 |
Определение заданных программных траекторий
|
|
|
|
Техническое задание на проектирование управляемого электропривода
1. Конструктивная схема (рис. 1) промышленного робота (ПР) с грузоподъемностью от 10 до 30 кг, используемого в сборочных операциях в автомобильной промышленности. ПР – автоматическая стационарная машина, имеющая исполнительный механизм (манипулятор) с тремя степенями подвижности. Два механизма поворота, расположенные в шарнирах 1 и 2, осуществляют программные повороты j1(t), j2(t) вокруг вертикальных осей (1–1 и 2–2 соответственно), механизм подъема 3 осуществляет поступательное перемещение С3(t) объекта манипулирования, зажатого в захватывающем механизме 4. В механизме подъема 3 использована зубчато-реечная передача с зубчатой рейкой 5 и зубчатой шестерней 6.
Рис. 1. Конструктивная схема промышленного робота
2. Перемещения по степеням подвижности осуществляются последовательно, начиная с перемещения j1 (t).
3. Силовой модуль первого из индивидуальных приводов промышленного робота (рисунок 1) сосредоточен в центре масс шарнира 1. Центр тяжести груза (объекта манипулирования) совпадает с центром приведения масс захватывающего механизма 4.
4. Для данного ТЗ управляемый привод по координате j1(t) – программный, типа «угол – угол».
5. Описание и параметры программных траекторий рабочих циклов исследуемого привода приведены на рисунках 2 и 3.
Рис. 2. Первая из двух возможных траекторий рабочего цикла для первого привода
Рис. 3. Вторая из двух возможных траекторий рабочего цикла для первого привода
6. Масса зубчатой рейки mp = 5 кг, минимальное mmin = 15,5 кг и максимальное mmax= 25 кг значения массы груза вместе с массой захватывающего механизма.
|
|
|
7. Длина звеньев манипулятора l1= 0,5 м и l2 = 0,5 м (рис. 1).
8. Массы звеньев m1 = 54 кг и m2 = 4 кг.
9. Расстояние от центров масс звеньев до соответствующих шарниров
r1 = 0,25 м и r2 = 0,25 м.
10. Динамические моменты инерции J1 = 0,3 кг.м2 и J2= 0,25 кг.м2 первого и второго звеньев относительно вертикальных осей, проходящих через их центры масс. Максимальный J3max = 0,3 кг.м2 и минимальный J3min= 0,15 кг.м2 динамические моменты инерции третьего звена: зубчатой рейки с захватывающим механизмом и грузом.
11. Коэффициент вязкого трения Квт = 0,04.
12. Момент сухого трения Мо = 0,05 Н.м.
13. КПД редуктора h = 0,65.
14. Передаточное отношение зубчато-реечной передачи iрп.
15. Параметры усилителя мощности kу = 220, T m = 0,0015 с.
16. Статическая ecт = 1,0% и динамическая eд = 0,9% допустимые погрешности привода.
17. Прямые показатели качества: перерегулирование s = 25% и время переходного процесса tпп = 1,5 c.
Введение
Управляемый электропривод получил широкое применение во всех сферах жизни и деятельности общества от промышленного производства до бытовой техники. Широта применения определяет исключительно большой диапазон мощностей электроприводов и значительное разнообразие их исполнения. В управляемом электроприводе нашли применение и получили развитие основные достижения современной техники управления.
В ходе выполнения курсовой работы необходимо разработать конкретный электропривод, программно управляющий угловым перемещением промышленного робота-манипулятора по одной из трех степеней подвижности.
Для наглядности корректности функционирования синтезированного управляемого электропривода выполнение работы включает построение его цифровой модели и оценку ее качественных показателей, используя средства компьютерного моделирования.
Энергетический расчет привода
Определение заданных программных траекторий
|
|
|
Определим постоянную времени 
, относительно которой рассчитываются уравнения траекторий
, (1.1)
.
Приведем максимально возможное значение угловой координаты перемещаемой нагрузки к размерности [ рад ].
, (1.2)
Рассчитаем неопределенные параметры для первой возможной траектории движения рабочей нагрузки за время одного цикла работы двигателя.
Таблица 1.1
| t | 
| 
| 
|
| [0; t 1] | 
| at | a |
| [ t 1; 2 t 1] | 
| b | 0 |
| [2 t 1; 13 t 1] | 
| 0 | 0 |
| [13 t 1; 14 t 1] | 
| 
| 0 |
| [14 t 1; T ц ] | 
| 
| a |
Для нахождения параметров траектории решим систему уравнений (1.3), приравняв значения угла поворота и скорости нагрузки в общих для сопряженных участках точках.
. (1.3)
Из второго уравнения системы (1.3) получим зависимость для параметра b и подставим его в первое выражение.
. (1.4)
Получим численные значения параметров a и b.
(1.5)
По формуле 1.5 найдем параметры a и b:
.
Таблица 1.2
| , рад
| , рад.c-1
|  , рад.c-2
|
| [0; 1.333] | 
| 
| 0.916 |
| [1.333; 2.667] | 
| 1.2215 | 0 |
| [2.667; 17.333] | 
| 0 | 0 |
| [17.333; 18.667] | 
| -1.2215 | 0 |
| [18.667; 20] | 
| 
| 0.916 |
Максимальные значения:
а) угла поворота нагрузки 1 m (t) = 2.443 рад,
б) угловой скорости нагрузки p 1 m (t) = 1.2215 рад/ c -1,
в) углового ускорения нагрузки p 2 1 m (t) = 0.916 рад/ c -2.
Рассчитаем неопределенные параметры для второй возможной траектории движения рабочей нагрузки за время одного цикла работы двигателя.
Таблица 1.3
| t, c |
|
|
|
| [0; t 1] | 
| at | a |
| [ t 1;2 t 1] | 
| 
| 
|
| [2 t 1; 13 t 1] | 
| 0 | 0 |
| [13 t 1; 14 t 1] | 
| 
|
|
| [14 t 1; T ц ] | 
| 
| a |
Для нахождения параметров траектории решим систему уравнений (1.6), приравняв значения угла поворота и скорости нагрузки в общих для сопряженных участках точках.
, (1.7)
. (1.8)
Рис. 1.1. Первая из двух возможных траекторий рабочего цикла для первого привода
Из первого уравнения системы (1.8) получим формулу для параметра b и подставим его в третье выражение, а затем функциональные зависимости для параметров a и b – во второе уравнение
, (1.10)
Получим численные значения параметров a, b и :
,
,
Таблица 1.4
| t, c | 
| 
| 
|
| [0; 1.333] | 
| 1.374 t | 1.374 |
| [1.333; 2.667] | 
| 
| 
|
| [2.667; 17.333] | 
| 0 | 0 |
| [17.333; 18.667] | 
| 
|
|
| [18.667; 20] | 
| 
| 1.374 |
|
|
|
Максимальные значения:
а) угла поворота нагрузки 1 m (t) = 2.443 рад,
б) угловой скорости нагрузки p 1 m (t) = 1.833 рад/ c -1,
в) углового ускорения нагрузки p 2 1 m (t) = 1.374 рад / c -2.
Рис. 1.2. Вторая из двух возможных траекторий рабочего цикла для первого привода
|
|
|
