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

Размеры стола (W x D x H)560 x 240 x 650 ммДлина перемещений 1-го звена 2-го звена 3-го звена 0.56 м 0.985 м 0.89 мСкорость перемещения звеньевдо 0.9 м/с вдоль оси/ Погрешность±50 ммУправлениеЦифровой сервоприводМаксимальный вес5 кгВес 70 кг

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 qimax и qimin - максимальное и минимальное значение координаты q, - максимальная скорость звена.

Таблица 2. - Расчёт максимального ускорения звеньев ПР-ПСК

Управляемые параметры, м0.010.050.1, м0.5610.990.99, м/с0.90.80.60.70.80.2, м/с22.451.1350.674Будем считать, что звенья представляют собой толстостенный полый цилиндр. Материал сталь (dст=7800 кг/м3)

Тогда:

.

кг,

,

,

,

,

,

кг,

кг,

кг.

Таблица 3. - Расчёт масс звеньев ПР-ПСК

№ звенаli, мrб, мrм, мКзRэ, мm, кг10.570.070.010.30.03814.703210.050.010.50.02211.762310.050.010.50.02420.057Масса основания24.571.02

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

Управляемые параметры, -2.62 рад0.1 м0.05 м2.62 рад0.22 м0.355 м3.49 рад/с0.513 м/с1 м/с0.60.50.73.87 рад/с24.39 м/с24.68 м/с2

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

№ звенаli, мrб, мrм, мКзRэ, мm, кг20.120.150.120.50.12244.1730.3050.20.10.50.07340.27Масса основания45.5129.87

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 ? и ? 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

Управляемые параметры, рад-1.92 рад1.168 м рад1.92 рад2.050 м рад/с рад/с0.15 м/с0.60.30.10.545 рад/с20.238 рад/с20.255 м/с2

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

кг,

,

,

,

,

,

.

(<5%).

Таблица 7. - Расчёт масс звеньев ПР-ССК

№ звенаli, мrб, мrм, мКзRЭ, мm, кг30.8820.20.10.40.12313.755Масса основания224537.755

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

ОсновноеОсей6ПриводПостоянного токаРабочая зонаДлины звеньев878 мм Пределы звена 1320 degПределы звена 2250 degПределы звена 3270 degПриемлемая нагрузкаНоминальная грузоподъемность4 кгРазрешенная нагрузка на звено4 кг на 127 mm ИсполнениеПовторяемость762 +/- 0.1 мм 761 +/- 0.1 ммМаксимальная скорость1.0 м/сМаксимальная угловая скорость1.139 рад/сМассаArm163 кгController200 кг

Рисунок 8. - Кинематическая схема ПР

Прямая задача

.

Обратная задача

=

=,

.

,

,

Введем такое ?, 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

Управляемые параметры, рад-2.793 -2.182-2.356, рад2.7932.1822.356, рад/с1.1391.1391.1390.20.70.35, рад/с21.1610.4250.787

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

№ звенаli, мrб, мКзRЭ, мm, кг20.870.150.160.06693.45430.870.150.160.0677.454Масса основания200370.908

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

Длина звенаОбщая 180 ммЗвено 170 ммЗвено 2110 ммРабочая зонаОсь 1±120°Ось 2±140°Ось 3 (Z-ось)120 ммМаксимальная скоростьОсь 1533°/сОсь 2480°/сОсь 3 (Z-ось)8 мм/сКомбинированная2.6 м/сСтандартная повторяемостьГоризонтальная 100мм Вертикальная 25мм0.35с (с нагрузкой 1 кг)ГрузоподъемностьМах грузоподъемность2 кгДопустимый конечный момент инерции0.01 кг/м2Точность позиционированияX,Y (горизонтальная)±0.01 ммZ (Вертикальная)±0.01 ммМасса9 кг

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

Управляемые параметры-1.047 рад-1.222 рад0.01 м1.047 рад1.222 рад0.13 м9.303 рад/с8.378 рад/с0.8 м/с0.80.70.925.82 рад/с220.52 рад/с25.93 м/с2

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

№ звенаli, мrб, мКзRЭ, мm, кг10.070.030.50.0230.91920.110.020.50.0140.53930.120.0250.50.044.772Масса основания39.23

Погрешность в пределах 5%.

Рассчитаем моменты инерции звеньев.

1-е звено.

кг*м2.

-е звено.

кг*м2.

звено.

кг*м2.

Уравнение динамики:

,

где , , .

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Факультет при ЦНИИ робототехники и технической кибернетики Кафедра «Интегрированны

Больше работ по теме: