Кинематические схемы промышленных роботов

Кинематические схемы промышленных роботов

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.

. 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»).

. 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.

. 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.

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

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

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

Рассчитаем моменты инерции звеньев

1-е звено.

 кг*м².

-е звено.

кг*м².

-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

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

Погрешность в пределах 5%.

Рассчитаем моменты инерции звеньев.

-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 φ и θ 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

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

 кг,

,

,

,

,

,

.

 (<5%).

Таблица 7. - Расчёт масс звеньев ПР-ССК

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

Рисунок 8. - Кинематическая схема ПР

Прямая задача

.

Обратная задача

=

=,

.

,

,

Введем такое α, 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

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

Погрешность в пределах 5%.

Рассчитаем моменты инерции звеньев.

2-е звено.

Вращение вокруг неподвижной оси, совпадающей с осью Oz

кг*м².

-е звено.

 кг*м².

Уравнение динамики:

+,

, ,,

Промышленный робот, работающий в смешенной системе координат

Таблица 11. - Технические характеристики робота TH 180

Рисунок 9. - Toshiba SCARA TH180

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

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

 Погрешность в пределах 5%.

Рассчитаем моменты инерции звеньев.

1-е звено.

кг*м².

-е звено.

 кг*м².

звено.

 кг*м².

Уравнение динамики:

,

где , , .