Проект №1-8 - Транспортная платформа робота вертикального перемещения на базе пневмопривода (Записка)

Посмотреть архив целиком

___________________________________________________________________________МГТУ им. Н. Э. Баумана

СОДЕРЖАНИЕ

1.Задание…………………………………………………………………………………………………………..2

2.Выбор схемы компановки……………………………………………………………………………...3

3.Расчет на грузоподъемность робота………………………………………………………………5

4.Выбор пневмоприводов…………………………………………………………………………………9

5.Организация управления………………………………………………………………………………10

6.Схема работы…………………………………………………………………………………………………10

7.Заключение……………………………………………………………………………………………………11

8.Список использованной литературы…………………………………………………………….13

9.Приложения……………………………………………………………………………………………………14.











































1,Задание.

Проект №1-8: Транспортная платформа робота вертикального перемещения на базе пневмопривода.



Задачи :

-компоновка устройства;

-проведение необходимых устройств.

Характеристики:

-Г/п робота -20 кг;

-размеры 500х300х200 (ориентировочно).























2.Выбор схемы компановки.



Для создания данной платформы необходимо выбрать определенную схему работы. Есть стандартные схемы конструкция и компановки платформы. Рассмотрим их в общих чертах.

Для технологических операций, требующих реализации сканирующих траекто­рий движения ТРВП, например для инспекции поверхности, оптимальной является структура системы приводов технологического робота вертикального перемещения с перпендикулярным расположением транспортных приводов, осуществляющих горизонтальное и вертикальное перемещение робота. Один из вариантов указанной структуры показан на рис. 2.9.

Рис. 2.9 Сканирующая схема привода робота

Привод 4 реализует вертикальное перемещение робота с помощью захватов 2, а привод 5 - горизонтальное перемещение с помощью захватов 3. Перпендикуляр­ное расположение транспортных приводов дает возможность организовать любую желаемую комбинацию вертикальных и горизонтальных участков движения плат­формы 1 без использования узла поворота, что повышает быстродействие системы в целом и снижает вес конструкции. При использовании пневмоприводов в данной структуре достигается дополнительная жесткость конструкции, что позволяет вы­полнять силовые технологических операции.

Дальнейшее развитие рассмотренной структуры производится за счет развязки одного из приводов от платформы (рис. 2.10). Такая развязка добавляет возмож­ность диагонального движения платформы робота в любом направлении [152].

Транспортный модуль робота имеет внешнюю и внутреннюю группу педипуляторов с вакуумными захватами (ВЗ). Два горизонтальных пневматических цилинд­ра установлены на платформе. Внешняя группа педипуляторов установлена на штоке вертикальных транспортных цилиндров с помощью внешних цилиндров подъема-опускания ВЗ. Внутренняя группа педипуляторов соединена с платформой с помощью внутренних цилиндров подъема-опускания ВЗ. Корпуса вертикальных транспортных цилиндров соединены со штоками горизонтальных транспортных цилиндров. Данная схема представляет собой конструкцию с непосредственным соединением вертикальных и горизонтальных транспортных цилиндров, позво­ляющую выполнять двухкоординатное движение без узла поворота и использовать, учитывая жесткость полученной конструкции, цилиндры с корпусами из пластико­вых материалов. В результате вес робота становится минимальным, что дает воз­можность применять его, например, для чистки стекол.

Рис. 2.10 Диагональная схема привода робота

1 -платформа, 2,3 - педипуляторы. 4,5 - транспортные приводы, 6 - шток, 7,8 - приводы педипуляторов, 9 - силовая рама, 10 - направляющие, 11 - технологический блок.

Так же существуют конструкции и с узлом поворота.

Для повышения мобильности движения робота используется специальная схема привода педипуляторов, приведенная на рис. 2.11.

Структура робота в этом случае состоит из платформы 1 (рис. 2.11), по краям которой установлены цилиндры 2 и 3, штоки которых связаны со стойками ходо­вых опор с захватами 4, а торцы - с направляющими 5. Цилиндры 6 и 7 связаны между собой консолью 8, по центру которой закреплен узел поворота 9. Входное звено узла 9 связано с центром платформы 1. Длина цилиндров 6 и 7 выполнена с возможностью разворота между цилиндрами 2 и 3 относительно центра платфор­мы 1. Цилиндры 6 и 7 на концах штоков имеют стойки с захватами 10, а на торцах - направляющие 11.

Рис. 2.11 Робот повышенной мобильности (вид спереди)

Поворот робота осуществляется при поднятых захватах 10 и зафиксированных захватах 4 разворотом пневмоцилиндров 6 и 7 на требуемый угол узлом поворота 9. Затем описанным выше способом фиксируются захваты 10 и поднимаются за­хваты 4, и узел поворота 9 разворачивает платформу 1 с пневмоцилиндрами 2 и 3 по новому направлению движения, совмещая оси всех цилиндров. Таким образом достигается повышенная мобильность робота, а также уменьшение его веса и стоимости из-за исключения пневмоцилиндров подъема-опускания и необходимых для их управления электропневмоклапанов.

Из предложенных конструкций мной выбрана конструкция с поворотным модулем. Эта платформа будет повышенной мобильности. Его грузоподъемность составляет 20кг. Ход платформы будем выбирать из диапазона 150-250 мм. Более точный ход будет определен выбранным нами пневмоцилиндром из стандартного каталога Pnewmax. Pnewmax является одним из передовых производителей пневматики. Фирма занимает широкую нишу в производстве и продаже пневматического оборудования. Именно высокое качество и большой ассортимент продукции позволяет подобрать необходимые части для компановки данной транспортной платформы. Рабочее давление в пневмосети будет 6 бар. Для удобства конструкции необходимо чтобы все соеденительные отверстия для магистрали были одинакового размера.

3.Расчет на грузоподъемность робота.



Определим грузоподъемность робота при следующих геометрических параметрах робота: 1 - длина педипулятора, a=|AD|=0,5м; Ь=|АВ|=0,3м; г=0,05м; η=0,05 м - расстояние от центра масс до плоскости крепления педипуляторов к корпусу робота. Атмосферное давление P принято равным 1.015105 Па (760 мм рт. ст.), а коэффициент трения f - равным 0,5, что соответствует трению резины о бетон­ную поверхность. Действующие на захваты силы (1.2) равны:

(1.47)

Подсчитаем предельную массу робота при которой он еще останется на вертикальной стене. Пусть . Тогда . Так же для простоты примем что никаких внешних сил, кроме веса к роботу не прикладывает­ся, а сам робот ориентирован таким образом, что ускорение силы тяжести g на­правлено вдоль стороны ВС параллельно оси х. В этом случае выполня­ются упрощающие предположения о симметричном распределении внешней на­грузки. Проведем сначала расчеты по схеме, использующей абсолютную жесткую модель. Начало системы координат поместим в центр прямоугольника, образован­ного точками контакта центров стоп с плоскостью Оху. Координаты хi, yi (i = 1, 2, 3, 4) центров захватов и компоненты главного вектора и главного момента актив­ных сил равны:

(1.48)

Уравнения для определения нормальных реакций имеют вид:

(1.49)

Из (1.49) вытекает, что

(1.50)

Координаты (1.6) точки К равны

(1.51)

Первое условие в рассматриваемом случае, очевидно, выполнено, а второе выражается неравенством х*<а/2. С учетом (1.47), (1.51) по­лучим

(1.52)

Функция Q(x, у) равна

(1.53)

Вычислим точную верхнюю грань функции (1.48). Из (1.48) и по­следнего равенства (1.50) вытекает

Отсюда и из (1.53) следует, что

(1.54)

С другой стороны, переходя в (1.53) к пределу при у—> получим, что в (1.54) при этом достигается равенство. Поэтому с учетом первого равенства (1.49) имеем

(1.55)

Запишем условие непроскальзывания (1.10) в виде mg/(4)<f и преобразуем его при помощи формулы (1.47)

(1.56)

Условия гарантированного равновесия в рассматриваемом случае выражаются неравенствами (1.52), (1.56). Поскольку т0>т., то грузоподъемность робота опре­деляется величиной т*.

Вычислим теперь предельно допустимую массу для различных соотношений продольных и крутильных жесткостей. При переходе к «плоской» модели следует положить Fa(I) = Fa(2) = 2Ф, где Ф вычислено по формуле (1.47), M*=-mg(l+ Т] ). Расчеты проведем по формулам (1.42)-(1.46) для случаев А-Е . А. Из условия (1.42) вытекают неравенства

Из вытекает что и следовательно .

Условие надежного контакта будет выглядеть как:

Если же жесткость педипуляторов на растяжение значительно меньше жесткости на сжатие. Отсюда вытекает неравенство

и следовательно



Анализ показывает что если и то имеет единственный максимум при :

кг,

причем максимальная длина педипулятора составляет 16 сантиметров.

Проведя расчет, получаем, что масса робота не должна превышать 38 килограмм. Учитывая погрешности и неучтенный вес конструкций и отдельных составляющих частей робота, возьмем коэффициент запаса равный 1,1. Тогда получим:

Используя формулу для расчета длины педипулятора получим что длина педипулятора равна 10 сантиметрам. Исходя из полученных данных выберем пневмоцилиндры из списка стандартных изделий Pnewmax.

4.Выбор пневмоприводов.


Из возможных цилиндров был выбран цилиндр с обозначением 6100.25.40.С. Все его характеристики представлены в приложении 1. В данном приложении использовалась техническая литература, предоставляемая производителем Pnewmax.

Пневмоцилиндры вертикального перемещения выбирались из соображений того, чтобы они были способны переместить робота вертикально вверх. Для этого усилие создаваемое пневмоцилиндрами должно быть больше веса робота. Скорость движения играла не решающую роль в подборе пневмопривода. Так же немаловажным был ход поршня. Мною был выбран пневмоцилиндр 6210.25.175.С. Расшифровка представлена в приложении 2, там же указаны все характеристики данного пневмоцилиндра. Приложение 2 является технической литературой фирмы Pnewmax по данному типу пневмоцилиндров.

Оставшийся поворотный модуль был подобран исходя из соображений маневренности. Так же он должен выдерживать вес робота в тот момент когда основные педипуляторы перемещаются по ходу робота. Для этого была увеличена площадь центральной присоски в 4 раза, что позволяет создавать ту же силу что и 4 присоски радиусом 5см. Создаваемый им момент должен быть достаточен для поворота робота вокруг оси. Мною было принято решение о целесообразности применения поворотного модуля с варьируемым углом поворота. Данный угол определяется регулировочными винтами. Согласуясь с расчетами мною выбран модуль 6400.100.А. Расшифровка и характеристика находятся в приложении 3.


5.Организация управления.



Для управления пневмоцилиндрами вертикального перемещения используется распределитель с электромагнитным управлением, который подает сигналы управления на два распределителя с пневматическим управлением, отвечающих за вертикальное перемещение. Другие два распределителя с электромагнитным управлением подают сигналы на 4 распределителя отвечающих за прижатие и подъем присосок к поверхности. Два вида распределителей используется из-за того, что распределитель с электромагнитным управлением не способен выдавать необходимую мощность для движения цилиндров. Такую мощность обеспечивают распределители с пневмоуправлением, для которых и стоят маломощные распределители. Поворотный модуль обслуживается распределителем с электромагнитным управлением. Рабочее давление в магистрали – 6 бар. Все присоединительные отверстия к магистрали были подобраны так, чтобы их резьба была одинакова, для обеспечения простоты монтажа магистрали. На всех разъемах нарезана резьба G1/8.

Полученная платформа обладает следующими характеристиками:

Угол поворота до 90 градусов. Технически, угол поворота ограничивается подводом магистрали с сжатым воздухом.

Ход – 175 мм. Данный ход не является большим, но этого достаточно для мобильности робота и выполнения операций.

Габаритные размеры в процессе конструирования были незначительно изменены и получены следующими: 750х530х240мм

Масса робота с грузом – 42 кг.


6.Схема работы.


Передвижение робота происходит за семь этапов.

1 этап.

Педипуляторы прижаты к поверхности. Присоска центрального поворотного модуля не касается поверхности.

2 этап.

Не поднимая педипуляторы, включаются пневмоцилиндры вертикального передвижения. Придя в конечное положение, они останавливаются.

3 этап.

Пневмоцилиндры педипуляторов, не отрывая их от поверхности,начинают прижимать платформу к поверхности до тех пор, пока центральная присоска поворотного модуля не прижмется к поверхности.

4 этап.

Прижавшись к поверхности, она присасывается к стене, тем самым перенося всю нагрузку на себя, разгружая педипуляторы. Пневмоцилиндры педипуляторов продолжают их поднимать до тех пор, пока они не прийдут в крайнее положение и оторвутся от стены.

5 этап.

Держась на центральной присоске, робот переносит платформу вперед, с помощью включения пневмоцилиндров вертикального перемещения.

6 этап.

Выключив пневмоцилиндры вертикального перемещения, начинают выдвигаться педипуляторы до касания их присосок поверхности. Коснувшись поверхности они присасываются к поверхности и разгружают центральный модуль.

7 этап.

Педипуляторы продолжают выдвигаться пока центральная присоска не поднимется над поверхностью.


Данный способ передвижения накладывает некоторые ограничения в использовании различных типов присосок. Для того чтобы данная схема работала и сглаживала некоторые неровности поверхности, мною было предложено использовать податливую конструкцию основу крепления центральной присоски к поворотному модулю. Это может быть либо крепление через пружины, либо использование специальной конструкции присоски. Имея торообразную резиновую основу, она так же будет являться податливой. Конструкции представлены на 3 Листе.




7.Заключение.



По итогам работы были подобраны необходимые составляющие для сборки данной платформы. Материалом платформы был выбран алюминиевый сплав. Сама платформа изготавливается штамповкой. Необходимые пневмоцилиндры, педипуляторы и поворотный модуль были выбраны, согласно расчетам, из каталога Pnewmax. Каталог приведен в приложениях. Обеспечена грузоподъемность робота в 20 кг. Чистый вес робота без нагрузки - 22 кг. Место под нагрузку выделено в центральной части робота для большей устойчивости. Компануя платформу, пришлось незначительно увеличить размеры.






































Список использованной литературы


1.В.Г.Градецкий, М.Ю.Рачков Роботы вертикального перемещения Москва 1997г.

2. Информация производителя пневматики ООО «ПНЕВМАКС»

3. В. И. Анурьев. Справочник конструктора-машиностроителя в трех томах. М: изд. Машиностроение, 2001

4. www.pneumax.ru


13




Случайные файлы

Файл
123642.rtf
Psychoanalysis.doc
ref-14370.doc
79321.rtf
101595.rtf