Синтез робота

                                                                          Содержание

Введение

1 Синтез робота

1. Структура и принцип работы робота…………………………………………
2. Рабочая зона робота
3. Математическое моделирование работы робота……………………………..

2Привод вращательного движения робота……………………………………

2.1 Структура и принцип  работы вращательного движения  робота……………

2.2 Кинематика привода  вращательного движения робота……………………..

2.3 Силовой расчёт привода  вращательного движения………………………….

3 Привод поступательного  движения робота

3.1 Структура и принцип  работы поступательного движения  робота…………

3.2 Кинематика привода  поступательного движения…………………………...

3.3 Геометрический расчёт  винта………………………………………………...

3.4 Силовой расчёт привода  поступательного движения……………………….

4Захватное устройство

4.1 Выбранное захватное  устройство……………………………………………..

5 Сенсорная система

5.1 Силомоментный датчик……………………………………………………....

5.2 Датчик угловых перемещений……………………………………………….

5.3 Тактильные датчики…………………………………………………………..

5.4 Ультразвуковой датчик……………………………………………………….

5.5 Инфракрасный датчик  расстояния…………………………………………..

5.6 Видеодатчик…………………………………………………………………..

5.7 Датчик угловой скорости……………………………………………………

 

 

 

В концепции ускорения социально- экономического развития страны всемирная интенсификация производства на основе внедрения научно-технического прогресса, занимает одну из главенствующих мест. Темпы экономического роста в решающей мере зависят от машиностроительного комплекса, прежде всего от станкостроения, производства вычислительной техники, приборостроения. Таким образом, внедрение промышленных роботов является важным направлением интесификации производства.

Анализ исходных данных. В этом расчёте содержится промышленный робот определённых размеров, привод вращательного движения и привод поступательного движения.

Целью курсового проекта является расчет механической части промышленного робота, выбор для него захватного устройства и подбор сенсорной системы для функционирования робота.

Промышленный робот – автоматическая машина, состоящая из манипулятора и устройства управления его движением, предназначенная для замены человека при выполнении основных и вспомогательных операций в производственных процессах.

Манипулятор-совокупность пространственного рычажного механизма и системы приводов, осуществляющая под управлением программируемого автоматического устройства или человека- оператора, действия которого аналогичны движениям руки человека.

Промышленный робот состоит: исполнительное устройство, устройство управления и рабочий орган. Исполнительное устройство оснащено приводами, работающими по командам устройства управления, и выполняет все двигательные функции робота.

Рабочий орган – предназначен для непосредственного выполнения технологических операций. Примерами рабочего органа является захватное устройство, измерительный инструмент.

Сенсорные устройства предназначены для получения информации о состоянии внешней среды, технологического оборудования и других объектов с которыми он взаимодействует, а также о состоянии самого робота.

Передача винт-гайка – механическая передача, состоящая из винта и гайки и предназначенная для преобразования вращательного движения в поступательное движение. Она обеспечивает большой выигрыш в силе, медленное движение и высокую точность перемещения.

Планетарная передача – механическая система, состоящая из нескольких планетарных зубчатых колёс, вращающихся вокруг центральной, солнечной шестерни. Обычно центральные шестерни фиксируются с помощью водила.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Синтез робота1

1.1Структура и принцип  работы

 Рассмотрим структуру робота  представленного на рисунке 1.1.Как  видно он состоит из неподвижной  рамы -1,стержней-2.3, шарнира -4,коретки -5,захватного  устройства -6

 

 

Рисунок1.1-Принципиальная схема робота

Принцип работы данного робота состоит в том,что рука представленная 

2 и 3,перемещается при помощи  каретки – 5,вдоль оси y. Также шарнир

4,стержень -3 могут вращаться  относительно стержня- 2

На представленном выше рисунке робот имеет две степени

Подвижности, это обусловлено тем, что в большинстве конструкций

промышленных роботов нашли применение кинематические пары 5

класса- вращательные или поступательные, обеспечивающие одну

степень подвижности в относительном движении каждого из двух под-

вижного соседних звеньев.  

Структура робота:

Робот состоит из привода вращательного движения и привода поступательного движения.

Расчёт степени подвижности робота проводим по формуле:

 

1.2 рабочая зона  робота

Рабочая зона промышленного робота-это пространство, в котором может находиться рабочий орган промышленного робота (манипулятора) при его функционировании .

Форма рабочей зоны робота предопределяется выбором его системы координат, размеры этой зоны зависят от функционального назначения   промышленного робота и его грузоподъёмности . Рабочая зона робота  относительно координат Xи Y приведена на рисунке 1.2.

1.3Математическое  моделирование робота.

x=l3

y=l+rcosφ

z=l1-l3

Граничное условие:

0<φ<180°

r=l4

0<l<l2

Начальные условия:

φ=0;  l=0

Допущения:

Fтр=0;

 

 

 

 

Задание 1.

Часть 1

Исходные данные :

Т = 658 Нм;       n = 9 об/мин;        

Рисунок 1 - Схема привода

Привод состоит из двигателя А и редуктора с 2 ступенями типа AJ и AJ.

Звенья:

1, 4 - Корончатые колеса 
3, 5, 5' - сателлиты

2, 6 - солнечные

Произведем выбор электродвигателя по исходным данным:

Мощность на выходе определим по формуле:

Nвых = T * ω = T * n * π/30;                            (1.1)

Где T - крутящий момент; ω - угловая скорость; n - частота вращения;

Nвых = 175 * 12 * π/30 = 219.8 (Вт);      

Определим мощность на входе по формуле:

Nвх= Nвых/ ηпр; (1.2) 
      где ηпр - КПД привода;

ηпр= η* ηmnk ;                                                   (1.3)

η = 0.96;  ηmnk = 0.995;  m = 4;   ηпр = 0.96 * 0.9954  = 0.9409;

Nвх=219.8 / 0.9409 = 233.6 (Вт) = 0.2336 (Вт);

Выберем наиболее подходящие по мощности электродвигатели:

 

 

 

  Таблица 1.

№ двигателя	Мощность двигателя, кВт	Частота вращения
1	0,75	700
2	0,75	1390
3	0,75	915

 

Определим передаточные отношения по формуле соответственно двигателям:

U = nвх / n; (1.4)

U1 = 2840 / 9 = 315,55;

U2 = 1390 / 9 = 154,44;

U3 = 915 / 12 = 101.66;

Разбиваем передаточные отношения по ступеням соответственно двигателям:

U = i1 * i2; (1.5)

1) 3.15 *31.5  = 56.8;

2) 4.5 * 35 = 157.5;

3) 50 * 6.3 = 315;

Определим фактическую выходную частоту по формуле соответственно двигателям:

n’вых= nвх/u’; (1.6)

1) n’вых = 2840 / 99.225 = 28.62 (об/мин) ;

2) n’вых = 1390 / 157.5 = 8.8 (об/мин) ;

3) n’вых = 915 /  315 = 2.90 (об/мин) ;

Погрешность определяем по формуле:

θ= (nвых - n’вых) * 100% / nвых ≤ 5%; (1.7)

1) θ = |9 – 28.62| / 9 * 100% = -128%;

2) θ = |9 - 8.8| / 9 * 100% = 2.22%;

3) θ = |9 - 2.904| / 9 * 100% = 67.73%;

Второй двигатель имеет наименьшую погрешность и обладает высокой точностью передач вращения, поэтому выбираем двигатель 4А71В4УЗ.

4 - порядковый номер серии разработки; А - вид двигателя(асинхронный); Закрытый, обдуваемый; h = 71 м - высота оси вращения; Длина сердечника - по условию обозначается А; 4 - число полюсов; УЗ - для эксплуатации в условиях умеренного климата.

Основные размеры: L30 = 300;  H31 = 218;  D30 = 186;  D1 = 22;  L1 = 50;  D10 = 10;  L10 = 100; B10 = 125;  H10 = 10;  H = 80.

 

Часть 2.

Расчет параметров для первой ступени редуктора:

iH3(1) =1/(1-i(H)13) ;  (1.8)

i(H)13=6.3;

Для редуктора необходимо подобрать число зубьев, воспользуемся

методом подбора:

6 3/10=63/10;

Z3/Z1=1/6.3-1=-0.84

Z3=20*0.84=16.8

Z3/z1=10/63-1=53/63

Z2 найдём из условия соосности

Z2=63-53/2=5

Z1=53*4=212

Z2=5*4=20

Z3=63*4=252

Т.к z2<20,то домножаем на 4

По условию зацепления и *=1;

Проверяем условие соседства по формуле:

Sin(;                                                                                    ()

Где к-число сателлитов;

Sin(=0.46

0.707 - условие выполнено.

Проверяем условие сборки по формуле

                                      ;                                                ()

Где К-число сателлитов;

D-наибольший общий делитель;

N==29;

29-натуральное число, условие выполнено.

Возьмём механизм типа АА;

Для редуктора необходимо подобрать передаточное отношение:

                                                                                                     ()

Для этого воспользуемся методом сомножителей;

=50

 

 

Z4=7; Z6=7; Z5=10; Z4`=5

A=Z4=7

B=Z5=10

C=Z4`=5

D=Z6=7

A+B=C+D –условие соосности;                                                            ()

Левую часть умножаем на правую:

A(C+D)+B(C+D)=C(A+B)+D(A+B)                                                      ()

                                                                             ()

Отсюда получаем для определения чисел зубьев каждого колеса каждого соответственно:

Z5=A(C+D)=7(5+7)=84

Z4`=C(A+B)=5(7+10)=85

Z4=B(C+D)=10(5+7)=120

Z6=D(A+B)=7(7+10)=119

Проверяем условие соседства по формуле:

sin(

По условию зацепления имеем

Sin(

0.59 -условие выполнено

Проверяем условие соседства:

sin(

0.866-условие выполнено.

Проверяем условие сборки:

N==

 

 

Часть 3.

Определение диаметров зубчатых колес  планетарного редуктора.

 

Допускаемые контактные напряжения.

 

Исходные данные:

Твердость – 56-62 HRC; предел прочности -1150; предел текучести – 950; предел контактной выносливости – 17HRC+200; базовое число циклов изменения напряжений – 110 млн.ц.;

 

                                 [σ]H = σH lim b / SH * KHL * KHC     (1.17)

где σH lim b - предел выносливости поверхности зубъев, МПа;

SH = 1.2 - коэффициент безопасности;

KHC = 1 - коэффициент, учитывающий реверсивные нагрузки;

[σ]H = 55

Таблица 1.

Элемент	H1	1	2	3	4	4`	5		6	H2
Число зубьев		212	20	252	120	85	84		119
Крутящ. момент		411			558.26	563.43			584.72	658
Передат. отношен.		0.094		12.6		0.7		1.4
К.П.Д.		0.987		0.996		0.997		0.991

 

Геометрический расчет для первой части редуктора:

Определим делительный диаметр сателлита:

dс= Kd * 3√(((Tc*Eпр*KHβ*KC)/( Ψbd * [σ]2H * C))*(U-1)/U) (1.18)

где  Kd = 1,35 - вспомогательный коэф. для прямозубчатых колес;

Tc - Вращающий момент на сателлите;

КС = 2 - коэф., учитывающий неравномерность распределения нагрузки между сателлитами;

С - число сателлитов;

U - передаточное отношение между солнечным колесом и сателлитом;

Ψbd = 0,5 - коэф. ширины зубчатого венца сателлита;

KHβ - коэф. долговечности;

[σ]H - Допускаемые контактные напряжения, МПа;

Eпр = 2,1 * 1011  - приведенный модуль упругости, Па;

dс=39.93(мм);