Кинематические схемы промышленных роботов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет при ЦНИИ робототехники и технической кибернетики

Кафедра «Интегрированные компьютерные технологии

в промышленности»

Отчет

по дисциплине: Проектирование сложных систем

Тема: «Кинематические схемы промышленных роботов»

Выполнил:

Студент группы 4174/10

Е.В. Моренков

Проверил:

д.т.н., профессор Голландцев Ю.А.

Санкт-Петербург 2011

Типы промышленных роботов

1. Промышленный робот прямоугольной системы координат - ПР-ПСК.

ПР применяются при автоматизации технологических процессов сборки изделий точной механики и радиоэлектроники. Грузоподъемность ПР не превышает 5 кг. Зона обслуживания ПР-ПСК невелика. Точность позиционирования зависит от жесткости кинематической схемы, которая обратно пропорциональна диапазону перемещения по каждой координате. Рабочая зона - параллелепипед.

2. Промышленный робот цилиндрической системы координат- ПР-ЦСК.

Это семейство роботов ранее было широко распространено благодаря простоте вычислений, что позволяло использовать не очень производительную вычислительную технику, и большой рабочей зоне. Однако в настоящее время оно уступает свои позиции роботам, работающим в угловой системе координат. Рабочая зона данных роботов - цилиндр с исключенной внутренней частью («мертвая зона»).

3. Промышленный робот сферической системы координат - ПР-ССК.

ПР имеет две вращательные степени подвижности и одну поступательную. Вращение осуществляется в горизонтальной и вертикальных плоскостях, а поступательное движение в вертикальной плоскости. Обычное место их применения - обслуживание горячештамповочных прессов, токарных станков, и разнообразных печей. Большинство роботов данной кинематической схемы построено с использованием гидропривода. Рабочая зона - сферическая поверхность.

4. Промышленный робот угловой системы координат - ПР-УСК.

Данное семейство является наиболее распространенным в наше время. Кинематическая схема таких роботов копирует человеческую руку. Их отличает большая грузоподъемность, гибкость и малые размеры «мертвой зоны». Основным недостатком является сложность вычислений в данной системе координат из-за большого взаимного влияния звеньев друг на друга, что требует больших вычислительных мощностей. Рабочая зона таких роботов в большинстве случаев - сфера.

5 Промышленный робот смешанной системы координат - ПР-СмССК

Данное семейство широко представлено в производстве, связанном со сборкой разнообразных механизмов, электронной промышленности и подобных. Основная особенность данных роботов - высокая точность позиционирования при высоком быстродействии, низкая грузоподъемность, минимальные собственные размеры и большая рабочая зона. В большинстве случаев рабочая зона таких роботов - цилиндр.

Промышленный робот, работающий в прямоугольной системе координат

Datron IR 0300

Рисунок 1. - Внешний вид ПР Datron IR0300

Таблица 1. - Технические характеристки ПР Datron IR0300

Размеры стола (W x D x H)	560 x 240 x 650 мм
Длина перемещений 1-го звена 2-го звена 3-го звена	0.56 м 0.985 м 0.89 м
Скорость перемещения звеньев	до 0.9 м/с вдоль оси/
Погрешность	±50 мм
Управление	Цифровой сервопривод
Максимальный вес	5 кг
Вес 70 кг

Рисунок 2. - Кинематическая схема ПР

Для приведения реальной кинематической схемы робота к расчетной, исключаем из рассмотрения перемещения, связанные с ориентирующими движениями захвата, т.е. замораживаем угловые перемещения.

Прямые уравнения кинематики для точки полюса ПР-ПСК:

обратные уравнения кинематики для точки полюса ПР:

Радиус-вектор, описывающий перемещение точки полюса ПР относительно начала координат:

.

Модуль скорости точки полюса ПР:

.

Модуль ускорения точки полюса ПР:

.

Проведем расчет ускорений по формулам:

,

где q_imax и q_imin - максимальное и минимальное значение координаты q, - максимальная скорость звена.

Таблица 2. - Расчёт максимального ускорения звеньев ПР-ПСК

	Управляемые параметры
	, м	0.01	0.05	0.1
	, м	0.561	0.99	0.99
, м/с	0.9	0.8	0.6
	0.7	0.8	0.2
, м/с2	2.45	1.135	0.674

Будем считать, что звенья представляют собой толстостенный полый цилиндр. Материал сталь (d_ст=7800 кг/м³)

Тогда:

.

кг,

,

,

,

,

,

кг,

кг,

кг.

Таблица 3. - Расчёт масс звеньев ПР-ПСК

№ звена	li, м	rб, м	rм, м	Кз	Rэ, м	m, кг
1	0.57	0.07	0.01	0.3	0.038	14.703
2	1	0.05	0.01	0.5	0.022	11.762
3	1	0.05	0.01	0.5	0.024	20.057
Масса основания	24.5
	71.02

Рассчитаем моменты инерции звеньев

1-е звено.

 кг*м².

2-е звено.

кг*м².

3-е звено.

кг*м².

Уравнения динамики:

Промышленный робот, работающий в цилиндрической системе координат

Робот Seiko RT 3200

Технические характеристики

Грузоподъемность, кг………5

Число степеней свободы…….4

Точность позиционирования, мм…±0.025

Наибольшие линейные перемещения руки, мм:

по вертикали…………120

по горизонтали……….305

Наибольший угол поворота руки (колонны) вокруг

вертикальной оси, град……….300

Наибольшие линейные скорости перемещения руки, мм/с:

по вертикали…………513

по горизонтали…………1000

Наибольшая скорость поворота, град/с:

колонны…………200

Масса, кг…….130

Рисунок 3. - Универсальный промышленный робот Seiko RT 3200

Рисунок 4. - Кинематическая схема ПР

Прямые уравнения кинематики ПР-ЦСК:

.

обратные уравнения кинематики ПР-ЦСК

.

Радиус-вектор точки полюса Р:

R=.

Модуль скорости точки полюса ПР:

.

Модуль ускорения точки полюса ПР:

a=.

Таблица 4. - Расчёт максимального ускорения звеньев ПР-ЦСК

	Управляемые параметры
	,	-2.62 рад	0.1 м	0.05 м
		2.62 рад	0.22 м	0.355 м
	3.49 рад/с	0.513 м/с	1 м/с
	0.6	0.5	0.7
	3.87 рад/с2	4.39 м/с2	4.68 м/с2

Согласно имеющемуся изображению данного промышленного робота, будем считать, что звенья представляют собой полые толстостенные цилиндры.

Число степеней свободы n=4. Имеется 1 ориентирующая степень подвижности.

кг,

,

,

,

,

кг,

кг.

Таблица 5. - Расчёт масс звеньев ПР-ЦСК

№ звена	li, м	rб, м	rм, м	Кз	Rэ, м	m, кг
2	0.12	0.15	0.12	0.5	0.122	44.17
3	0.305	0.2	0.1	0.5	0.073	40.27
Масса основания	45.5
	129.87

Погрешность в пределах 5%.

Рассчитаем моменты инерции звеньев.

3-е звено

кг*м².

Уравнения динамики:

Промышленный робот, работающий в сферической системе координат

Сферическая система координат характеризуется перемещением рабочего органа в точку пространства за счет перемещений по радиус-вектору r и угловым перемещениям ц и и в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Рабочая зона промышленного робота имеет в этом случае форму шара.

Robot welder

Рисунок 5. - Robot welder

Сфера применения: сварочные работы.

Технические характеристики

Рисунок 6. - Кинематическая схема робота

.

,

Тогда .

,

, => .

Радиус-вектор точки полюса Р:

.

Модуль скорости точки полюса ПР:

;

;

.

=.

Модуль ускорения точки полюса ПР:

a=.

Таблица 6. - Расчёт максимального ускорения звеньев ПР-ССК

	Управляемые параметры
	,	рад	-1.92 рад	1.168 м
		рад	1.92 рад	2.050 м
	рад/с	рад/с	0.15 м/с
	0.6	0.3	0.1
	0.545 рад/с2	0.238 рад/с2	0.255 м/с2

Число степеней свободы n=6. Имеются 3 ориентирующие степени подвижности.

 кг,

,

,

,

,

,

.

(<5%).

Таблица 7. - Расчёт масс звеньев ПР-ССК

№ звена	li, м	rб, м	rм, м	Кз	RЭ, м	m, кг
3	0.882	0.2	0.1	0.4	0.12	313.755
Масса основания	224
	537.755

кг*м².

Уравнения динамики:

Промышленный робот, работающий в угловой системе координат

промышленный робот кинематический звено

UNIMATE Puma 562

Рисунок 7. - UNIMATE Puma 562

Таблица 8. - Технические характеристики UNIMATE Puma 562

Основное	Осей	6
	Привод	Постоянного тока
Рабочая зона	Длины звеньев	878 мм
	Пределы звена 1	320 deg
	Пределы звена 2	250 deg
	Пределы звена 3	270 deg
Приемлемая нагрузка	Номинальная грузоподъемность	4 кг
	Разрешенная нагрузка на звено	4 кг на 127 mm
Исполнение	Повторяемость	762 +/- 0.1 мм 761 +/- 0.1 мм
	Максимальная скорость	1.0 м/с
	Максимальная угловая скорость	1.139 рад/с
Масса	Arm	163 кг
	Controller	200 кг

Рисунок 8. - Кинематическая схема ПР

Прямая задача

.

Обратная задача

=

=,

.

,

,

Введем такое б, что

, .

Тогда ,

,

.

Радиус-вектор точки полюса Р:

.

Модуль скорости точки полюса ПР:

.

Ускорение точки полюса ПР:

,

где ,

,

.

Таблица 9. - Расчёт максимального ускорения звеньев ПР-УСК

	Управляемые параметры
	, рад	-2.793	-2.182	-2.356
	, рад	2.793	2.182	2.356
, рад/с	1.139	1.139	1.139
	0.2	0.7	0.35
, рад/с2	1.161	0.425	0.787

Согласно имеющемуся изображению данного промышленного робота, будем считать, что звенья представляют собой цилиндры.

Число степеней свободы n=6. Имеются 3 ориентирующие степени подвижности.

 кг;

;

;

.

,

,

кг,

Таблица 10. - Расчёт масс звеньев ПР-УСК

№ звена	li, м	rб, м	Кз	RЭ, м	m, кг
2	0.87	0.15	0.16	0.066	93.454
3	0.87	0.15	0.16	0.06	77.454
Масса основания	200
	370.908

Погрешность в пределах 5%.

Рассчитаем моменты инерции звеньев.

2-е звено.

Вращение вокруг неподвижной оси, совпадающей с осью Oz

кг*м².

3-е звено.

кг*м².

Уравнение динамики:

+,

, ,,

Промышленный робот, работающий в смешенной системе координат

Таблица 11. - Технические характеристики робота TH 180

Длина звена	Общая	180 мм
	Звено 1	70 мм
	Звено 2	110 мм
Рабочая зона	Ось 1	±120°
	Ось 2	±140°
	Ось 3 (Z-ось)	120 мм
Максимальная скорость	Ось 1	533°/с
	Ось 2	480°/с
	Ось 3 (Z-ось)	8 мм/с
	Комбинированная	2.6 м/с
Стандартная повторяемость	Горизонтальная 100мм Вертикальная 25мм	0.35с (с нагрузкой 1 кг)
Грузоподъемность	Мах грузоподъемность	2 кг
	Допустимый конечный момент инерции	0.01 кг/м2
Точность позиционирования	X,Y (горизонтальная)	±0.01 мм
	Z (Вертикальная)	±0.01 мм
Масса	9 кг

Рисунок 9. - Toshiba SCARA TH180

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Рисунок 10. - Кинематическая схема ПР

,

,

.

Пусть

Тогда

Радиус-вектор точки полюса Р:

.

Модуль скорости точки полюса ПР:

.

Ускорение точки полюса ПР:

.

Таблица 12. - Расчёт максимального ускорения звеньев

	Управляемые параметры
		-1.047 рад	-1.222 рад	0.01 м
		1.047 рад	1.222 рад	0.13 м
	9.303 рад/с	8.378 рад/с	0.8 м/с
	0.8	0.7	0.9
	25.82 рад/с2	20.52 рад/с2	5.93 м/с2

Согласно имеющемуся изображению данного промышленного робота, будем считать, что звенья представляют собой цилиндры.

Число степеней свободы n=4. Имеется 1 ориентирующая степень подвижности.

кг,

,

,

,

,

,

кг,

кг,

кг.

Таблица 13. - Расчёт масс звеньев ПР-СмСК

№ звена	li, м	rб, м	Кз	RЭ, м	m, кг
1	0.07	0.03	0.5	0.023	0.919
2	0.11	0.02	0.5	0.014	0.539
3	0.12	0.025	0.5	0.04	4.772
Масса основания	3
	9.23

Погрешность в пределах 5%.

Рассчитаем моменты инерции звеньев.

1-е звено.

кг*м².

2-е звено.

кг*м².

3 звено.

кг*м².

Уравнение динамики:

,

где , , .

Размещено на Allbest.ru