Описание установки

Установка (рисунок 6.5) представляет собой модель кулачкового механизма, работающего по толкателю. (1 ~ кулачок; 2 - толкатель). Для измерения угла поворота кулачка служит шкала 8 и указатель 9. Перемещение толкателя замеряется по шкале 3. Величина дезаксиала е устанавливается по шкале 5 путем сдвига ползуна 6 при открепленных винтах 4 в пазу 7 стойки 10.

Рисунок 6. 4 - Зависимость угла давления от параметров кулачка

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Зарисовать схему кулачкового механизма, замерить основные параметры кулачка (r₀, R_max , h, _У, _В, _ДС, _бс, r_Р).

2. Поворачивая кулачок из нижнего крайнего положения на небольшие углы ₁ (20°÷30°), замерить соответствующие перемещения толкателя по шкале 3.

3. По результатам измерения построить диаграмму S₂ = S₂(₁), предварительно выбрав масштабные коэффициенты Ks₂ и К₁.

4. Графическим дифференцированием получить диаграммы =S’(₁) и =S”(₁) по соответствующим формулам определить масштабные коэффициенты К и К .

5. Для положения при наибольшем значении рассчитать угол давления α_max и проверить его на опасность зацикливания α_max < [α_max], где [α_max] -допускаемый угол давления.

Рисунок 6.5 – Схема установки кулачкового механизма

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется кулачковым механизмом, кулачком, толкателем, коромыслом?

2. На какие виды подразделяют кулачковые механизмы?

3. Назовите основные параметры кулачка?

4. Что называется центровым профилем кулачка?

5. Что называется углом давления? От каких параметров зависит его величина?

6. Какое условие должно выполняться, чтобы не было заклинивания кулачка в кулачковым механизме?

7. Какова задача кинематического анализа кулачковых механизмов?

8. Какие геометрические параметры должны быть заданы при кинематическом анализе кулачкового механизма?

9. Что называется масштабным коэффициентом?

10. Что такое аналог скорости и аналог ускорения? В чем суть метода графического дифференцирования способом хорд?

11. На какие типы подразделяются законы движения выходных звеньев кулачковых механизмов?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РОБОТА-МАНИПУЛЯТОРА

Цель работы - овладение практическими навыками в составлении структурных схем механизмов и определение некоторых технических характеристик манипулятора.

При решении задач комплексной механизации и автоматизации

производственных процессов, как для основных, так и для вспомогательных операций широко используются автооператоры, манипуляторы и промышленные роботы.

Автооператор - это автоматическое устройство, работающее по жесткой программе, и предназначенное для выполнения вспомогательных и транспортных операций (загрузка, перемещение, выгрузка изделий и т.п.).

"Схват" автооператора, выполненный в виде клещевого захвата, пневматического присоса, электромагнита или другим способом, чаще всего движется по траектории: подъем вертикально вверх, поворот в горизонтальной плоскости, опускание вертикально вниз (рисунок 7.1).

Рисунок 7.1 – Схема автооператора

Обратное движение осуществляется по тому же пути, причем длина вертикальных участков траектории может от цикла к циклу изменяться в соответствии, например, с высотой штабеля. Степень свободы такого автооператора:

W = 6n - 5Р₅ - 4Р₄ - ЗР₃-2Р₂ –P₁=6·2-5·2 = 2 (7.1)

где n - число подвижных звеньев;

Р₅,Р_4,Р_3,Р_2,P₁- число соответственно одноподвижных, двухподвижных, трех-, четырех-, пятиподвижных кинематических пар.

Управление автооператорами осуществляется посредством концевых выключателей, упоров релейных схем.

Принципиально более высокий уровень автоматизации производственных процессов обеспечивает использование манипуляторов и промышленных роботов.

Промышленный робот - это автономно функционирующая машина-автомат, предназначенная для воспроизведения некоторых двигательных и умственных функций человека при выполнении основных и вспомогательных производственных операций.

В современном понимании промышленный робот наделен тремя возможностями: физическими (движение рабочего органа, силовое воздействие),функциональными (приспособляемость, универсальность) и умственными (память, логика, способность восприятия окружающей среды, обучаемость).

Для выполнения своих функций всякий робот должен иметь: 1) систему управления; 2) исполнительный механизм.

В качестве исполнительного механизма в промышленных роботах применяется манипулятор.

Манипулятор - это техническое устройство, предназначенное для воспроизведения рабочих функций рук человека.

Основные рабочие операции, выполняемые манипулятором - это взятие объекта манипулирования (например, детали), перемещение его в требуемую точку пространства и ориентация его нужным образом.

Технические характеристики роботов-манипуляторов

В манипуляторах используются пространственные незамкнутые кинематические цепи с несколькими степенями свободы. Каждой степени свободы соответствует отдельное приводное устройство.

Число степеней свободы манипулятора можно определить как сумму степеней свободы всех кинематических пар, соединяющих его звенья:

(7.2)

где - число одноподвижных, двух-, трех-, четырех-,

пятиподвижных кинематических пар.

Но в то же время степень свободы манипулятора, представляющего пространственную кинематическую цепь, можно определить как и по формуле А.П. Малышева:

(7.3)

где n - число подвижных звеньев манипулятора.

Примечание - при подсчете W манипулятора движение "схвата* не учитывается. На рисунке 7.2 показана структурная схема манипулятора, число cпеней свободы которого

(7.4)

или

(7.5)

Все степени свободы манипуляторов и промышленных роботов можно разделить на три группы:

- степени свободы основания, обеспечивающие глобальные перемещения всего манипулятора или робота (W = 0 или 1);

-степени свободы руки манипулятора, обеспечивающие региональные перемещения, посредством которых схват с объектом манипулирования изменяет свое положение в пространстве (W = 3);

- степени свободы кисти (захватной головки), обеспечивающие локальные перемещения для ориентации объекта манипулирования в пространстве (W=2 3).

Универсальные роботы-манипуляторы имеют 5÷7 степеней свободы. Роботы с большим числом степеней свободы называются высокоманевренными

Рисунок 7.2 – Схема манипулятора

Рабочее пространство робота-манипулятора - это часть пространства, ограниченная поверхностью, в любую точку которой может попасть захватное устройство или выступающие части робота (свободные концы звеньев, кабели, шланги и т.п.).

Зона обслуживания, часть пространства, ограниченная поверхностью, б любую точку которой может быть доставлен схват (точнее, центр охвата). Чтобы получить объемную зону обслуживания, манипулятор должен иметь не менее трех степеней свободы.В конструкциях манипуляторов применяются такие сочетания кинематических пар, при которых рука может перемещаться в прямоугольной, цилиндрической или сферической системе координат в зависимости от формы зоны обслуживания).

В прямоугольной системе координат объект манипулирования перемещается в заданную точку зоны обслуживания (рисунок 7.3) путем прямолинейных перемещений звеньев манипулятора по трем взаимно перпендикулярным осям. Зона обслуживания имеет форму параллелепипеда

Рисунок 7.3 – Схема манипулятора с прямоугольной системой Манипулирования

На рисунке 7. 4 показана кинематическая схема манипулятора, работающего в цилиндрической системе координат. Зона обслуживания получается в виде части полого цилиндра.

Рисунок 7.4 – Схема манипулятора с цилиндрической системой манипулирования

На рисунке 7.5 показана кинематическая схема манипулятора, работающего в сферической системе координат.

Зона обслуживания такого манипулятора получается в виде части полого шара.

Рисунок 7.5 – Схема манипулятора со сферической системой Манипулирования

Важной характеристикой манипулятора является маневренность механизма Маневренность механизма манипулятора определяет возможность обхода рукой манипулятора различных препятствий в зоне обслуживания и зависит от числа степеней свобода механизма манипулятора при фиксированном положении охвата.

Рисунок 7.6 – Схема манипулятора “рука”

На рисунке 7.6 показана схема манипулятора, имеющего маневренность

М=6n - 5Р₅ - 3P₃ = 6 • 2 - 5 ·1 - 3 · 2 = 1, (7.6)

т.е. при фиксированном охвате звенья 1 и 2 могут свершать вращение вокруг оси проходящей через центры шаровых шарниров А и С, что дает возможность обойти препятствие при подходе схвата к т. Д

Коэффициент сервиса характеризует возможность подхода схвата к заданной точке с разных направлений и дает представление о двигательных возможностях механической системы, робота.

На рисунке 7.7а показано несколько положений оси охвата в точке Д и расположение остальных звеньев механизма. Очевидно, что ось схвата в пространстве описывает некоторый телесный угол ∂ (рисунок 7.7 б) - угол сервиса.

Отношение  =∂/4 называют коэффициентом сервиса. Очевидно, что в разных точках зоны обслуживания коэффициент сервиса будет разный. Например, на внешней граничной поверхности рабочей зоны он будет равен нулю, а в зоне полного сервиса - единице.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с механизмом робота. Включить робот, проследить движение всех звеньев манипулятора, установить какими кинематическими парами они соединены.

2. Вычертить структурную схему манипулятора

3. Пронумеровать все звенья, обозначить все кинематические пары, выяснить, к какому классу они относятся

4. Посчитать степень свободы манипулятора

5. Выяснить, какова зона обслуживания манипулятора

6. Определить маневренность манипулятора

7. Определить коэффициент сервиса

Рисунок 7.7 – Угол сервиса манипулятора

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется звеном, кинематической парой, кинематической цепью, механизмом, автооператором, манипулятором, роботом?

2. Область применения автооператоров, манипуляторов и промышленных роботов?

3. Как классифицируются кинематические пары по числу условий связи?

4. Какие кинематические цепи применяются в манипуляторах?

5. Как определить степень свободы манипулятора?

6. Сколько приводных устройств должно быть в манипуляторах?

7. Что называется рабочим пространством, зоной обслуживания манипулятора?

8. Какие формы зон обслуживания применяются в манипуляторах?

9. Как определить маневренность манипулятора?

10. Что называется коэффициентом сервиса?

Учебное издание

ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН

Учебно-методическое пособие

Составители:

Попов Виктор Николаевич

Горюнова Фаина Константиновна

Редактор А.А. Щербакова Технический редактор Т.В. Богуцкая

Подписано в печать Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная Гарнитура Таймс. Ризография. Усл. Печ. л. Уч.-изд.л. Тираж экз. Заказ

Учреждение образования «Могилевский государственный университет продовольствия».

Пр-т Шмидта, 3, 212027, Могилев.

ЛИ № 02330/013913 от 08.02,2007.

Отпечатано в учреждение образования «Могилевский государственный

университет продовольствия».

Пр-т Шмидта, 3, 212027, Могилев.

4