Основные стадии проектирования и создания новой техники

При проектировании новой техники возникает необходимость проведения работ, связанных с анализом и синтезом новой конструкции.

Анализ осуществляется при заданных размерах и массе звеньев, когда

необходимо определить: скорости, ускорения, действующие силы, напряжения в звеньях и их деформации. В результате может быть произведен проверочный расчет на прочность, выносливость и т. д.

Синтез осуществляется при заданных скоростях, ускорениях, действующих

силах, напряжениях или деформациях. При этом требуется определить необходимые размеры звеньев, их форму и массу.

При синтезе часто решается задача оптимального проектирования конструкции, когда находятся необходимые показатели работы машины при наименьших затратах труда.

Обычно основными этапами создания новой конструкции являются:

1) разработка принципиальной схемы;

2) проектирование и расчет машины и отдельных ее узлов;

3) экспериментальные исследования и доводка опытного образца.

Проектирование новой техники включает следующие основные этапы:

а) разработка технического задания, включающего основные исходные данные;

б) разработка эскизного проекта, включающего выбор схемы и компоновку

основных узлов конструкции;

в) разработка технического проекта, где осуществлены основные расчеты и

представлены сборочный чертеж и другая документация.

При проектировании сложных механизмов обычно стремятся выделить из общей схемы отдельные, более простые типовые механизмы, проектирование которых имеет свои закономерности. К таким широко используемым в технике механизмам относятся: рычажные (стержневые), кулачковые, фрикционные, зубчатые и другие, причем с точки зрения строения, кинематики и динамики любой механизм можно заменить условным рычажным механизмом с последующим его анализом, поэтому структура, кинематика и динамика рычажных механизмов всегда рассматривается наиболее подробно.

Основы структуры и кинематики манипуляторов и промышленных роботов Виды манипуляторов и промышленных роботов

В качестве средств механизации применяются манипуляторы и промышленные роботы.

М анипулятором называется техническое устройство, предназначенное для воспроизведения рабочих функций руки человека. Первые конструкции и по внешнему виду напоминали руку человека. На рис. 1 показана схема копирующего манипулятора, состоящего из управляющего (У) и исполнительного (И) механизмов. Вследствие идентичности, движения звеньев исполнительного механизма копируют движения управляющего благодаря электромеханической связи между ними.

М

(Рис. 1) О – корпус; 1 – плечо; 2 – предплечье; 3 – кисть (захват); 4 – палец.

еханизм манипулятора представляет собой пространственную кинематическую цепь, звенья которой называются по аналогии с рукой. Плечо с корпусом образуют кинематическую пару, называемую плечевым суставом; аналогично: 1-2 – локтевой сустав; 2-3 – кистевой сустав. Звено 4 (палец) при рассмотрении структуры, кинематики и динамики манипулятора объединяются со звеном 3.

Копирующие манипуляторы используются в местах, исключающих присутствие человека. В зависимости от системы управления различают манипуляторы с ручным и автоматическим управлением. В манипуляторах с автоматическим управлением звенья получают движение от приводов, работающих по заданной программе. Предварительно на программу записываются действия оператора, связанные с перемещением звеньев управляющего механизма (на перфоленту или магнитные носители). После того программа может многократно использоваться.

Промышленные роботы (ПР) – это манипуляторы с автоматическим управлением, отличающиеся от обычных машин- автоматов применением механизмов, образованных из незамкнутых кинематических цепей, возможностью быстрой переналадки на выполнение различных программ, широким диапазоном пространственных движений рабочих органов.

Манипуляторы с автоматическим управлением, применяемые в машинах-автоматах для выполнения различных транспортных операций (загрузка, перемещение, выгрузка изделий и т. д.), работающие по жесткой (неизменяемой) программе называются автооператорами.

Конструктивные схемы манипуляторов ПР разнообразны, например манипулятор ПР, показанный на рисунке ниже, и имеет 5 степеней свободы

(рис. 2), а

(Рис.2)

его основными элементами являются: неподвижная станина –

О, вращающийся стол – 1, «рука» – 2.

Применяют в манипуляторах различные схваты в виде клещевых захватов, сдвигающихся губок, пневмоприсоcов, электромагнитов и др. Когда требуется информация о контакте с объектом манипулирования, на схвате установлены датчики. Наибольшее применение в рычажных механизмах манипуляторов получили кинематические цепи с одноподвижными кинематическими парами. Другие кинематические пары, например сферические шарниры, затрудняют подвод движений от приводов.

Различают три класса или поколения ПР с автоматическим управлением:

1) ПР, работающие по жесткой программе (применяются в машиностроении и выпускаются серийно); 2) ПР, работающие по комбинированной программе, сочетающей жесткую программу с элементами адаптации к неизвестным (меняющимся) условия внешней среды (например, поиск предмета в заданной зоне), а информация о внешней среде идет от соответствующих датчиков;

3) ПР с элементами искусственного интеллекта, где система управления сама формирует и реализует программу в зависимости от поставленной цели в процессе самообучения. Это кибернетические устройства.