43445

Электропривод робота-манипулятора с вертикально-ангулярной кинематической схемой на базе двигателей постоянного тока

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Перечень вопросов подлежащих разработке и обязательного графического материала: расчет требуемых параметров и выбор электродвигателей постоянного тока для трех степеней подвижности робота; Графические материалы: общий вид манипулятора с обозначением звеньев и степеней подвижности; кинематическая схема манипулятора; расчетные кинематические схемы 1ой 2ой и 3ей степеней подвижности; общий вид 2го звена манипулятора с двигателями 2ой и 3ей степеней подвижности. Мониторинг процесса выполнения курсового проекта № этапа...

Русский

2013-11-05

790.5 KB

83 чел.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московский государственный технический университет радиотехники,

электроники и автоматики»

МГТУ МИРЭА

Факультет кибернетики

Кафедра проблем управления

Утверждаю

Заведующий

кафедрой______________М.П. Романов

«____» ____________201___ г.

ЗАДАНИЕ

на выполнение  курсового проекта

по дисциплине                                   «Приводы роботов»

Студент                               Ульянов М.В.                                                 Группа        КС-52-09

  1.  Тема: «Электропривод робота-манипулятора с вертикально-ангулярной кинематической схемой на базе двигателей постоянного тока» (Вариант № 1)
  1.  Исходные данные: грузоподъемность – 2.5  кг; номинальное напряжение питания двигателей – 27 В; кинематическая схема манипулятора и ее параметры..
  1.  Перечень вопросов, подлежащих разработке, и обязательного графического материала:
  •  расчет требуемых параметров и выбор электродвигателей постоянного тока для трех степеней подвижности робота;

Графические материалы:

  •  общий вид манипулятора (с обозначением звеньев и степеней подвижности);
  •  кинематическая схема манипулятора;
  •  расчетные кинематические схемы 1-ой, 2-ой и 3-ей степеней подвижности;
  •  общий вид 2-го звена манипулятора (с двигателями 2-ой и 3-ей степеней подвижности).
  1.  Срок представления к защите курсового проекта (работы): до « 21 » декабря 2012 г.

Задание на курсовой проект выдал

«___»___________201__г.

_____________________

Цыпкин В.Н.

Задание на курсовой проект получил

«___»___________201__г.

_____________________

Ульянов М.В.

  1.  Мониторинг процесса выполнения курсового проекта

№ этапа

Этап курсового проекта выполнил и представил результаты руководителю проекта

дата и подпись исполнителя

Работу по этапу курсового проекта принял на рассмотрение

дата и подпись руководителя

Рекомендации и замечания по
этапу курсового проекта
выдал
исполнителю

дата и подпись руководителя

Оценка выполнения этапа курсового проекта

Комментарии
руководителя курсового проекта

1

Разработка расчетной схемы, проведение расчетов требуемых параметров и выбор двигателя 3-ей степени подвижности; компоновка элементов третьего звена

2

Разработка расчетной схемы, проведение расчетов требуемых параметров и выбор двигателя 2-ой степени подвижности; компоновка элементов 2- го звена

3

Разработка расчетной схемы, проведение расчетов требуемых параметров и выбор двигателя 1-ой степени подвижности

4

Оформление расчетно-пояснительной записки

5

Оформление графической части курсового проекта

Содержание:

Цель проекта             5

Введение              7

Расчёт третьей степени подвижности       10

Расчёт второй степени подвижности       13

Расчёт первой степени подвижности       16

Заключение            19

Цель проекта

Цель проекта: 

       расчет требуемых параметров и выбор электродвигателей постоянного тока для трех степеней подвижности робота, компоновка двигателей, датчиков и редукторов 4-ой, 5-ой, 6-ой, а также 2-ой и 3-ей степеней подвижности в конструкциях соответственно 3-го и 2-го звеньев манипулятора.

Исходные данные:

  •  общий вид манипулятора (Рис 1.1.1);
  •  кинематическая схема манипулятора (Рис. 1.1.2);
  •  грузоподъемность (включая оснастку – захватное устройство) (равная 2.5 кг);
  •  номинальное напряжение питания двигателей 1-ой, 2-ой и 3-ей степеней подвижности (Uпит = 27В);
  •  массогабаритные показатели звеньев манипулятора (см. разделы 1 - 3);
  •  общая масса двигателей и редукторов 4-ой, 5-ой и 6-ой степеней подвижности (см. раздел 1);
  •  максимально-допустимые частоты вращения звеньев – плеча (1-ое звено), верхней части руки (2-ое звено), предплечья (3-ье звено) (см. разделы 1 - 3);
  •  максимально-допустимые угловые ускорения звеньев – плеча, верхней части руки, предплечья (см. разделы 1 - 3);
  •  коэффициенты редукции редукторов 1-ой, 2-ой и 3-ей степеней подвижности (см. разделы 1 - 3);
  •  ориентировочное расположение двигателей, датчиков и редукторов 2-ой и 3-ей степеней подвижности в конструкции 2-го звена, а также двигателей, датчиков и редукторов 4-ой, 5-ой и 6-ой степеней подвижности в конструкции 3-го звена;

Особые требования:

  •  необходимо минимизировать статический момент относительно оси 3-ей степени подвижности (за счет компоновки двигателей, датчиков и редукторов 4-ой, 5-ой и 6-ой степеней подвижности в задней части 3-го звена) при отсутствии нагрузки (оснастки и объекта манипулирования);
  •  в наиболее тяжелом для двигателя 2-ой степени подвижности режиме работы необходимо минимизировать статический момент относительно оси 2-ой степени подвижности (за счет компоновки двигателей, датчиков и редукторов 2-ой и 3-ей степеней подвижности в задней части 2-го звена, а при необходимости – введением в конструкцию 2-го звена дополнительного балансира) при отсутствии нагрузки (оснастки и объекта манипулирования);
  •  двигатели 2-ой и 3-ей степеней подвижности в наиболее тяжелых для них условиях работы должны обладать пусковым моментом, не менее чем на 40% превышающим расчетный;
  •  рекомендуется унифицировать применяемые в приводе двигатели; в частности, для 2-ой и 3-ей степеней подвижности, а по возможности и для 1-ой степени подвижности желательно выбрать один и тот же типоразмер двигателя постоянного тока;
  •  при выборе двигателей предпочтение следует отдавать типоразмерам с меньшей частотой вращения в номинальном режиме.

Допущения:

  •  массы 1-го звена, а также 2-го и 3-го звеньев без двигателей, датчиков и редукторов распределены равномерно вдоль их длин;
  •  массы двигателей, датчиков и редукторов 4-ой, 5-ой и 6-ой степеней подвижности сосредоточены в точке, расположенной в задней части 3-го звена;
  •  массы 4-го, 5-го и 6-го звеньев, а также оснастки и объекта манипулирования сосредоточены в крайней передней точке 3-го звена;
  •  для 2-ой и 3-ей степеней подвижности используются двигатели со встроенными датчиками редукторами;
  •  массы датчиков и редукторов 2-ой и 3-ей степеней подвижности составляют примерно 100% от масс соответствующих двигателей;
  •  массы двигателей, датчиков и редукторов 2-ой и 3-ей степеней подвижности сосредоточены на осях вращения соответствующих двигателей в серединах их осевых длин;
  •  при расчетах можно пренебречь моментами инерции редукторов 1-ой, 2-ой и 3-ей степеней подвижности, а также создаваемыми ими статическими моментами трения;
  •  при введении в конструкцию 2-го звена балансира считать, что массы двигателей, датчиков и редукторов 2-ой и 3-ей степеней подвижности сосредоточены на расстоянии 2/3 длины заднего плеча 2-го звена, а масса самого балансира – на заднем конце 2-го звена.

Введение

Робот "РМ-01" представляет собой универсальный электромеханический промышленный робот с управлением от ЭВМ. Число степеней подвижности - 6.

Робот состоит из двух основных частей: манипулятора ("руки") модели "PUMA 560" и устройства управления модели "СФЕРА 36" с соединительными кабелями.

"Пума-560" - антропоморфной манипулятор с шестью степенями подвижности, способный выполнить самые разные движения. Звенья манипулятора соединяются друг с другом в суставах, и вращаются вокруг осей систем координат, идущих через центры суставов. Разрабатываемый в проекте робот по кинематическим схемам аналогичен РМ-01.

  1.  ая степень подвижности - колонна

Двигатель 1-ой степени подвижности установлен в кожухе вне нижней части колонны.

  1.  ая степень подвижности - плечо

Двигатель установлен в задней части звена между плечом и локтем.

  1.  ая степень подвижности - локоть

Двигатель 3-ей степени подвижности размещен рядом с двигателем 2-ой степени подвижности между плечом и локтем.

  1.  ая, 5-ая и 6-ая степени подвижности - кисть

Двигатели размещены в предплечье у локтя.

  1.  ая степень подвижности - вращение кисти.
    1.  ая степень подвижности - качание кисти.
    2.  ая степень подвижности - вращение фланца кисти.

Схват          Стандартный схват снабжен пневмоцилиндром двойного действия,

осуществляющим сжатие и расжатие губок схвата.

Рис 1.1.1 Общий вид манипулятора РМ-01 (с обозначением звеньев и степеней подвижности)

Рис 1.1.2. Кинематическая схема манипулятора РМ-01

  1.  Расчёт третьей степени подвижности:

Рис 1.1. Расчетная кинематическая схема 3-ей степеней подвижности.

Исходные данные для первой степени подвижности:

    - суммарная масса 4-го, 5-го и 6-го звеньев

     масса 3-го звена

    - длина 3-го звена

    - расстояние от кисти манипулятора до оси О3

    - суммарная масса двигателей 4-го, 5-го и 6-го звеньев

    - коэффициент редукции редуктора 3-ей степени подвижности

    - максимально-допустимая частота вращения 3-го звена

   - масса нагрузки

   

   

   

1.1 Обеспечение условия о минимизации статического момента относительно оси 3-й степени подвижности О3  (из уравнения баланса статических моментов) при отсутствии нагрузки:

1.2 Расчёт приведённого к оси вращения двигателя 3-й степени подвижности момента инерции

1.2.1 Момент инерции элементов манипулятора и нагрузки относительно оси 3-й

степени подвижности О3:

1.2.2. Приведённый к оси вращения двигателя 3-й степени подвижности момент инерции(с нагрузкой)

     где                                                       

1.3. Расчёт минимального значения пускового момента двигателя 3-й степени подвижности, обеспечивающего максимально допустимое угловое ускорение 3-его звена (с нагрузкой):

1.4 Расчёт минимального значения частоты 3-й степени подвижности в установившемся режиме работы

1.5. Расчёт минимального значения момента на валу двигателя 3-й степени подвижности в установившемся режиме работы

Выберем двигатель с 40% -м запасом пускового момента рассчитанного в пункте

      1.3.. Был выбран двигатель БК -1533 со следующими характеристиками:

Номинальные данные                                                (при Uпит = 27 В)

Справочные данные

Мощн. на валу,

Частота враще-ния

Вращающий момент

Нач. пуск. ток (не более)

Нач. пуск. момент (не менее)

Масса (не более)

Момент инерции ротора

Габарит-ные размеры

Вт

об/мин

гс·см

Н·м

А

гс·см

Н·м

кг

кг·м2

мм

10

3 000

320

0,03138

 

3200

0,31381

1

2,20E-06

Æ50x98

Теперь на основе характеристик двигателя выделенных цветом проверим расчёты пунктов 1.2.2. и 1.3. с учётом момента инерции нагрузки относительно оси О3:

 

 

Ещё проверим по условию:

 >=nd3ustmin

Расчёты подтверждают, что двигатель БК -1533 нам подходит

  1.  Расчёт второй степени подвижности:

Рис 2.1. Расчетная кинематическая схема 2-ей степеней подвижности.

Исходные данные для второй степени подвижности:

    длина 2-го звена

     расстояние между осями вращения О2 и О3

     масса 2-го звена

   суммарная масса 3-го звена

   масса двигателей и редукторов 2-го звена

     коэффициент редукии редуктора 2-ой степени подвижности

     максимально-допустимая частота вращения 2-ой степени подвижности

     максимально-допустимое угловое ускорение 2-ой степени вращения

   

   

   

2.1. Расчёт массы балансира

2.2. Расчёт приведённого к оси вращения двигателя 3-й степени подвижности момента инерции

2.2.1 Момент инерции элементов манипулятора и нагрузки относительно оси 3-й степени подвижности О2:

2.2.2 Приведённый к оси вращения двигателя 2-й степени подвижности момент инерции (с нагрузкой):

                                                   ,где I0d3 момент инерции выбранного двигателя

2.3. Расчёт минимального значения пускового момента двигателя 2-й степени подвижности, обеспечивающего максимально допустимое угловое ускорение 2-его звена (с нагрузкой):

    

2.4. Расчёт минимального значения частоты 2-й степени подвижности в установившемся режиме работы

2.5. Расчёт минимального значения момента на валу двигателя 2-й степени подвижности в установившемся режиме работы

2.6. Выберем двигатель с 40% -м запасом пускового момента рассчитанного в пункте

      2.3.   Это двигатель БК -1633 со следующими характеристиками:

Взяв его момент инерции и массу проверим расчёты пунктов 2.2.2. и 2.3.                                                                   момент инерции нагрузки относительно оси О2 

 момент инерции двигателя БК -1633

2.2`   

2.3`   

Ещё проверим по условию:

                                   >=nd2ustmin

   

Расчёты подтверждают, что двигатель БК -1633 обеспечивает необходимые требования по пусковому моменту.

2.7. С учетом рекомендаций по унификации элементной базы, в том числе применяемых типов и размеров двигателей следует вернуться к пункту 1.6. и выбрать для 3-й степени подвижности такой же двигатель, как и для второй, а затем повторить расчёты пунктов 1.7.

1.8. 2.1. - 2.7.:

"Теперь на основе характеристик двигателя выделенных цветом проверим расчёты пунктов 1.2.2. и 1.3. с учётом момента инерции нагрузки относительно оси О3

Расчёты подтверждают, что двигатель БК -1633 нам подходит".

  1.  Расчёт первой степени подвижности:

Рис 3.1. Расчетная кинематическая схема 1-ей степеней подвижности.

Исходные данные для 1-ой степени подвижности:

      масса 1-го звена

    длина 1-ой степени подвижности

    коэффициент редукции редуктора 2-ой степени подвижности

  суммарная масса 2-го и 3-го звеньев

      максимально-допустимая частота вращения 1-ой степени подвижности

     максимально-допустимое угловое вращение 1-ой степени подвижности

    

    

     

3.1. Расчёт приведённого к оси вращения двигателя 1-ой степени подвижности моментов инерции

3.1.1. Момент инерции элементов манипулятора относительно оси 1-ой степени подвижности

3.1.2. Момент инерции нагрузки относительно оси 1-ой степени подвижности

3.1.3. Приведённый к оси вращения двигателя 1-ой степени подвижности момент инерции

3.2. Расчёт минимального значения пускового момента двигателя 1-ой степени подвижности, обеспечивающего максимально допустимое угловое ускорение 1-го звена

3.3. расчёт минимального значения частоты вращения двигателя 1-ой степени подвижности в установившемся режиме работы

3.4. Выбираем двигатель с условием

Согласно этому требованию выбираем двигатель БК -1633

   

3.5. Взяв его момент инерции и массу проверим расчёты пунктов 3.1.3

  момент инерции двигателя БК -1633

3.2.`

         

3.1.3.`

        

             

Ещё проверим по условию:

                                  >=nd1ustmin

Убеждаемся, что двигатель БК-1633 подходит и для первой степени подвижности.


Заключение

В процессе выполнения курсового проекта в соответствии с заданием на его выполнение были решены следующие основные задачи:

  •  разработаны расчётные модели кинематических звеньев трёх степеней подвижности
  •  проведены расчёты требуемых параметров электродвигателей трёх степеней подвижности
  •  с учётом требований по унификации элементной базы осуществлён выбор серийного двигателя типа БК-1633 для всех трёх степеней подвижности
  •  осуществлена проверка соответствия параметров выбранного двигателя возможным режимам работы (в том числе наиболее тяжелому)

По мнению автора, выполненная разработка полностью соответствует заданию курсового проекта.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45468. Эффективное управление технологических процессов с использованием методов теории автоматического управления (ТАУ) 105.5 KB
  Однако различие методов идентификации этим не исчерпывается. Методы идентификации технологических процессов различаются кроме того в зависимости от наличия той или иной априорной информации о процессе а также делятся на активные и пассивные. Активные методы идентификации основаны на проведении специальных заранее спланированных экспериментов позволяющих проводить целенаправленное изучение исследуемых свойств процесса. Как показывает опыт пассивные методы идентификации технологических процессов на действующих производствах с экономической...
45470. Информационно-измерительные системы и АСУТП 238 KB
  Помехи в системах связи ИВС. Помехи в системах связи ИВС Материал из Пермский Студенческий Портал. Перейти к: навигация поиск Помехи в системах связи ИВС.3 По соотношению ширины спектра сигнала и помехи 1.
45471. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ЗАДАЧИ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ 47 KB
  Для любой технологии могут быть выделены цель предмет и средства. Целью технологии в промышленном производстве является повышение качества продукции сокращение сроков ее изготовления и снижение себестоимости. Методология любой технологии включает в себя: декомпозицию производственного процесса на отдельные взаимосвязанные и подчиненные составляющие стадии этапы фазы операции; реализацию определенной последовательности выполнения операций фаз этапов и стадий производственного процесса в соответствии с целью технологии;...
45472. ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ 75.5 KB
  При разработке и использовании сетей для обеспечения совместимости используется ряд стандартов объединенных в семиуровневую модель открытых систем принятую во всем мире и определяющую правила взаимодействия компонентов сети на данном уровне протокол уровня и правила взаимодействия компонентов различных уровней межуровневый интерфейс Международные стандарты в области сетевого информационного обмена нашли отражение в эталонной семиуровневой модели известной как модель OSI Open System Intercongtction связь открытых систем...
45473. ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ 62 KB
  Широкая альтернатива принимаемых решений приводит к необходимости использования разнообразных математических моделей Создание документов сводок отчетов заключается в преобразовании информации в формы пригодные для чтения как человеком так и компьютером. Принятие решений в условиях определенности. Поэтому между выбранной стратегией использования ресурсов и конечным результатом существует однозначная связь откуда следует что в условиях определенности достаточно использовать решающее правило для оценки полезности вариантов решений...
45474. ХРАНЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ 1.07 MB
  В настоящее время определяющим направлением реализации этой операции является концепция базы данных склада хранилища данных. База данных может быть определена как совокупность взаимосвязанных данных используемых несколькими пользователями и хранящихся с регулируемой избыточностью. Банк данных система представляющая определенные услуги по хранению и поиску данных определенной группе пользователей по определенной тематике. Система баз данных совокупность управляющей системы прикладного программного обеспечения базы данных...
45475. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ 52.5 KB
  Важным признаком который необходимо учитывать при разработке и внедрении информационных технологий является отношение человека к информации. Основной задачей операции представления информации пользователю является создание эффективного интерфейса в системе человек компьютер. При этом осуществляется преобразование информации в форму удобную для восприятия пользователя.
45476. Базовые информационные технологии МУЛЬТИМЕДИА-ТЕХНОЛОГИИ 30 KB
  Достигнутый технологический базис основан на использовании нового стандарта оптического носителя DVD Digitl Verslite Video Disk Использование DVD позволило реализовать концепцию однородности цифровой информации. Для решения этой проблемы используются методы компрессии звуковой информации. Такие значительные объемы при реализации аудио и видеорядов определяют высокие требования к носителю информации видеопамяти и скорости передачи информации.