Анализ замкнутого двухподвижного механизма (робота)
Характеристика двухподвижного четырехзвенника, его геометрический анализ. Анализ рабочей зоны манипулятора. Определение угловых координат входных звеньев, обеспечивающих попадание полюса двухподвижного манипулятора в точку с заданными координатами.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.07.2018 |
| Размер файла | 313,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Анализ замкнутого двухподвижного механизма (робота)
И.Б. Прямицын
В основе современных манипуляционных систем, как правило, лежат разомкнутые кинематические цепи, характеризующиеся большим рабочим пространством и высокой ориентирующей способностью. В то же время последовательное соединение звеньев не позволяет получить достаточно высокую жесткость кинематической цепи, что приводит к заметным погрешностям позиционирования.
Для устранения таких недостатков в структуру манипуляционных систем включают замкнутые многоподвижные цепи или создают роботы с чисто параллельной структурой.
Рис. 1. Двухподвижный манипулятор
Рассмотрим двухподвижный четырехзвенник (рис. 1). Проведем геометрический анализ данного механизма. Размыкая кинематическую цепь в шарнире B, приведем замкнутую цепь к открытой цепи. На рис. 2 показаны две открытые цепи (ветви): ОA, ABCD.
Рис. 2. Условный разрыв механизма в шарнире В
Из групповых уравнений
(1)
определим
(2)
(3)
где: - длины звеньев, - абсолютный угол, - относительный угол.
Здесь двойной знак перед радикалом указывает на два решения тригонометрических уравнений. Этим решениям соответствуют два варианта сборки звеньев 2 и 3 группы ВВВ.
Рис. 3. Два варианта сборки данного механизма
Числовой показатель варианта сборки группы ВВВ на ЭВМ определяется по знаку момента вектора относительно точки С:
(4)
Групповые уравнения (1) перепишем в виде:
(5)
откуда по правилу Крамера определим:
(6)
Тогда абсолютные координаты: .
Запишем якобиан для данного механизма:
(7)
Таким образом, при механизм попадает в особые положения (рис. 4).
Рис. 4. Одно из особых положений механизма
Рассмотрим рабочую зону данного механизма; она очень мала - это является главным недостатком роботов с замкнутой структурой (рис. 5, а). При изменении длин звеньев, можно добиться пересечения рабочих зон различных сборок механизмов (рис. 5, б). Осуществим переход через особое положение, путем установки дополнительного внутреннего двигателя.
Рис. 5. Рабочая зона манипулятора
Введем дополнительный двигатель (выключив при этом двигатель на звене ОА, т.е. ), тогда меняется структура механизма, а значит и особое положение (рис. 6).
двухподвижный четырехзвенник манипулятор полюс
Рис. 6. Смена входной координаты q1 на q2
Проведем геометрический анализ измененного механизма. Размыкая кинематическую цепь в шарнире B, приведем замкнутую цепь к открытой цепи (аналогично механизму с входными координатами q1 и q4), получим:
(8)
Отсюда можно получить якобиан для такой системы:
(9)
Таким образом, механизм попадает в особое положение при , то есть может пройти положение .
Одной из обязательных задач в механизмах роботов является решение обратной геометрической задачи.
Рис. 7. Решение обратной задачи
Определим угловые координаты входных звеньев и , обеспечивающих попадание полюса E двухподвижного манипулятора в точку с заданными координатами и (рис. 7). Неизвестный угол и искомую выходную координату получим из групповых уравнений (10):
(10)
откуда
(11)
Из выражений (11) найдем два значения
Далее из уравнений замкнутого контура OABCD
(12)
получим
(13)
и определим угол и входную координату . Здесь каждому значению и соответствует два значения и .
Таким образом, для одного положения точки Е возможны четыре конфигурации механизма (рис. 8).
Рис. 8. Четыре возможных конфигурации манипулятора
Каждому виду конфигурации соответствует своя матрица Якоби и свое рабочее пространство. Определитель матрицы Якоби
(14)
позволяет получить два условия:
(15)
определяющих границы между различными конфигурациями, и условие
(16)
задающее границу недостижимой области.
Эти алгоритмы решения данных задач были реализованы в компьютерной программе. На рис. 9, а показана схема механизма, точками представлена рабочая зона, ниже расположены кнопки управления механизмом для прохождения механизма через особое положение: при приближение к особому положению, необходимо включить дополнительный двигатель (управление входной координатой ). На рис. 9, б показаны возможные положения механизма (основной и пунктирной линиями) для попадания точки Е выходного звена механизма в заданную точку.
Рис. 9. Реализация алгоритмов в Excel
Список литературы
1. Евграфов А.Н., Коловский М.З., Петров Г.Н. Теория механизмов и машин: Учебное пособие для втузов СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003.- 238 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Структурная схема механизма робота-манипулятора в пространстве. Определение степени подвижности механизма робота-манипулятора. Анализ движения механизма робота-манипулятора и определения время цикла его работы. Определение и построение зоны обслуживания.
курсовая работа [287,4 K], добавлен 06.04.2012- Анализ конструкции манипулятора с двумя вращательными и двумя поступательными кинематическими парами
Структурный, кинематический и динамический анализ манипулятора. Расчет параметров зоны обслуживания устройства, скоростей и ускорений. Определение геометрических характеристик поперечного сечения звеньев манипулятора с учетом характера и вида нагружения.
курсовая работа [908,4 K], добавлен 19.06.2012 Описание схемы и расчет дифференциальных уравнений движения манипулятора с двумя степенями свободы. Кинематический анализ схемы и решение уравнений движения звеньев и угловых скоростей механизма. Реакции связей звеньев и мощность двигателя управления.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 06.08.2013Параметры манипулятора по представлению Денавита-Хартенберга (система координат, параметры звеньев и сочленение). Однородные матрицы преобразований для всех переходов системы координат. Решение прямой задачи кинематики с реализацией в среде SimMechanics.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 25.12.2013Автоматическая машина, состоящая из манипулятора и устройства программного управления его движением. Назначение и применение промышленного робота. Структурная схема антропоморфного манипулятора. Задачи механики манипуляторов и ее кинематический анализ.
реферат [179,3 K], добавлен 09.12.2010Использование промышленных роботов в процессе производства с опасными условиями труда. Разработка манипулятора: структурная схема механизма: определение уравнений движения, скорости и ускорения; расчёты параметров робота, построение зоны обслуживания.
курсовая работа [541,9 K], добавлен 06.04.2012Структурный и кинематический анализ механизма поршневого компрессора. Расчет скоростей и ускорений точек и угловых скоростей звеньев механизма методом полюса и центра скоростей. Определение параметров динамической модели. Закон движения начального звена.
курсовая работа [815,2 K], добавлен 29.01.2014Структурный анализ механизма, определение угловых скоростей и ускорений звеньев. Силовой анализ рычажного механизма, определение сил инерции, расчет кривошипа. Геометрический расчет зубчатой передачи, проектирование планетарного и кулачкового механизмов.
курсовая работа [387,7 K], добавлен 08.09.2010Структурный анализ механизма, его звенья и кинематические пары. Определение скоростей и ускорений точек звеньев и угловых скоростей звеньев. Силовой расчет рычажного механизма. Определение сил тяжести звеньев, инерции, момента инерции, реакции R34n и N5.
курсовая работа [619,4 K], добавлен 12.11.2022Анализ кинематических пар механизма, его структурные составляющие. Определение скоростей точек и угловых скоростей звеньев. Силовой анализ механизма. Построение диаграммы работ сил сопротивления и момента инерции методом графического интегрирования.
курсовая работа [136,6 K], добавлен 16.10.2009Описание конструкции и принципа действия манипулятора. Разработка гидропривода подвода захвата манипулятора. Определение потерь давления в аппаратах на этапе перемещения комплектов. Разработка технологического процесса изготовления приводной шестерни.
дипломная работа [483,5 K], добавлен 22.03.2018Патентно-информационное исследование и разработка структуры пневмопривода. Использование промышленного робота МП-9С для автоматизации технологических процессов, где необходимо осуществить захват, перенос и установку детали по координатам рабочей зоны.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 23.07.2012Выбор рабочей жидкости манипулятора. Расчет мощности и подачи насосов. Определение параметров распределителя. Выбор регулирующей и направляющей гидроаппаратуры. Расчет диаметров трубопроводов, потерь давления во всасывающем трубопроводе. Выбор фильтров.
курсовая работа [969,7 K], добавлен 09.06.2012Выбор оптимальной системы электропривода механизма выдвижения руки манипулятора, выбор передаточного механизма и расчет мощности электродвигателя. Моделирование режимов работы и процессов управления, разработка электрической схемы конструкции привода.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 09.01.2010Кинематическая схема механизма захвата, технические данные манипулятора. Энергетический баланс механической части электропривода. Передаточное число редуктора, номинальная скорость вращения выбранного двигателя и скорость движения исполнительного органа.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 22.05.2019Пространственные механизмы со многими степенями свободы. Синтез четырехзвенного манипулятора. Выбор передачи редуктора для требуемых звеньев. Расчет мощности привода четвертого звена. Расчет вала на прочность. Основные параметры и подбор подшипников.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 05.01.2013Манипулятор - механизм для управления пространственным положением орудий и объектов труда, характеристика его оснащения. Расчёт параметров механической системы манипулятора типа ВПП. Процесс работы манипулятора, его кинематическая система и мощность.
курсовая работа [48,4 K], добавлен 27.08.2012Составление уравнений геометрических связей, определение законов движения звеньев механизма, скоростей, ускорений. Определение скоростей точек и угловых скоростей звеньев с помощью мгновенных центров скоростей. Основные теоремы составного движения точки.
курсовая работа [456,2 K], добавлен 12.10.2009Структурный анализ рычажного механизма. Кинематическое исследование рычажного механизма графо-аналитическим методом. Определение скоростей и ускорений шарнирных точек, центров тяжести звеньев и угловых скоростей звеньев. Силовой расчёт устройства.
курсовая работа [800,0 K], добавлен 08.06.2011Структурный, динамический и кинетостатический анализ плоского рычажного механизма. Определение угловых скоростей его звеньев; внешних сил и моментов инерции, действующих на каждое звено и кинематическую пару. Проектный расчет механизма на прочность.
курсовая работа [104,7 K], добавлен 23.12.2010
