Анализ конструкции манипулятора с двумя вращательными и двумя поступательными кинематическими парами
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
Министерство образования и науки РФ
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Ижевский государственный технический университет
Кафедра: Мехатронные системы
Курсовой проект
по дисциплине Теория машин и механизмов
Выполнил:
студент гр. 4-35-1
Дудка А. А.
Ижевск 2011
Содержание
Задание
Введение
. Структурный анализ руки манипулятора
. Кинематический анализ
.1 Расчет зоны обслуживания манипулятора
.2 Расчет скоростей и ускорений
. Силовой расчет
. Прочностной расчет
Заключение
Список литературы
Приложения
Задание
Схема 4
О
Рисунок 1 - Схема манипулятора
Таблица 1 - Вариант задания
ВариантЗвеноДлина, мУгол поворота, градПеремещение, мм
с-2 с-1а,
м/с2,
м/сОбщРасчОбщРасч111,53601800,20,220,51,00,50,20,231,51,00,50,20,240,750,2536000,20,2
Введение
Манипулятор - управляемое устройство или машина для выполнения двигательных функций, оснащенная рабочим органом, который предназначен для имитации перемещений и рабочих функций кисти руки оператора. Манипулятор состоит из нескольких звеньев кинематических пар с поступательными и угловыми перемещениями, снабжённых приводом. На последнем звене механизма присутствует рабочий орган в виде захватывающего устройства. В настоящее время в роботах используются приводы различных типов, например, пневматические, электрические, гидравлические и т.д.
В данном курсовом проекте рассматривается манипулятор с двумя вращательными и двумя поступательной кинематическими парами. Для данного манипулятора проводятся структурный анализ, кинематический и динамический, в результате которых определяются зона обслуживания, строятся планы скоростей и ускорений, и в соответствии с динамическими нагрузками определяются оптимальные параметры поперечного сечения каждого звена. После чего рассчитываются их прогибы и проверяются условия жесткости и точности позиционирования. По итогам работы строится зона обслуживания манипулятора, планы скоростей и ускорений, эпюры сил и моментов.
1.Структурный анализ руки манипулятора
Класс кинематических пар
Число подвижных звеньев представленного манипулятора: n=4.
В данной работе рассматривается манипулятор, в состав кинематической цепи которого входят 4 звена и 4 кинематические пары механизм с двумя вращательными и с двумя поступательными кинематическими парами.
Первая кинематическая пара - поступательная, число степеней свободы Н=1, число условий связи S=6-H=6-1=5. Следовательно первая кинематическая пара 5 класса.
Вторая кинематическая пара - вращательная, число степеней свободы Н=1, число условий связи S=6-H=6-1=5. Следовательно вторая кинематическая пара 5 класса.
Третья кинематическая пара - поступательная, число степеней свободы Н=1, число условий связи S=6-H=6-1=5. Следовательно третья кинематическая пара 5 класса.
Четвертая кинематическая пара - вращательная, число степеней свободы Н=1, число условий связи S=6-H=6-1=5. Следовательно четвертая кинематическая пара 5 класса.
Степень подвижности и класс механизма
Число степеней подвижности механизма:
W=6n-5p5=6?4-5?4=4.
структурный кинематический манипулятор звено
2. Кинематический анализ
.1 Расчет зоны обслуживания манипулятора
,
где -вектор, определяющий положение схвата относительно начала координат - точки О.
Матрицы длин звеньев:
Матрицы перемещений:
Матрицы поворота вокруг осей:
.
.
Подставляем значения длин звеньев, перемещений и углов поворота для крайних точек зоны обслуживания. Для построения зоны обслуживания координаты схвата при различных значениях углов поворота и перемещений звеньев можно увидеть в таблице 2, а на рисунке 1.1 - зона обслуживания.
?10,градq2,мq3,м?43,градx0y0z03601,01,0360-1,2501,80000-0,2502,89001,00-1,2500000180-0,4502,2901,009002,752,359001,0180-0,25-3,31,2Таблица 2 - Координаты схвата
Рисунок 1.1 - зона обслуживания манипулятора
2.2 Расчет скоростей и ускорений
Расчет ведем для положения манипулятора, изображенного на рисунке 2.
Рисунок 2 - Схема манипулятора для расчета скоростей и ускорений
Известны линейные и угловые относительные скорости и ускорения звеньев руки:
.
Определить угловые скорости всех звеньев руки манипулятора, а также линейные скорости и ускорения точек А B, C, D и Е.
Решение:
Расчет угловых скоростей и ускорений.
Для звена 1 определяем векторы угловой скорости и углового ускорения и соответствующие матрицы:
Для звена 2 определяем векторы угловой скорости и углового ускорения и соответствующие матрицы:
Для звена 3 угловую скорость и ускорение определяем с помощью векторных уравнений:
Для звена 4 угловую скорость и ускорение определяем с помощью векторных уравнений:
Для определения проекций векторов на оси координат записываем матричные уравнения:
Cледовательно