Разработка параметрической геометрической модели манипуляционного механизма робота

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Московский государственный технологический университет

"СТАНКИН"

Кафедра "Робототехника и мехатроника"

Учебный курс "Системы автоматического проектирования мехатронных модулей и робототехнических комплексов""

Пояснительная записка к курсовой работе

Вариант №2

Разработка параметрической геометрической модели манипуляционного механизма робота

Выполнил: Бакаев Д.В.

Принял: Игнатьев В. А.

Москва

2014



Оглавление

1. Задание на курсовой проект

2. Кинематическая схема робота

3. Построение трёхмерных компонентов конструкции

3.1 Построение детали "Плита"

3.2 Построение детали "Рама"

3.3 Построение детали "Плечо"

3.4 Построение детали "Схват"

4. Сборка модели механизма

5. Определение переменных параметров

6. Задание закона изменения обобщённых координат

7. Создание анимации модели

Приложение



1.Задание на курсовой проект

Разработать параметрическую геометрическую модель манипуляционного механизма робота. Схема робота представлена на рис. 1:

Рис. 1. Схема модели робота РКТБ



2. Кинематическая схема робота

Кинематическая схема робота РКТБ представлена на рис. 2

Рис. 2. Кинематическая схема робота РКТБ

Проектирование компьютерной модели осуществлялось в программе "КОМПАС 3D".



3. Построение трёхмерных компонентов конструкции

На рис. 3 представлена трёхмерная модель конструкции манипуляционного механизма в изометрии XYZ.

Рис. 3. Компьютерная модель робота РКТБ

Конструкция робота состоит из следующих компонентов:

1. Плита

2. Рама

3. Плечо

4. Захватное устройство

Детально рассмотрим построение моделей всех компонентов.

3.1 Построение детали "Плита"

На рис. 4 показано изображение модели детали "Плита".

Рис. 4. Модель детали "Плита"



Этапы проектирования модели:

1. В плоскости XY создаётся эскиз контура профиля детали "Основания". На рис. 5. представлен эскиз контура.

Рис. 5. Эскиз контура профиля детали "плита"

2. Далее используем операцию "Выдавливания" эскиза на длину 200мм. На рис. 6 представлен результат операции.

Рис. 6. Результат "Выдавливания" эскиза

3. Следующий шаг - создание отверстия на верхней грани для соединения с деталью "стойка". Создаём эскиз отверстия диаметром 50 мм. Далее запускаем функцию "Вырезать элемент выдавливанием" и создаем отверстие глубиной 50 мм. На рис. 7 представлен результат операции.

Рис. 7. Результат выполнения операции "Вырезать элемент выдавливанием"

4. Создаем скругления диаметром 20 мм на ребрах детали. Результат операции представлен на рис. 8.

Рис. 8. Результат операции "Скругление"

На этом этапе создание детали "Основание" завершено.

3.2 Построение детали "Рама"

На рис. 9 показано изображение модели детали "Рама".

Рис. 9. Модель детали "Рама"

Этапы проектирования модели:

1. Создаём эскиз в плоскости ZX. На рис. 10 представлено изображение этого эскиза.

Рис. 10. Эскиз контура детали "Рама"

2. Проводим операцию "Выдавливание" на высоту 1400 мм. Результат выполнения этого действия представлен на рис. 11.

Рис. 11. Результат выполнения операции "Выдавливание"

3. Создаём эскиз в плоскости построенной фигуры. Эскиз выпонен в виде прямоугольника размером 200*800мм.

Рис. 12. Эскиз

4. Проводим операцию выдавливания на расстояние 300мм. Результат выполнения этого действия представлен на рис. 13.

Рис. 13. Результат выполнения операции "Выдавливание"

5. На основании детали делаем эскиз направляющей, чертим окружность 100мм и выдавливаем её на 50мм.Результат отображен на рисунке 14.

Рис. 14. Результат выполнения операции №5.

На этом этапе создание детали "Рама" завершено.

3.3 Построение детали "Плечо"

На рис. 15. представлено изображение модели детали "Плечо".

Рис. 15. Модель детали "Плечо"

Проектирование модели состоит из следующих этапов:

1. Создаётся эскиз в плоскости XY размерами 200х200 мм.. На рис. 16.

Рис. 16. Эскиз профиля крепления детали "Плечо"

2. Далее проводим операцию "Выдавливание" на длину 1400 мм. На рис. 17. Представлено изображение результата выполнения операции.

Рис. 17. Результат выполнения операции "Выдавливание"

3. Далее на левой грани и правой гранях плеча, создаются 2 эскиза (вспомогательные элементы). Размеры каждого из них, 200х300 и 100х300мм.. Далее проводим операцию "Выдавливание" на расстояние 200 мм. Результат выполнения операции представлен на рис. 18.

Рис. 18. Создание вспомогательных элементов для детали "Плечо"

4.На левой грани элемента делаем эскиз окружности 50мм для осевой линии и выдавливаем его на 50мм.Результат выполнения операции представлен на рис 19.

Рис.19. Отверстие для осевой линии.

3.4 Построение детали "Схват"

1.Создание эскиза детали "Схват" П-образной формы 200х200. Далее проводим операцию выдавливания на 25мм. Рис 20.

Рис. 20.Эскиз и выдавливание детали "Схват"

2.Далее делаем эскиз окружности 50мм. и проводим операцию выдавливание на 50мм., для осевой линии и крепления схвата к раме.. Результат показан на Рис.21.

Рис. 21. Результат выдавливания эскиза окружности..



4. Сборка модели механизма

Следующая задача - создание сборки манипуляционного механизма. Для этого необходимо провести сопряжение всех деталей друг с другом. Кроме того, необходимо создать такие соединения компонентов, при которых возможна параметризация модели. Главная цель - задание обобщенных координат робота в рамках существующих сопряжений. Рассмотрим поподробнее процесс создания сборки.

1. В программе "КОМПАС 3D" создаем "Сборку". В сборке используя функцию "Добавить компонент" добавляем созданные детали.

2. Добавляем деталь "Плита", которую привязываем к системе координат сборки.

3. Добавляем компонент "Рама". С помощью сопряжений "На расстоянии" и "Соосность" и "Под углом" соединяем детали "Плита" и "Рама". Используется сопряжение "Под углом" для задания угла вращения захватного устройства относительно главной оси.

4. Добавляем компонент "Плечо". С помощью сопряжений "На расстоянии", "Параллельность" и "Совпадение" деталь "Плечо" сопрягается с деталью. "Рама".

5. Добавляем компонент "Схват". С помощью сопряжений "На расстоянии", "Соосность" и "Под углом" соединяются детали "Плечо" и "Схват". Используется сопряжение "Под углом" для задания угла вращения захватного устройства относительно детали "Плечо".

Таким образом создается сборка манипуляционного механизма.



5. Определение переменных параметров

Необходимо задать обобщенные координаты робота для создания параметризованной модели. На рис. 22 представлена кинематическая схема и обобщенные координаты.

Рис. 22. Обобщенные координаты робота

Рассмотрим процесс создания переменных для задания обобщенных координат.

Необходимо открыть окно "Переменные" (Панель инструментов - переменные). Выбрать в списке и раскрыть позицию "Сопряжения". Откроется список всех имеющихся сопряжений в сборке. Как было сказано ранее, для задания обобщенных координат используются сопряжения "Под углом". Переменная q1 задаётся с помощью сопряжения "Под углом" между деталями "Плита" и "Рама". Переменная q2 задаётся с помощью сопряжения "Под углом" между деталями "Схват" и "Плечо". Переменная q3 задаётся с помощью сопряжения "На расстоянии" между деталями "Рама" и "Плечо". Переменная q4 задаётся с помощью сопряжения "На расстояние" между деталями "Плечо" и "Плита".. На рис. 23 показан процесс задания этих переменных.

Рис. 23. Процесс создания новых переменных

Таким образом, для сборки создаются глобальные переменные q1, q2, q3, q4, для которых в дальнейшем задаётся закон изменения.



6. Задание закона изменения обобщённых координат

Зададим линейный закон изменения обобщенных координат для переменных q1 и q2 в следующем виде:

функция изменения обобщенной координаты от времени.

начальное значение обобщенной координаты в момент времени

конечное значение обобщенной координаты в конечный момент времени.

Для q1 и q2 , так как движение звеньев робота начинается с нулевого положения.

Следовательно, законы изменения координаты q1 и q2 примут следующий вид:

Принимается

В итоге имеем:

Для обобщенных координат q3 и q4задаётся линейный закон изменения обобщенных координат аналогично q1 и q2 :

Следовательно, законы изменения координаты q4 и q3 примут следующий вид: компас манипуляционный изометрия сборка

Принимается

В итоге имеем:

Внесем эти законы изменения обобщенных координат в переменные в сборке.



7. Создание анимации модели

Для начала работы с анимацией необходимо открыть библиотеку анимации (Менеджер библиотек - Прочие - Библиотека анимации). Появляется окно, где создается новый проект. Для создания анимации этой модели робота достаточно изменять только переменную t, указанную выше. Чтобы сделать движение механизма замкнутым и более полным, необходимо изменять параметр t от его минимального значения до максимального и наоборот. Для осуществления данной задачи используются два "шага". В каждом "шаге" анимации можно задавать переменные, которые будут меняться с течением времени. В данном случае необходимо изменять только переменную t. Причем в первом шаге она меняется от 0 до 10 секунд, а во втором от 10 до 0 секунд. На рис. 24 показана структура проекта для создания анимации.

Рис. 24. Задание переменной t для анимации

Далее запускается анимация (Воспроизведение - Полное) и механизм приводится в движение. После полной отработки заданного движения формируется видеофайл (Видеофайл в формате AVI представлен в приложении к курсовому проекту).

Размещено на Allbest.ru

...