Министерство образования и науки РФ

ФБГБОУ ВПО

«Ижевский государственный технический университет имени М.Т.Калашникова»

Кафедра «Мехатронные системы»

Лабораторная работа

Дисциплина: «Основы мехатроники»

Тема: «Расчет захватного устройства для промышленного робота»

Выполнил:

студент гр. 5-35-1

Рудин Р.А.

Проверил:

д.т.н., профессор

Щенятский А. В.

Ижевск 2012 Техническое задание

Разработать захватное устройство (ЗУ). Объект манипулирования – ступенчатый вал (схема представлена на рисунке 1). Тип захватного устройства – ЗУ с рычажно-ползунным передаточным механизмом (кинематическая схема ЗУ представлена на рисунке 2). Вид движения рабочего элемента – плоскопараллельное.

Рисунок 1 – Схема детали

Рисунок 2 – Кинематическая схема захватного устройства

Введение

Промышленный робот (ПР) – автоматическая машина, стационарная или передвижная, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и устройства программного управления для выполнения двигательных и управляющих функций.

Захватное устройство (ЗУ) промышленных роботов служит для захватывания и удержания в определенном положении объектов манипулирования. Эти объекты могут иметь различные размеры, форму, массу и обладать разнообразными физическими свойствами, поэтому ЗУ относят к числу сменных элементов ПР. Как правило, ПР комплектуют набором типовых (для данной модели) ЗУ, которые можно менять в зависимости от требований конкретного рабочего задания. Иногда на типовой захват устанавливают сменные рабочие элементы (губки, присоски и т.п.). К ЗУ предъявляются требования общего характера и специальные, связанные с конкретными условиями работы. К числу обязательных требований относятся:

1. Надежность захватывания и удержания объекта манипулирования при условии соблюдения необходимых скоростных характеристик манипуляционного механизма. Надежное удержание детали во время разгона и торможения;

2. Стабильность базирования; недопустимость повреждения или разрушения объекта. Сохранность детали и ее поверхности в процессе захвата;

3. Прочность ЗУ при малых габаритных размерах и массе и высокая надежность работы;

4. Необходимое соответствие с технологическим процессом и смежным оборудованием по точности позиционирования;

5. Простота конструкции, агрегатно-модульный принцип ее построения;

6. Надежность крепления ЗУ к руке манипулятора;

7. Простота управления и малое время срабатывания.

Массу захвата и его габариты обычно стремятся по возможности уменьшить, так как увеличение массы ведет к появлению значительных дополнительных инерционных сил и увеличению деформаций конструкции робота. А увеличение габаритов мешает выполнения рабочих операций в ограниченном пространстве.

1 Расчет усилий захватывания

На рисунке 3 представлена схема расчетной детали.

Рисунок 3 – Схема детали

Материал заготовки – Сталь 10 ГОСТ 1050-88 ()

Размеры детали:

Определяем вес и центр тяжести детали:

- объем цилиндра

– объем детали

= 3777,825 = 2950 г = 2.95кг – масса детали

Вес детали:

; ;

Центр тяжести детали:

=

Принимаем такое положение объекта манипулирования в захватном устройстве, когда объект непосредственно поддерживается пальцами схвата, а силы трения практически не участвуют в удержании. Схема удержания объекта представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Схема удержания детали

Выбираем тип робота: KR5 ARC

Полезная нагрузкПолезная нагрузка	5 kg
дополнительная нагрузка	12 kg
Макс. радиус действия	1412 mm
Количество осей	6
Стабильность повторяемости	<± 0,04 mm
Вес	127 kg
Монтажное положение	На полу, потолке
Система управления	KR C

Монтажное положение: на полу, на потолке

Деталь будет схватываться за центр тяжести, поэтому дополнительных моментов возникать не будет.

Расчет удерживающих усилий проводится в зависимости от схемы удерживания, формы звеньев, особенностей движения схвата. Рассмотрим три случая движения захватного устройства с объектом манипулирования и определим усилие захватывания. Сила захватывания F_захв определяется как произведение суммы сил F₁ и F_2, sin60° и коэффициента запаса k=1,5.

Первый случай – прямолинейное движение.

Исходные данные: V = 1,2 м/с; a= 2,3 м/с².

Рисунок 5 – Схема сил, действующих на деталь при прямолинейном движении

Второй случай – движение по окружности.

Исходные данные: R = 1,2 м/с; ω = 1,9 рад/с; ε = 3,6 рад/с².

Рисунок 6 – Схема сил, действующих на деталь при движении по окружности

- центростремительная сила

- сила инерции

Силы без учета :

Силы с учетом:

, где f = 0,15 – коэффициент трения для стали

где силы без учета инерции

Третий случай – движение вертикально вверх.

Исходные данные: V = 1 м/с; a= 2 м/с².

Рисунок 7 – Схема сил, действующих на деталь при движении вертикально вверх