КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА

Курсовой проект

Дисциплина: теория машин и механизмом.

Тема: «Структурный, кинематический и силовой анализ манипулятора».

Вариант 6-1

 

Выполнил: студент гр. 4-35-1

Коробова А.В.

Проверил: к.т.н., доцент

Люпа Д.С

 

 

Ижевск 2009

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение 3

1 Техническое задание 5

2 Структурный анализ механизма 6

3 Кинематический анализ механизма 7

3.1 Расчёт зоны обслуживания манипулятора 7

3.2 Расчет скоростей и ускорений 13

4 Расчёт звеньев манипулятора на прочность 24

4.1 Расчёт действующих статических напряжений 36

в звеньях манипулятора

4.2 Смещение по осям 37

Заключение 38

Список литературы 40

Приложение A 46

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Манипулятором называют техническое устройство, предназначенное для воспроизведения рабочих функций рук человека. Роботами-манипуляторами называют манипуляторы, снабженные органами перемещения и системами автоматического управления. Понятие «манипулятор» охватывает широкий класс управляемых человеком, непосредственно или по каналам связи, технических устройств, предназначенных для воспроизведения некоторых двигательных функций рук человека, в ходе выполнения которых осуществляется целенаправленное манипулирование объектом обработки или инструментом.

Крупнейшим достижением техники наших дней являются телеуправляемые «луноходы», снабженные своеобразными манипуляторами. Развитие медицины и медико-биологических исследований и микроминиатюризация аппаратуры вызвали к жизни микроманипуляторы, позволяющие с высокой точностью оперировать миниатюрными объектами. Перспективы развития манипуляторов связаны с приданием им способности осязать, обонять, видеть, ощущать дистанцию, уметь распознавать образы, реагировать на тепловые и электромагнитные излучения широкого диапазона.

Многообразие существующих манипуляторов делает необходимым их классификацию. В ее основе положены метод управления, вид связи между управляющими и исполнительными механизмами, а также некоторые конструктивные признаки.

Манипуляторы с механической (кинематической) связью были первыми устройствами, которые начали применяться в опасных для жизнедеятельности человека зонах. В этих манипуляторах обе руки связаны механическими передачами. Эти манипуляторы просты, надежны, удобны в работе. Манипуляторы с магнитным приводом находят применение в тех случаях, когда необходимо обеспечить абсолютную герметизацию объема камер (работы в зонах больших давлений, глубокого вакуума и т.д.).

Сервоманипуляторы – манипуляторы, в которых управляющий и исполнительный механизмы расположены дистанционно, связаны системами управления особого вида – обратимыми следящими системами (ОСС). Манипуляторы с кнопочным управлением состоят из исполнительного органа, который оснащен силовыми приводами (электрическими, гидравлическими и пневматическими) и связаны с пультом управления электрокабелем. Они могут быть рассчитаны почти на любую грузоподъемность. Манипуляторы с автоматическим управлением:

а) манипуляторы с жесткой программой действия; они воспроизводят определенную совокупность движений, включенных в программу, записанную на магнитную ленту в ходе первого цикла работ, выполняемого оператором, а затем периодически повторяется.

б) манипуляторы, операции движений которых определяются ЭВМ на основе информации о внешней среде.

Разрабатываются роботы – манипуляторы, которые обладают чувством осязания с помощью специальных датчиков, «зрением» с помощью телеаппаратуры и т.д. Эти машины обладают свойствами адаптации и самообучения.

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Рисунок 1-

Кинематическая схема четырёхзвенного манипулятора

 

 

Таблица 1. Техническое задание

№ Варианта	Звено	Длина, м	Угол поворота, град	Перемещение, м
		Общ	Расч	Общ	Расч
		1,5				2,0	0,5			0,2	0,2
	0,5						0,2	0,2
	1,5				1,0	0,5			0,2	0,2
	0,75	0,25					0,2	0,2

 

2 СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА

Выполним структурный анализ кинематической схемы манипулятора, представленной на рисунке 1. У представленного механизма 4 подвижных звена: 1, 2, 3 и 4.

· Начало системы координат и звено 1 образуют вращательную кинематическую пару А. Пара одноподвижная, число степеней свободы звена Н=1. Класс кинематической пары S = 6-Н = 6-1 = 5.

· Звенья 1 и 2 образуют вращательную кинематическую пару В. Пара одноподвижная, число степеней свободы Н=1.

S = 6-Н = 6-1 = 5.

· Звенья 2 и 3 образуют вращательную пару С. Пара одноподвижная, число степеней свободы Н=1.

S = 6-Н = 6-1 = 5.

· Звенья 3 и 4 образуют поступательную пару D. Пара одноподвижная, число степеней свободы Н=1.

S = 6-Н = 6-1 = 5.

Степень подвижности механизма определяется по формуле Чебышева для пространственных механизмов:

(1)

где: H – число степеней подвижности твёрдого тела

n – число подвижных звеньев

i – число подвижности в кинематической паре

p_i – количество кинематических пар пятого класса.

подставив данные механизма в формулу (1), получаем:

W=6n–5p₅=6*5-5*5=5

Таким образом, для придания определенности движению манипулятора, следует задать движение всем четырём его звеньям.

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА