Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

Кафедра «Автоматизация и робототехника»

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Конструирование мехатронных модулей»

Тема: «Моделирование механических свойств мехатронного устройства с тремя степенями подвижности»

Выполнил:

студент гр. БМТ -418

Климов О.А.___________________

Проверил:

Мальцев В.Г. __________________

Омск 2012

Аннотация

В данной работе были решены следующие задачи:

1. Разработана кинематическая схема мехатронного устройства;

2. Разработана динамическая модель мехатронного устройства;

3. Построена рабочая зона мехатронного устройства;

Графическая часть представлена на 3 листах формата А1:

Лист 1 – кинематическая схема мехатронного устройства;

Лист 2 – динамическая модель мехатронного устройства;

Лист 3 –рабочая зона мехатронного устройства;

При выполнении задания использовалось программное обеспечение:

КОМПАС-3D V12 для выполнения графической части;

Курсовая работа содержит 24 листа, 10 рисунков и приложение.

Оглавление

Аннотация 2

Введение 4

1.Решение прямой и обратной задачи кинематики манипулятора 7

1.1.Прямая и обратная задача кинематики 7

1.2.Решение прямой и обратной задачи кинематики для исходной кинематической схемы 8

2. Решение прямой и обратной задачи динамики манипулятора 9

2.1. Составление уравнений Лагранжа 9

2.2. Расчет кинетической энергии звеньев 10

2.3. Расчет моментов инерции звеньев 13

2.4. Вычисление обобщенных сил 15

3. Построение рабочей зоны мехатронного устройства 20

3.1. Рабочая зона мехатронного устройства 20

3.2.Последовательность построения рабочей зоны исследуемого мехатронного устройства 21

4. Заключение 24

Библиографический список 25

Введение 4

1. Решение прямой и обратной задачи кинематики манипулятора 7

1.1. Прямая и обратная задача кинематики 7

1.2. Решение прямой и обратной задачи кинематики для исходной кинематической схемы 7

2. Решение прямой и обратной задачи динамики манипулятора 9

2.1. Составление уравнений Лагранжа 9

2.2. Расчет кинетической энергии звеньев 10

2.3. Расчет моментов инерции звеньев 12

2.4. Вычисление обобщенных сил 14

3. Построение рабочей зоны мехатронного устройства 19

3.1. Рабочая зона мехатронного устройства 19

3.2. Последовательность построения рабочей зоны исследуемого мехатронного устройства 20

4. Заключение 23

Библиографический список 24

Приложение

Введение

Прежде чем приступить к основным этапам разработки манипулятора и исследованию его механических свойств необходимо уяснить следующие вопросы:

1. Что такое манипулятор?

2. Для каких целей он предназначен?

3. Из чего состоит манипулятор?

4. Какие бывают виды манипулятора?

5. Какими техническими показателями он обладает?

Манипулятор – механизм для управления пространственным положением орудий, объектов труда и конструкционных узлов и элементов. Он выполняет двигательные функции имитирующие движение руки человека, либо напоминающие его.

Исходя из определения, можно судить о том, что манипулятор был создан для освобождения человека от участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов или информации, либо существенного уменьшения степени этого участия или трудоёмкости выполняемых операций. В случае применения промышленного робота в каком-либо процессе, можно говорить о том, что данный процесс автоматизирован или частично автоматизирован.

Автоматизируются:

- производственные процессы;

- проектирование;

- организация, планирование и управление;

- научные исследования;

- бизнес – процессы;

и другие сферы человеческой деятельности.

Технические системы, характеризующиеся наличием одного или нескольких роботов, называют робототехническими (роботизированными) системами.

Выполняя возложенные на него задачи, манипулятор перемещает в пространстве какой-либо объект, называемый объектом манипулирования. Объектом манипулирования называют тело, перемещаемое в пространстве манипулятором. К объектам манипулирования относят заготовки, детали, захватные устройства, вспомогательный, мерительный или обрабатывающий инструмент, технологическую оснастку и т.п.

Манипулятор представляет собой пространственный механизм с разомкнутой кинематической цепью. Конструктивно манипулятор состоит из следующих основных узлов: несущих конструкций; приводов; исполнительных механизмов и захватных устройств.

Исполнительный механизм – совокупность подвижно соединенных звеньев , предназначенных для воздействия на объект манипулирования. Исполнительный механизм, осуществляющий транспортирование и ориентирование объекта – называют рукой.

Захватное устройство – узел механической системы, обеспечивающий захватывание и удержание в определенном положении объекта манипулирования. Эти устройства – сменные в зависимости от объекта.

Соединение звеньев МС в кинематическую цепь осуществляется с помощью кинематических пар. В большинстве своем это пары V класса – вращательные или поступательные, обеспечивающие одну степень свободы. Совокупность некоторого числа подвижных звеньев обеспечивает механизму определенное число степеней подвижности. Числом степеней подвижности кинематической цепи называют число степеней свободы кинематической цепи относительно звена, принятого за неподвижное.

Основные технические показатели манипулятора определяются предполагаемой областью применения и условиями производства, для которых предназначается робот.

Грузоподъемность манипулятора определяется как суммарная грузоподъемность его рук.

Грузоподъемность руки манипулятора – наибольшая масса объектов манипулирования (включая массу захватного устройства), которые могут перемещаться рукой при заданных условиях (при максимальной или минимальной скорости, при максимальном вылете руки и т.п.)

Число степеней подвижности – это сумма возможных движений объекта манипулирования, относительно опорной системы.

Погрешность позиционирования манипулятора – отклонение исполнительного механизма от заданного положения при многократных повторениях рабочего цикла.

Установлено 3 градации точности позиционирования:

- 0,1 мм – для обслуживания операций высокой точности обработки;

- 0,1мм – 1 мм – для обслуживания операций точной обработки деталей;

- 1мм – 5 мм – для обслуживания операций нормальной точности деталей;

Оценивается в линейных и угловых единицах. Она является суммарной погрешностью позиционирования всех рабочих органов робота.

Погрешность отработки траектории рабочего органа манипулятора – отклонение фактической траектории от заданной по программе.

Рабочее пространство манипулятора – пространство, в котором может находиться рабочий орган при функционировании манипулятора.

Зона обслуживания манипулятора – часть рабочей зоны, где полностью сохраняются заданные (паспортные) значения технических характеристик манипулятора.

Мобильность манипулятора определяется его возможностью совершать движения. По мобильности роботы подразделяют на две группы: стационарные (обеспечивающие ориентирующие и транспортирующие движения) и передвижные (обеспечивающие дополнительно к названным еще и координатные движения).