Мехатроника

СОДЕРЖАНИЕ

                                                                                                     

Введение…………………………………………………………………………..3                                                                                                                        

1. Разработка технических  требований и определение основных  параметров роботов …………………………………………………………………………..4

2.Кинематика манипулятора…………………………………………………....5                                                                      

3.Расчет модулей:………………………………………………………………10                                                                                               

   3,1 расчет модуля  С                                                                                      

   3,2 расчет модуля В                                                                                          

   3,3 расчет модуля  А                                                                                           

 

Заключение                                                                                                               

Список использованной литературы                                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

  В современном автоматизированном производстве мехатроника объединят автоматизацию планирования и управления предприятием, промышленную   автоматику и робототехнику, автоматизацию транспортных и диспетчерских  служб. Мехатронные системы предназначены для автоматизации сложных технологических процессов и операций, в том числе выполняемых в недетерменированых условиях для замены человека, при выполнении тяжелых и опасных работ.

  Мехатронная функция – интегральная функция всех агрегатов и составляющих компонентов системы машин задействованных в каком-либо производственном процессе, комплексе; включает перемещение в пространстве и выполнение работ, операций, энергообеспечение, связь, безопасность, управление, контроль управления, эксплутационное обслуживание, реновацию, утилизацию отходов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Разработка технических требований и определение          

           основных параметров роботов (манипуляторов)

 1.Расчет захватного устройства.

 Для  детали типа вал выбираем захватное устройство с рычажно-стержневым механизмом.

 

 

Схема захватного устройства.

Р1- сила, требуемая  для удержания объекта манипулирования, Р₂ - сила развиваемая приводом схвата.

Р₂ можно рассчитать по формуле [таблица 13.6[1]]:

 

    P2 = 2 P1 ∙ b ∙ c / e (d + c)

Где  Р1 рассчитаем по формуле  ([1]стр.334):

 

                        Р₁=m ∙ g ∙ k_{1 ∙} k_{2 ∙} k₃

где m-масса детали;

       g-ускорение свободного  падения (g=9.8 м/с²)       

       k₁-коэфициент запаса (k₁=1,2...2);

      k₂-коэфициент зависящий от ускорения схвата

      k₂ = 1+a/g (обычно а 4м/с²)

      Кз - коэффициент зависящий от отношения усилия зажима к весу детали определяется по таблице 13.5[1]

      

                         Кз = tg ( Q / 2) + (a / 2 b)

Где Q = 120˚, a = 45 мм,  b = 65мм     

Кз = tg (120 /2) + (45 / 2 ∙ 65) = 1,7

Выбираем  коэффициенты равными:

К1 = 2

К2 = 1 + 4 / 9.81 = 1,4

КЗ = 1,7

Массу детали определяем в ‘компасе‘ для стали сталь45  ГОСТ1050-88

M = 153 гр.  Округлим m = 160 гр.

Подставим полученные коэффициенты в формулу

 

Р₁=m ∙ g ∙ k_{1 ∙} k_{2 ∙} k_{3 =  0,16 ∙ 9,8 ∙ 2 ∙ 1,4 ∙ 1,7 = 7,5 Н}

Определим силу Р₂ развиваемая приводом схвата.

 

P2 = 2 P1 ∙ b ∙ c / e (d + c) = 2 ∙ 7,5 ∙ 65 ∙ 10 / 15 ∙ (20 + 10) = 22 Н

 

Исходя из полученных данных выбираем линейный электрический

Шаговый привод 5Г28 – 2 типоразмер Г28-23. ( табл.1,стр.37)

 

                        2.Кинематика манипулятора.

Кинематическая схема  манипулятора имеет вид ВПП:

                                        

          А - модуль поворота манипулятора

          В - модуль подъема – опускания руки

          С - модуль  вдвижения - выдвижения  схвата

          D - схват 

Выбираем для манипулятора  цилиндрическую систему координат ,

определим траекторию, скорость и ускорение движения захвата  при

известных законах движения приводов отдельных степеней свободы.

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычерчиваем кинематическую схему манипулятора и во всех

кинематических парах  показываем системы координат.

        

  Составим  уравнение в координатной форме:

x = x3 ∙ cos q1 – y3 ∙ sin q1 – l2y ∙ sin q1

y = x3 ∙ sin q1 – y3 ∙ cos q1 + l2y ∙ cos q1

z = z3 + q2 + l2z

Для точки D захвата x3 = 0,  y3 = q3, z3 = 0. В результате получим

x = - ( q3 + l2y ) ∙ sinq1

y = ( q3 + l2y ) ∙ cosq1

z = q2 + l2y

Для данной схемы механизма выбираем равноускоренный закон движения

звеньев манипулятора.

 

                    q = Кз ∙ t²  где      Кз = qn / tn²

t – текущее время

tn – время позиционирования ( 10 секунд )

qn - время выполнения определенной операции

Значения обобщенных координат:

q_п1= П/2; q_П2=1.1м; q_П3=0.2м; l₁=0.4м; q₁=Пt²/200; q₂=0.011t²; q₃=0.002t²_.

  Подставляя полученные  значения обобщенных координат  в уравнения координат точки  D в неподвижной системе координат,  получим:

х=0.011t² *sin (Пt²/200); y=0.011t²*cos(Пt^2/200); z=-0.002t²+0.4

 

Уравнение траектории точки D имеет вид:

S(t)=(x²+y² +z²) 

  По данным уравнениям  строим диаграммы изменения координат  и абсолютного перемещения точки  D по времени. 

 

 

Время t,с	Х(t)	Y(t)	Z(t)	S(t)
1	0,000173	0,010999	0,398	0,398152
2	0,001382	0,043978	0,392	0,394462
3	0,004664	0,09889	0,382	0,39462
4	0,011051	0,175653	0,368	0,407922
5	0,021576	0,274152	0,35	0,445112
6	0,037267	0,394243	0,328	0,514198
7	0,059147	0,535745	0,302	0,617839
8	0,088235	0,698449	0,272	0,754718
9	0,125543	0,882111	0,238	0,922239
10	0,172078	1,086457	0,2	1,118034

 

 Таблица 1. Значения  координат и абсолютного перемещения  точки звена D.

 

 Построение производим с помощью компьютера, в программном пакете Excel. Дальнейшее построение графиков (диаграмм) изменения координат скорости, ускорения и погрешности позиционирования и их абсолютных значений по времени ведем с помощью того же программного пакета.

  Дальнейшим шагом  является определение скорости  точки D захватного устройства. Для  этого находим первые производные  от координат по времени (x’, y’, z’) или проекции абсолютной скорости:

 

x'=-0.022t*sin(Пt²/200)-0.00011Пt³*cos(Пt²/200)

y'=0.022t*cos(Пt²/200)-0.00011Пt³*sin(Пt2/200)

z'=-0.004t

Абсолютная скорость:     

V=√(x²+y²+z²)                             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  По данным уравнениям  строим диаграммы изменения x’, y’, z’ от времени и диаграмму изменения абсолютной скорости V(t) точки D схвата.

 

Время t,с	X'(t),м/с.	Y'(t),м/с.	Z'(t),м/с.	V,м/с.
1	-0,00069	-0,022	-0,004	0,022374
2	-0,00552	-0,04409	-0,008	0,045146
3	-0,01854	-0,06666	-0,012	0,070219
4	-0,04331	-0,09074	-0,016	0,101806
5	-0,082	-0,11816	-0,02	0,14521
6	-0,13375	-0,15145	-0,024	0,203476
7	-0,19229	-0,19308	-0,028	0,273934
8	-0,24341	-0,2437	-0,032	0,345918
9	-0,26332	-0,29901	-0,036	0,40005
10	-0,22	-0,34558	-0,04	0,411609

Таблица 2. Значение абсолютной скорости точки звена D и её проекций.

 

 Следующий шаг-определение  ускорения точки D. Для этого находим вторые производные от координат по времени (x'',y'',z''), т.е. проекции абсолютного ускорения.

x''=-0.022*sin(Пt²/200)-0.00022*Пt²*cos(Пt2/200)-0.00033*Пt²*cos(Пt2/200)+0.0000011Пt⁴*sin(Пt²/200)

y''=0.022cos(Пt ²/200)-0.00022Пt²*sin(Пt²/200)-

0.00033Пt²*cos(Пt²/200)-0.0000011Пt⁴*cos(Пt²/200)

z''=-0.004

 Абсолютное ускорение:

А=√(x''²+y''²+z''²)                             

  По данным уравнениям строим диаграммы изменения проекций ускорения и абсолютного ускорения по времени.

 

Время t,с	X''(t)	Y''(t)	Z''(t)	A
1	-0,00207	-0,02304	-0,004	0,023478
2	-0,00828	-0,02621	-0,004	0,027779
3	-0,01846	-0,03162	-0,004	0,036828
4	-0,03203	-0,03927	-0,004	0,050832
5	-0,0475	-0,04889	-0,004	0,068282
6	-0,06191	-0,05964	-0,004	0,086055
7	-0,07034	-0,06989	-0,004	0,099236
8	-0,06588	-0,0771	-0,004	0,101493
9	-0,04051	-0,078	-0,004	0,087985
10	0,012558	-0,06911	-0,004	0,07036

 

 Таблица 3. Значение абсолютного ускорения точки D и его проекций.