относительно каретки подъема;

<Object: word/embeddings/oleObject114.bin> - обобщенные силы;

Т – кинетическая энергия рассматриваемой системы манипулятора, равная <Object: word/embeddings/oleObject115.bin>.

Для динамического анализа манипулятора необходимо знать массы и моменты инерции относительно осей, проходящих через центры масс всех звеньев манипулятора.

Примем, что:

<Object: word/embeddings/oleObject116.bin> <Object: word/embeddings/oleObject117.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject118.bin> кг. – момент инерции и масса 1-ого звена.

<Object: word/embeddings/oleObject119.bin> <Object: word/embeddings/oleObject120.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject121.bin> кг. – момент инерции и масса 2-ого звена.

<Object: word/embeddings/oleObject122.bin> <Object: word/embeddings/oleObject123.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject124.bin> кг. – момент инерции и масса 3-ого звена.

<Object: word/embeddings/oleObject125.bin> <Object: word/embeddings/oleObject126.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject127.bin> кг. – момент инерции и масса 4-ого звена.

<Object: word/embeddings/oleObject128.bin> <Object: word/embeddings/oleObject129.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject130.bin> кг. – из чертежа детали.

<Object: word/embeddings/oleObject131.bin> м. – длина штанги руки.

<Object: word/embeddings/oleObject132.bin> м. – расстояние между центрами масс захвата и рабочего груза.

При этом кинетическая энергия звена 1 определяется:

<Object: word/embeddings/oleObject133.bin>,

где <Object: word/embeddings/oleObject134.bin> - момент инерции звена 1 относительно оси Z;

<Object: word/embeddings/oleObject135.bin>- угловая скорость поворота траверсы.

Кинетическая энергия звена 2 равна:

<Object: word/embeddings/oleObject136.bin>

где <Object: word/embeddings/oleObject137.bin>- момент каретки относительно оси Z;

<Object: word/embeddings/oleObject138.bin> - масса каретки;

<Object: word/embeddings/oleObject139.bin> - линейная скорость подъема каретки.

Для определения кинетической энергии звена 3, жестко связанного с захватом и рабочим грузом, воспользуемся, прежде всего, теоремой Штейнера:

<Object: word/embeddings/oleObject140.bin>

где d – расстояние между параллельными осями, проходящими в данном случае через центры масс звеньев 3 и 5 и параллельно оси вращения Z. С учетом сказанного, будем иметь:

<Object: word/embeddings/oleObject141.bin> (13)

где <Object: word/embeddings/oleObject142.bin> (i = 3, 4, 5) – моменты инерции, соответственно, штанги руки, захвата и рабочего груза относительно осей, проходящих через центры масс этих тел и параллельных оси вращения Z.

<Object: word/embeddings/oleObject143.bin><Object: word/embeddings/oleObject144.bin>

С учетом этого уравнения получим:

<Object: word/embeddings/oleObject145.bin>, (*)

где <Object: word/embeddings/oleObject146.bin> - массы вертикально перемещаемых деталей манипулятора.

<Object: word/embeddings/oleObject147.bin> кг.

В выражении кинетической энергии величина:

<Object: word/embeddings/oleObject148.bin> м.

является постоянной для данной кинематической схемы манипулятора.

Разделив и умножив левую и правую части выражения (*) на <Object: word/embeddings/oleObject149.bin> получим

<Object: word/embeddings/oleObject150.bin>

Производные от Т, входящие в уравнение Лагранжа, имеют вид:

<Object: word/embeddings/oleObject151.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject152.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject153.bin>,

<Object: word/embeddings/oleObject154.bin> ; <Object: word/embeddings/oleObject155.bin> ; <Object: word/embeddings/oleObject156.bin>,

<Object: word/embeddings/oleObject157.bin>,

<Object: word/embeddings/oleObject158.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject159.bin>.

Обобщенные силы представим в виде:

<Object: word/embeddings/oleObject160.bin>,

<Object: word/embeddings/oleObject161.bin>,

<Object: word/embeddings/oleObject162.bin>,

где <Object: word/embeddings/oleObject163.bin>, <Object: word/embeddings/oleObject164.bin>, <Object: word/embeddings/oleObject165.bin> - усилия приводов механизмов поворота, подъема и выдвижения;

q – ускорение свободного падения тела.

Применяя, оператор Лагранжа, получим решение уравнений динамики региональных движений в следующем виде:

<Object: word/embeddings/oleObject166.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject167.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject168.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject169.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject170.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject171.bin>

Полученные уравнения позволяют обоснованно выбрать параметры приводов механизмов региональных движений манипулятора, так как можно рассчитать моменты и усилия, развиваемые приводами для обеспечения заданного закона движения, в определенный момент времени, в наиболее неблагоприятных, с точки зрения динамики положениях звеньев механизмов манипулятора.<Object: word/embeddings/oleObject172.bin>

Выбор параметров привода выдвижения штанги руки манипулятора

Найдем усилие в приводе выдвижения <Object: word/embeddings/oleObject173.bin> через промежутки времени <Object: word/embeddings/oleObject174.bin> Результат расчетов приведены в приложении. Из таблицы №7 видно, что максимальное усилие в приводе <Object: word/embeddings/oleObject175.bin> возникает в момент времени <Object: word/embeddings/oleObject176.bin> <Object: word/embeddings/oleObject177.bin> (Н). Выбираем для механизма выдвижения штанги руки пневмопривод двустороннего действия.

Исходные данные:

<Object: word/embeddings/oleObject178.bin> (Н) – полезная нагрузка;

<Object: word/embeddings/oleObject179.bin>– средняя скорость движения;

<Object: word/embeddings/oleObject180.bin>- диапазон перемещений;

<Object: word/embeddings/oleObject181.bin> - масса движущихся частей;

<Object: word/embeddings/oleObject182.bin> - давление воздуха в магистрали;

<Object: word/embeddings/oleObject183.bin> - условие равенства каналов входа выхода.

<Object: word/embeddings/oleObject184.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject185.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject186.bin>

приняв значение <Object: word/embeddings/oleObject190.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject191.bin> ,что удовлетворяет условию <Object: word/embeddings/oleObject192.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject193.bin>

Диаметр поршня: <Object: word/embeddings/oleObject194.bin>

Принимаем <Object: word/embeddings/oleObject195.bin> тогда <Object: word/embeddings/oleObject196.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject197.bin>

По полученным значениям <Object: word/embeddings/oleObject198.bin> и <Object: word/embeddings/oleObject199.bin> находим их действительные геометрические размеры: <Object: word/embeddings/oleObject200.bin> тогда

<Object: word/embeddings/oleObject201.bin>

Принимаем. <Object: word/embeddings/oleObject202.bin>

Следовательно, <Object: word/embeddings/oleObject203.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject204.bin>; <Object: word/embeddings/oleObject205.bin>:

<Object: word/embeddings/oleObject206.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject207.bin>

где <Object: word/embeddings/oleObject208.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject209.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject210.bin>Исходя из графика при <Object: word/embeddings/oleObject211.bin> <Object: word/embeddings/oleObject212.bin><Object: word/embeddings/oleObject213.bin>

Путь торможения:

<Object: word/embeddings/oleObject214.bin>

Таким образом, заданным параметрам удовлетворяет пневмопривод на базе пневмоцилиндра с диаметром поршня 50 мм и диаметром входных отверстий 2мм. При этом обеспечивается путь торможения 27 мм.

Расчет схвата

Для деталей типа «Пластина» выбираем захватное устройство, оснащенное встроенными датчиками касания пружинно-рычажного типа, обеспечивающим вращательное движение губок, а, следовательно, точное, точное базирование деталей.

Исходные данные:

<Object: word/embeddings/oleObject215.bin> - масса объекта манипулирования;

<Object: word/embeddings/oleObject216.bin> - максимальное ускорение схвата,

(исходя из таблицы №3 при <Object: word/embeddings/oleObject217.bin>));

<Object: word/embeddings/oleObject218.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject219.bin>,

где <Object: word/embeddings/oleObject220.bin>- коэффициент трения губок схвата(<Object: word/embeddings/oleObject221.bin>)

<Object: word/embeddings/oleObject222.bin> - коэффициент запаса.

3. Усилие привода:

От действия нормальных сил <Object: word/embeddings/oleObject223.bin>и сил трения <Object: word/embeddings/oleObject224.bin>возникает удерживающий момент относительно оси вращения поворотной части пальца (точка А).

Для <Object: word/embeddings/oleObject225.bin>пальца:

<Object: word/embeddings/oleObject226.bin>

По значениям удерживающих моментов определяем усилие привода захватного устройства:

<Object: word/embeddings/oleObject227.bin>,

где <Object: word/embeddings/oleObject228.bin> - количество пальцев(<Object: word/embeddings/oleObject229.bin>).

<Object: word/embeddings/oleObject230.bin>- давление в магистрали;

<Object: word/embeddings/oleObject231.bin>

Принимаем <Object: word/embeddings/oleObject232.bin>

Вывод: для заданных параметров схвата имеем:

Список использованной литературы

Приложение

Таблица №1. Координаты и перемещения точки D захвата.

Таблица №2. Проекции скорости точки D захвата.

Таблица №3. Проекции ускорений точки D захвата.

Таблица №4. Погрешность позиционирования.

Таблица №5. Усилие в приводе механизма поворота.

Таблица №6. Усилие в приводе механизма подъема.

Таблица №7. Усилие в приводе механизма выдвижения.

Размещено на Allbest.ru