Кинематический анализ механизма
Курсовой проект
Дисциплина: теория машин и механизмом.
Тема: «Структурный, кинематический и силовой анализ манипулятора».
Вариант 6-1
Выполнил: студент гр. 4-35-1
Коробова А.В.
Проверил: к.т.н., доцент
Люпа Д.С
Ижевск 2009
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3
1 Техническое задание 5
2 Структурный анализ механизма 6
3 Кинематический анализ механизма 7
3.1 Расчёт зоны обслуживания манипулятора 7
3.2 Расчет скоростей и ускорений 13
4 Расчёт звеньев манипулятора на прочность 24
4.1 Расчёт действующих статических напряжений 36
в звеньях манипулятора
4.2 Смещение по осям 37
Заключение 38
Список литературы 40
Приложение A 46
ВВЕДЕНИЕ
Манипулятором называют техническое устройство, предназначенное для воспроизведения рабочих функций рук человека. Роботами-манипуляторами называют манипуляторы, снабженные органами перемещения и системами автоматического управления. Понятие «манипулятор» охватывает широкий класс управляемых человеком, непосредственно или по каналам связи, технических устройств, предназначенных для воспроизведения некоторых двигательных функций рук человека, в ходе выполнения которых осуществляется целенаправленное манипулирование объектом обработки или инструментом.
Крупнейшим достижением техники наших дней являются телеуправляемые «луноходы», снабженные своеобразными манипуляторами. Развитие медицины и медико-биологических исследований и микроминиатюризация аппаратуры вызвали к жизни микроманипуляторы, позволяющие с высокой точностью оперировать миниатюрными объектами. Перспективы развития манипуляторов связаны с приданием им способности осязать, обонять, видеть, ощущать дистанцию, уметь распознавать образы, реагировать на тепловые и электромагнитные излучения широкого диапазона.
Многообразие существующих манипуляторов делает необходимым их классификацию. В ее основе положены метод управления, вид связи между управляющими и исполнительными механизмами, а также некоторые конструктивные признаки.
Манипуляторы с механической (кинематической) связью были первыми устройствами, которые начали применяться в опасных для жизнедеятельности человека зонах. В этих манипуляторах обе руки связаны механическими передачами. Эти манипуляторы просты, надежны, удобны в работе. Манипуляторы с магнитным приводом находят применение в тех случаях, когда необходимо обеспечить абсолютную герметизацию объема камер (работы в зонах больших давлений, глубокого вакуума и т.д.).
Сервоманипуляторы – манипуляторы, в которых управляющий и исполнительный механизмы расположены дистанционно, связаны системами управления особого вида – обратимыми следящими системами (ОСС). Манипуляторы с кнопочным управлением состоят из исполнительного органа, который оснащен силовыми приводами (электрическими, гидравлическими и пневматическими) и связаны с пультом управления электрокабелем. Они могут быть рассчитаны почти на любую грузоподъемность. Манипуляторы с автоматическим управлением:
а) манипуляторы с жесткой программой действия; они воспроизводят определенную совокупность движений, включенных в программу, записанную на магнитную ленту в ходе первого цикла работ, выполняемого оператором, а затем периодически повторяется.
б) манипуляторы, операции движений которых определяются ЭВМ на основе информации о внешней среде.
Разрабатываются роботы – манипуляторы, которые обладают чувством осязания с помощью специальных датчиков, «зрением» с помощью телеаппаратуры и т.д. Эти машины обладают свойствами адаптации и самообучения.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
Рисунок 1-
Таблица 1. Техническое задание
№ Варианта | Звено | Длина, м | Угол поворота, град | Перемещение, м | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | |||
![]() | ![]() | Общ | Расч | Общ | Расч | ||||||
1,5 | 2,0 | 0,5 | 0,2 | 0,2 | |||||||
0,5 | 0,2 | 0,2 | |||||||||
1,5 | 1,0 | 0,5 | 0,2 | 0,2 | |||||||
0,75 | 0,25 | 0,2 | 0,2 |
2 СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА
Выполним структурный анализ кинематической схемы манипулятора, представленной на рисунке 1. У представленного механизма 4 подвижных звена: 1, 2, 3 и 4.
· Начало системы координат и звено 1 образуют вращательную кинематическую пару А. Пара одноподвижная, число степеней свободы звена Н=1. Класс кинематической пары S = 6-Н = 6-1 = 5.
· Звенья 1 и 2 образуют вращательную кинематическую пару В. Пара одноподвижная, число степеней свободы Н=1.
S = 6-Н = 6-1 = 5.
· Звенья 2 и 3 образуют вращательную пару С. Пара одноподвижная, число степеней свободы Н=1.
S = 6-Н = 6-1 = 5.
· Звенья 3 и 4 образуют поступательную пару D. Пара одноподвижная, число степеней свободы Н=1.
S = 6-Н = 6-1 = 5.
Степень подвижности механизма определяется по формуле Чебышева для пространственных механизмов:
(1)
где: H – число степеней подвижности твёрдого тела
n – число подвижных звеньев
i – число подвижности в кинематической паре
pi – количество кинематических пар пятого класса.
подставив данные механизма в формулу (1), получаем:
W=6n–5p5=6*5-5*5=5
Таким образом, для придания определенности движению манипулятора, следует задать движение всем четырём его звеньям.
КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА