proiect.de curs
DESCRIPTION
Cum se calculeaza bratul unui robotTRANSCRIPT
Universitatea Tehnic a Moldovei
Universitatea Tehnic a Moldovei
Robototehnica
Proiectarea manipulatorului robotului industrial
ndrumri metodice pentru proiectul de curs
Chiinu 2003
Universitatea Tehnic a Moldovei
Catedra Construirea i producerea aparatajului electronic
Robototehnica
Proiectarea manipulatorului robotului industrial
ndrumri metodice pentru proiectul de curs
Chiinu 2003
Prezentul ndrumar metodic conine partea teoretic referitoare la sistemele de conducere i de executare ale roboilor, metode, algoritmi i exemple de proiectare ale instalaiilor mecanice i electronice, calcularea lor.
Este destinat studenilor anului V, specialitatea 2103 Sistemele radioelectronice. El va orienta studenii la obinerea deprinderilor n proiectarea sistemelor conduse de ctre instalaiile mecanice i energetice, constituind elementele componente ale roboilor industriali cu ajutorul utilajelor electronice.
Alctuitor: dr. n tehnic, conf.univ. I.Mardare
Redactor responsabil: dr. n tehnic, conf.univ. I.Cornea
Recenzeni: dr.hab. n tehnic, prof.univ. .Gremalski
Bun de tipar 17.03.03 Formatul hrtiei 60x84 1/16
Hrtie ofset. Tipar ofset. Tirajul 50 ex.
Coli de tipar 1,5 Comanda nr. 53U.T.M. 2003, Chiinu, bd. tefan cel Mare, 168.
Secia Redactare i Editare a U.T.M.
2068, Chiinu, str. Studenilor, 11. U.T.M. 2003
PROIECTAREA MANIPULATORULUI ROBOTULUI INDUSTRIAL
SCOPUL proiectrii de curs este: determinarea ecuaiilor cinematice ale manipulatorului robotului industrial pentru punctele zonei de lucru; prelucrarea schemei electrice principiale a instalaiei conduse de manipulator.
1. Date generale despre construirea manipulatorului
Manipulatorul reprezint un mecanism constituit din elemente legate prin articulaii rotative sau translative. n fig.1 este artat exemplul manipulatorului care are trei articulaii rotative i una translativ. Elementele i articulaiile manipulatorului se numr, n ordine cresctoare, de la baza organului de lucru. Elementul nul este cuplat cu baza static, iar la ultimul element este fixat organul de lucru. Fiecare articulaie mic elementul corespunztor, de aceea n numerotare i-articulaiile sunt premergtoare i-elementelor. Elementele manipulatorului particip la micarea relativ n rezultatul creia se atinge o anumit poziie i orientare a organului de lucru. Mobilitatea elementelor n spaiu se realizeaz cu ajutorul dispozitivelor de acionare, situate n articulaii.
Fig. 1. Manipulatorul cu articulaii rotative i translative.
Manipulatorii se deosebesc prin consecutivitatea i combinaia articulaiilor rotative i translative, adic prin schemele cinematice care determin caracterul micrilor de baz i zonele de lucru ale manipulatorilor. Micrile de baz sunt micrile manipulatorului fr controlul micrilor elementelor organului de lucru i a mobilitii bazei statice a robotului. Zona de lucru prezint n sine punctele spaiului care sunt atinse cu organul de lucru. Alegerea schemei cinematice a robotului depinde de traiectoria micrii cerute a organului de lucru pentru ndeplinirea operaiilor tehnologice.
Indexul de mobilitate reprezint tipul articulaiei (T translativ, R rotativ), de asemenea indic de-a lungul sau n jurul crei axe se realizeaz micrile elementului corespunztor. Indexul de mobilitate reflect consecutivitatea micrilor, ncepute de la elementul nul al manipulatorului, de aceea schema cinematic poate fi prezentat printr-o coloan dirijat, de exemplu pentru schemelecu dou elemente: Tz -R, R - Rz, R-T .a.m.d., pentru schemele cu trei elemente: R - Tz - R, T - T - Tz, Rz - R - Tz .a.m.d. n fig. 2 sunt prezentate cele mai simple scheme cinematice ale roboilor i zonele lor de lucru: cu un element (T, Rz) i cu dou elemente (T - Tz).
Fig.2. Cele mai simple scheme cinematice i zonele de lucru ale roboilor.
Schema cinematic i zona de lucru, micrile corespunztoare indexului Rz - T - Tz sunt prezentate n fig.3:
Fig.3. Schema cinematic i zona de lucru a robotului Rz - T - Tz.
Dup schema dat se poate de construit zona de lucru a robotului. Ea se recomand a fi construit ncepnd cu ultima articulaie spre prima. Pentru aceasta n sistema cartezian de coordonate se reflect o linie dreapt sau un arc care se primete n rezultatul deplasrii ultimului (i-ul, i-1,2, ..., n) element al manipulatorului, apoi se plaseaz linia sau arcul primit cu ajutorul elementului precedent (i-1-ul) i se red figura, care pe viitor se va deplasa cu un element premergtor celui dat (i-2-lea) .a.m.d.
Mrimile lineare ale liniilor drepte i mrimile unghiulare ale arcurilor se indic suplimentar. Poziia n spaiul cartezian a liniilor drepte i a arcurilor se determin prin construirea manipulatorului.
Pentru perechea cinematic, format de articulaiile rotative sau translative, se introduce noiunea de variabila alturat qn(t), care indic:
pentru articulaia rotativ semnificaia de cotire a unui element n raport cu altul, msurat n grade sau radiani: qn(t)=;
pentru articulaiile de translare mrimea linear de mobilitate a unui element n raport cu altul, msurat n metri: qn(t)=l.n calitate de dispozitiv de acionare n manipulator se folosete cilindrul cu aciune bilateral, care asigur mobilitatea de translare a pistonului n una din cele dou direcii opuse. Cilindrul i pistonul formeaz n mod firesc perechea cinematic, elementele creia sunt legate prin articulaiile translative. Aerul comprimat, dat n cilindru, impune pistonul s se mite rectiliniu relativ cu cilindru (fig.4). Cavitatea de lucru a cilindrului este unit prin distribuitorul de aer cu sursa de aer comprimat, iar cavitatea de eapament este unit cu atmosfera prin conducta de aer eapavat. n dependen de direcia necesar de mobilizare a pistonului distribuitorul de aer direcioneaz curentul de aer n partea dreapt sau stng a cavitii cilindrului, determinnd totodat rolul lor funcional (cavittea de lucru cavittea de eapament).
Fig.4. Construirea cilindrului cu aciune bilateral.
Pentru construirea manipulatorului i determinarea parametrilor zonei de lucru este necesar de a instala mrimile dispozitivelor de acionare. Lungimea cilindrului depinde de mrimea mobilitii elementului (pistonului) l i a elementelor constructive ale cilindrului. Deoarece pistonul se poate deplasa ntre sursa de alimentare i conducta de aer eapavat, atunci elementele constructive ale cilindrului sunt legate cu poziia sursei de alimentare (k), cu poziia conductei de aer eapavat (k) i de asemenea cu poziia iniial a pistonului (h) (fig.5).
Fig.5. Poziiile extreme ale pistonului n cilindru.
Elementele constructive de obicei primesc semnificaia k 0,05 l, 0,01 l < h < 0,05 l.
Diametrul cilindrului se alege din diapazonul 0,03 L < D < 0,1 L
Pentru realizarea micrii de rotaie se folosete motorul pneumatic rotativ, n care se ntrebuineaz acelai principiu al micrii pistonului n cilindru. La piston este fixat cremaliera dinat, adiacent cu roata dinat. La mobilitatea translativ a pistonului are loc rotaia roilor i a cilindrului motorului, fixat de pioston. Motorul pneumatic rotativ este reprezentat n fig.6.
Fig.6. Poziiile extreme ale cilindrului n motorul pneumatic rotativ.
Lungimea cilindrului L se determin prin mrimea mobilitii teranslative a pistonului l ntre poziiile extreme, de asemenea prin poziia sursei de alimentare (k) i a conductei de aer eapavat (k).
Viteza mersului pistonului l depinde de unghiul cotiturii necesare ( i de diametrul roii dinate d: l = d / 2cos(. Diametrul roii dinate d se alege din diapazonul 0,2 D < d < 0,5 D, iar diapazonul cilindrului: 0,03 L < D < 0,1 L.
Grosimea suprafeelor de lucru ale pistonului i grosimea pereilor cilindrului n calcul se pot neglija.
n dispozitivele hidraulice de acionare efortul de micare este creat de ctre lichidul (ulei), comprimat sub presiune. Pentru asigurarea conducerii nentrerupte (conducere cu legtur invers) hidrocilindrul de for se ntrebuineaz ventilul executant (transformatorul hodrolectric), care conduce cu curentul de lichid, venit n cilindrul de for. Construirea dispozitivului de acionare este artat n fig.7.
Fig.7. Construirea dispozitivului hidraulic de acionare.
Datele expuse mai sus despre schemele cinematice, zonele de lucru i construirea dispozitivelor de acionare permit schematic s ne imaginm construirea simplist a manipulatorului pentru descrierea lui sub form de ecuaii cinematice, de asemenea de a reprezenta consecutivitatea micrilor executate de organul de lucru i punctele de poziionare n zona de lucru (fig.8).
2. Matricele omogene de transformare
Prezentarea vectorului n de msurare
p = (px , py, pz)T (1)
prin vectorul de mrimea n+1
(2)
unde k multiplicatorul scalar , n particular k=1,
se numete prezentarea n coordonate omogene.
Descrierea prin coordonate omogene a punctelor din spaiului trideminsional permite examinarea transformrilor matriciale care conin concomitent rotaia, transferul paralel, schimbarea scalar i reorganizarea perspectivelor.
Transformarea vectorului, exprimat prin coordonate omogene, din sistema de coordonate legate n cea de baz este posibil cu ajutorul matricei omogene de transformare T de marimea 44, constituit din trei submatrice:
Fig.8. Consecutivitatea micrii organului de lucru i poziia punctelor de amplasare n zona de liucru.
unde: R3x3 ( submatricea rotaiei;
S3x1 ( submatricea poziiei;
1x3 ( submatricea transformrilor optice;
k1x1 ( multiplicatorul global scalar.
Notm sistema de coordonate de baz prin XYZ, iar sistema de coordonate legat de punctul liber p o notm prin UVW. Punctual este fixat n sistema UVW i se mic mpreun cu ea. S presupunem c nceputurile a dou sistemme de coordonate coincid i au un centru comun O, totodat direcia axelor coincid cu direciile artate n fig.9.1. Sistema de coordonate OXYZ este inert, iar sistema OUVW se rotete mpreun cu punctul n raport cu sistema OXYZ (fig.9.2).
Fig.9. Direcia axelor sistemelor de coordonate de baza OXYZ i legat OUVW pna la (1) i dup (2) rotaie.
Pinctul se caracterizeaz prin coordonate spaiale n raport cu fiecare sistem. Atunci, n sistemele OUVW i OXYZ punctul va avea coordonatele, determinate de proieciile vectorului , care unete nceputurile de coordonate cu punctul , pe axa sistemelor de coordonate de baz i legat. Sistema de coordonate legat se rotete mpreun cu punctul , de aceea coordonatele vectorului n raport cu sistema OUVW rmn neschimbate.
Matricea R3x3 reprezint funcia (matricea) de transformare a coordonatelor vectorului din sistema legat ntoars OUVW n sistema de coordonate de baz OXYZ. Ea se determin ca matricea rotaiei.
Sistema de coordonate legat OUVW se poate roti n raport cu fiecare din cele trei axe ale sistemei de baz OXYZ (fig.10).
Fig.10. Orientarea sistemelor de coordonate de baz i legat, primit n rezultatul rotaiilor elementare.
La rotaia sistemei OUVW n jurul axei sub unghiul ( (fig.10.1) coordonatele vectorului n sistema de baz se dermin cu ajutorul matricei de transformare T,( :
(3)
Matricea de transformare Tx,( reprezint matricea omogen a rotaiei elementare a sistemei legate OUVW sub unghiul ( n jurul axei OX:
Tx,(
(4)
La rotaia sistemei OUVW n juril axei Y sub unghiul ( (fig.10.2) coordonatele vectorului n sistema de baz se determin cu ajutorul matricei de transformare Ty,( :
(5)
Matricea de transformare Ty,( reprezint matricea omogen a rotaiei elementare a sistemei legate OUVW sub unghiul ( n jurul axei Y:
Ty, (
(6)
La rotaia sistemei OUVW n jurul axei Z sub unghiul ( (fig.10.3) coordonatele vectorului n sistema de baz se determin cu ajutorul matricei de transformare Tz,( :
(7)
Matricea de transformare Tz,( reprezint matricea omogen a rotaiei elementare a sistemei legate OUVW sub unghiul ( n jurul axei Z :
Tz,( (8)
Matricele rezultante ale rotaiilor terminale se pot obine folosind produsul matricelor rotaiilor elementare Tx,( , Ty,( Tz,( .
La determinarea orientrii sistemei legate de coordonate n raport cu cea de baz se presupunea c ambele sisteme au un centru comun. n realitate nceputurile a dou sisteme de coordonate sunt distanate unul de altul. n fig.11 sunt prezentate orientrile reale i poziia sistemelor de coordonate de baz i legat.
Fig.11. Orientarea i poziia sistemelor de coordonate de baz si legat.
Matricea rotaiei R3x3 descrie orientarea, iar matricea de poziie S3x1 caracterizeaz ndeprtarea sistemei legate n raport cu cea de baz. n aa fel, matricea omogen de transformare stabilete legtura geometric ntre sistema legat de coordonate UVW i cea de baz XYZ prin intermediul determinrii vectorului xyz, exprimat n coordonate omogene:
fiind cunoscut vectorul
Matricea poziiei S3x1 d transferul paralel a sistemei de coordonate UVW n raport cu sistema XYZ pe mrimea (dx, dy, dz)T i se reprezint n felul urmtor:
(9)
Daca sistema legat UVW este micat, de exemplu, pe mrimea b n raport cu axa OZ, atunci matricea de transformare z,b reprezint matricea omogen a micrii elementare a sistemei legate UVW pe mrimea b de-a lungul axei OZ:
(10)
Matricea transformrilor optice 1x3 se ntrebuineaz n sarcinile de prelucrare a imaginelor n sistemele vederii tehnice. n lipsa necesitii de operare cu imaginile, elementele acestei submatrice sunt egale cu zero. Coordonatele fizice ale vectorului rezult din mprirea fiecrui din n componente ale vectorului, prezentate prin coordonate omogene, la n+1 componentul k. Totodat dac , atunci se realizeaz strngerea global a coordonatelor vectorului, dac , , atunci are loc extensia global a coordonatelor. Dac k ia semnificaia egal cu unu , atunci coordonatele fizice ale vectorului coincid cu coordonatele lui omogene.
Descrierea tuturor rotrilor i micrilor sub form de matrice omogene rezultant se face prin nmulirea matricelor omogene ale rotaiilor i micrilor elementare. Aa cum operaia de nmulire a matricelor este necomutativ, atunci pentru determinarea consecutivitii matricelor nmulitoare se ine seama de urmtoarele reguli:
la coincidena sistemelor de coordonate de baz XYZ i a celei legate UVW matricea omogen rezultativ reprezint n sine o matrice unitar I4x4 (se ntrebuineaz n calitate de semn, n raport cu care se face nmulirea iniial);
la rotirea sau micarea sistemei UVW n raport cu sistema XYZ matricea omogen a rotirii sau micrii elementare se nmulete de la stnga la matricea omogen rezultativ a rotirii sau a micrii anterioare;
la rotirea sau micarea sistemei UVW n raport cu propriile axe, matricea omogen a rotirii sau micrii elementare se nmulete de la dreapta la matricea omogen rezultativ a rotarii sau a micrii anterioare;
Exemplu: de determinat matricea omogen rezultativ pentru urmtoarea consecutivitate a rotaiilor i micrilor:
rotaia sistemei UVW sub unghiul ( n raport cu axa OX (( (( (X);
micarea sistemei UVW pe mrimea b n raport cu axa OW ( b ( (W);
rotaia sistemei UVW sub unghiul ( n raport cu axa OV (( ( ( (V);
micarea sistemei UVW pe mrimea h n raport cu axa OX ( h ( (X).Matricea omogen rezultativ de transformare se reprezint n felul urmtor:
= x,h ( y,( ( I4x4 ( w,b ( u,( = x,h ( x,( ( w,b ( v,( =
n aa fel matricea omogen de transformare transfer vectorul dat de coordonatele omogene din sistemul de coordonate UVW n sistemul de XYZ:
(11)
3. Prezentrile lui Denavit-Hartenberg
Pentru manipulatorul robotului, constituit din totalitatea elementelor, trebuie s se determine configuraia lui spaial cu evidena poziiei tuturor elementelor. Configuraia poate fi determinat pe calea descrierii consecutive a poziiei elementelor vecine ale manipulatorului. Pentru o astfel de descriere Denavit i Hartenberg au propus metoda construirii sistemelor de coordonate, legate de fiecare element al lanului cinematic. n rezultat se determin matricea omogen de transformare, care descrie poziia sistemei de coordonate a fiecrui element al manipulatorului n raport cu sistema de coordonate a elementului precedent. Acest fapt permite reorganizarea treptat a coordonatelor organului de lucru din sistema de coordonate legat de el n sistema de coordonate, legat de ultimul element al manipulatorului, apoi i n sistema de baz de coordonate .
Astfel putem treptat reorganiza coordonatele organului de lucru din sistema de coordonate legat de el n sistema de coordonate, legat cu ultimul element al manipulatorului, apoi i n sistema de coordonate de baz. Conform regulilor Denavit- Hartenberg pe axa i+1 a articulaiei se construiete sistema de coordonate rectangular xi, yi, zi, i=1, 2 ,, n, legat de i-ul element, unde n numrul nivelului de libertate a manipulatorului. O astfel de amplasare este condiionat prin faptul c i+1 articulaie se mic mpreun cu i-l element n rezultatul micrii i-ei articulaii. n 1-a articulaie, unde elementul 0-l i este predecesor, se determin sistema de baz de coordonate x0, y0, z0. n aa fel, pentru manipulatorul cu n-elemente se ntrebuineaz sistema de coordonate n+1:
(x0, y0, z0) , (x1, y1, z1),, (xn, yn, zn).
Regulile Denavit-Hartenberg prescriu urmtoarea consecutivitate a construirii sistemelor de coordonate legate:
axa zi este orientat de-a lungul axei i+1-ei articulaii;
axa xi+1 este perpendicular cu axele zi+1 i zi i este ndreptat de la axa zi;
axa yi completeaz axele xi i zi pn la partea dreapt a sistemei de coordonate rectangulare;
direcia axelor x0 i y0 se alege liber, cu condiia c axa z0 este orientat de-a lungul axei 1-ei articulaii;
sistema (xn, yn, zn) se construiete n punctul liber al n-elementului, cu condiia c axa xn este perpendicular cu axa zn-1.
Dup construirea sistemelor de coordonate legate de elemente, se determin matricea omogen de tansformare, care descrie aezarea reciproc a elementelor i i i-1. n fig.12 i fig.13 sunt prezentate sistemele de coordonate, legate de elementele care sunt unite corespunztor cu articulaiile rotative i translative.
Fig.12. Sistemele de coordonate legate de elementele, care sunt unite de articulaiilor rotative.
Fig.13. Sistemele de coordonate legate cu elementele, unite de articulaiile translative.
Analog se construiesc sistemele de coordonate pentru lanurile cinematice, constituite din diferite combinaii ale articulaiilor rotative i translative.
Exemplu. De gsit matricea omogen de transformare, care descrie aezarea reciproc a elementelor i i i-l.
Pentru aceasta e necesar de determinat coordonatele punctului p n i-1sistem, dac sunt cunoscute coordonatele acestui punct a i-ei sistemei, sau, cu alte cuvinte, de nfptuit o anumit consecutivitate a rotaiilor i micrilor elementare a i-ei sisteme de coordonate pentru suprapunerea lor:
rotirea i-ei sisteme sub unghiul ( n raport cu axa zi (( ( ( zi);
micarea i-ie sistemei pe mrimea b n raport cu axa xi-1 ( b ( xi-1);
rotirea i-ei sisteme sub unghiul ( n raport cu axa yi-1 (( ( ( yi-1);
micarea i-ie sistemei pe mrimea h n raport cu axa zi-1( h ( zi-1).Matricea omogen de transformare se reprezint n felul urmtor:
n aa mod, prezentrile Denavit-Hartenberg determin matricea omogen de transformare pentru dou elemente vecine ale manipulatorului.
Pentru exemplul prezentat n fig.8, sistemele de coordonate legate, construite dup regulile Denavit-Hartenberg, sunt prezentate n fig.14.
Fig.14. Sistemele de coordonate, unite cu elementele manipulatorului.Folosind parametrii geometrici obinui ai dispozitivelor de acionare ale manipulatorului, conform des.14, se msoar mrimile lineare dintre sistemele nvecinate legate de coordonate i se determin virajele necesare sistemelor de coordonate. Pe baza acestor date se determin semnificaia matricelor elemenatere ale virajelor i micrilor elementare pentru gsirea matricei omogene rezultativ.
4. Ecuaia cinematic a manipulatorului.
Manipulatorul, constituit din totalitatea elementelor nvecinate, poate fi descris folosind prezentrile Denavit-Hartenberg pentru dou elemente nvecinate. Atunci, configuraia manipulatorului, care determin poziia i-lui element al manipulatorului n raport cu sistema de coordonate de baz 0i, se prezint sub forma produsului matricei omogene de transformare:
0i = 01 ( 12 ((i-1i , (12)
unde j-1j matricea omogen de transformare pentru dou elemente nvecinate ale manipulatorul, prin urmare j ( i .
Dac matricea 0i descrie poziia ultimului element al manipulatorului n raport cu sistema de coordonate de baz, iar matricea i determin poziia organului de lucru n raport cu ultimul element al manipulatorului, atunci poziia organului n raport cu sistema de coordonate de baz:
0 = 0i ( i . (13)
Expresia prezentat reprezint ecuaia cinematic a manipulatorului.
La micarea organului de lucru n limita zonei de lucru se schimb mrimile lineare i unghiulare ntre sistemele nvecinate legate de coordonate. Aceste schimbri duc la necesitatea de a determina ecuaiile cinematicei pentru punctele indicate ale poziiei n zona de lucru.
5. Conducerea micrilor elementelor manipulatorului
Conducerea de ctre manipulator se face pentru realizarea micrilor necesare ale manipulatorului i, corespunztor, a organului de lucru conform programei date. La nivel de execuie se realizeaz conducerea dispozitivelor de acionare ale elementelor manipulatorului pe calea formrii semnalelor electrice corespunztoare. Controlorul sistemei de conducere transmite semnale dispozitivului de acionare, iar dispozitivul de acionare transmite energie motorului. n dispozitivul de acionare hidraulic n calitate de formaiuni electrohidraulice poate s se ntrebuineze motorul pas cu pas. Motoarele pas cu pas se conduc de ctre impulsurile discrete date de curentul continuu. Ele se deosebesc dup numrul de faze (nfurri): m=3,4,5 Constructiv motorul const din cteva nfurri L1, L2, L3, (stator), nconjurate de magneii permaneni, care sunt fixai la arbore (rotor). Principiul de lucru a motorului pas cu pas este ntemeiat pe schimbarea discret a strii cmpului electromagnetic n cartamentul de lucru dintre nfurare i magnet. Aceste schimbri sunt atinse odat cu includerea treptat a fazelor. La trecerea curentului prin nfurarea bobinei L1, una din polaritile magnetului permanent, fixat de arbore, se mic spre ea. Dac polaritatea magnetului se trage de urmtoarea nfurare L2, n rezultatul trecerii prin ea a curentului electric, atunci arborele se ntoarce sub unghiul egal cu distana dintre nfurrile vecine:
(14)
unde m numrul fazelor,
p numrul perechilor de polariti ale magnetului.
La o conducere complet se poate impune rotirea arborelui cu o vitez necesar, tiind poziia lui n orice moment deoarece exist o singur poziie a arborelui, corespunztoare nfurrii concrete incluse. Viteza rotaiei arborelui se determin prin frecvena emiterii impulsurilor pe nfurarea motorului. La conducerea de impulsuri nfurrile se conecteaz pe scurt timp. n intervalul dintre impulsuri tensiunea, dat pe motorul pas cu pas, este egal cu zero. Pentru motorul cu trei faze ciclul de comutare a nfurrilor se face n ordinea corespunztoare:
= (L1-0) (L2-0) (L3-0) (L1-0)
n fig.15 sunt ilustrate diagramele temporare ale ciclurilor de comutare ale conducerii simetrice de impulsuri.
Fig.15. Diagramele temporare ale conducerii de impulsuri.
S presupunem c micarea fiecrui element al manipulatorului din poziia iniial (fig.16.1) n cea final (fig.16.2) se face printr-o rotaie integr al arborelui motorului pas cu pas dup acele ceasornicului.
Fig.16. Micarea elementelor manipulatorului din poziia iniial 1 n cea final 2 i mrimea n poziia iniial 1.
Aceasta corespunde unui ciclu de comutare al motorului pas cu pas . Mersul invers al pistonului din poziia (fig.16.2) n poziia (fig.16.3) se face printr-o rotaie integr a arborelui contrar acelor ceasornicului i corespunde unui ciclu invers al comutaiei - al motorului pas cu pas (fig.17).
Fig.17. Diagrama temporar a ciclurilor de comutare direct i invers ale motorului pas cu pas.
Realizarea de aparataj a diagramei temporale date poate fi nfptuit prin metode diverse, de exemplu, cu folosirea registrului de deplasare sau pe baza contorului reversiv i decodificator .a.m.d.
Conducerea motorului pas cu pas se face cu ajutorul instalaiei conjugate, care transform semnalele controlorului n poziia corespunztoare a arborelui motorului. Schema-bloc de conducere a motorului pas cu pas este reprezentat n fig.18.
Fig.18. Instalaia conjugat a calculatorului i dispozitivului de acionare a motorului pas cu pas.
Instalaia de intrare asigur deznodmntul galvanic al semnalelor de conducere a calculatorului i concordana rezistenelor de intrare i de ieire, care intr n conturul de conducere a elementelor. Deznodmntul i concordana se face, de regul, prin lanul din dou invertoare, pentru pstrarea polaritii semnalelor. O funcie adugtoare a instalaiei de intrare pstrarea comenzilor i datelor. Memorarea informaiei se face n registrele succesive sau paralele (fig.19).
Fig.19. Schema electric principial a instalaiei de ieire.
Distribuitorul de impulsuri transform succesivitatea unitact a impulsurilor n m-descrcare. La conducerea simetric de impulsuri pentru includerea treptat a 3-ei faze distribuitorul de impulsuri poate fi realizat, de exemplu, prin schema prezentat n fig.20.
Fig.20. Schema electric principial a distribuitorului de impulsuri.
Succesivitatea unitact de impulsuri, generat de la generatorul impulsurilor tactice GTI, la ieirea contorului se transform ntr-un cod dublu, care vine la decodificatorul DC. Totodat, codul dublu decodificat corespunde cantitii de impulsuri, numrate de contor. n rezultat la ieirile decodifictoarelor apare consecutivitatea de impulsuri, micat n timp, dat pe nfurarea motorului pas cu pas. Venind impulsul 3-ei la ieirea de contabilitate, la ieirea apare codul 011, care arunc contorul la starea nul pentru generarea urmtoarei succesiuni de impulsuri. Contorul reversiv permite realizarea rotaiei arborelui motorului dup acele ceasornicului sau conrtrar lor.
Amplificatorul de putere realizeaz intensitatea necesar a curentului electric pentru crearea cmpului magnetic necesar n ecartamentul de lucru a motorului. El poate fi nfptuit, de exemplu, dup schema standard de includere a tranzistorelor cu emitor comun n clasa de intensificare (fig.21).
Fig.21. Schema cascadei de ieire a amplificatorului de putere.
Conducerea trebuie s se realizeze de fiecare dispozitiv de acionare n parte. Proiectnd schema electric principial a instalaiilor conjugate, trebuie s se foloseasc registrul de comand pentru nscrierea tuturor procedurilor de funcionare prevzute a manipulatorului.
Schema electric principial proiectat trebuie s fie verificat cu ajutorul programei de modelare Electronics Workbench.
6. Sarcina pentru proiectul de curs
1. Indexul de micare T - T - R , T - R - T , T - R - R R - R - T , R - T -R , R - T - T
2. diapazonul micrii elementelor manipulatorului:
translative l = m , l = m
rotative = 0 , = 03. Cantitatea punctelor de poziie a organului de lucru 3, 4, 54. Tipul dispozitivului de acionare pneumatic, hidraulic, electromecanic 5. Numrul fazelor ale motorului pas cu pas al transformrilor hidroelectrice 3, 4 6. Sistema de conducere de poziie, de contur7. Operaia tehnologic sudarea exact, sudarea arcuit, perforarea, spoirea, ansamblarea, transportarea, tierea.Punctele de poziie a organului de lucru se aleg pe marginile zonei de lucru dup principiul de acionare a numrului maxim de dispozitive de acionare la trecerea dintr-un punct n altul.
7. Coninutul notei explicative
1. Schema cinematic a manipulatorului.
2. Descrierea consecutivitii micrilor elementelor manipulatorului n corespundere cu operaiile tehnologice.
3. Forma, mrimile i amplasarea n zona de lucru.
4. Construirea simplificat a manipulatorului cu sistemele de coordonate legate.
5. Conducerea cinematicii manipulatorului pentru fiecare punct de poziie.
6. Schema electric principial a instalaiei de conducere.
7. Documentul Electronics Workbench.8. Desenul de montaj a manipulatorului n partea dreapt dreptunghiular a sistemului de coordonate. 8. Cerine fa de formatarea proiectului de curs
Proiectul de curs trebuie s conin: foaia de titlu, sarcina, coninutul, introducerea, partea de baz, concluziile, bibliografia, anex.
Pe Foaia de titlu se menioneaz denumirea ministerului, a instituiei de nvmnt, a facultii, denumirea lucrrii, disciplina, de cine e ndeplinit lucrarea cu indicarea grupe de nvmnt, de asemenea conductorul lucrrii, oraul i anul ndeplinirii.
Sarcina se d de ctre conductorii proiectrilor de curs.
n Coninut intr( introducerea, denumirea tuturor despriturilor (sarcinilor rezolvate), concluziile, bibliografia, anexa.
n introducere se face analiza sarcinii naintate, se descrie domeniul ei de rezolvare i aplicarea rezultatelor ateptate. Se determin metodele i procedeele de rezolvare a sarcinii, argumentarea metodei i procedeului ales
n Partea de baz se prezint rezultatele sarcinilor puse spre soluionare, se ndeplinesc calculele necesare, cercetrile, se elaboreaz algoritmi, elementele sistemei .a.m.d.
n Concluzii se face analiza rezultatelor obinute se d nota de ndeplinire a sarcinii naintate.
n compartimentul Bibliografie se scrie lista literaturii folosite n ordinea apariiei trimiterilor n text. Lista cuprindea ntreaga literatur utilizat (cri, articole, dri de seam, atestri ale autorilor, trimiteri la resursele din Internet). Descrierea sursei bibliografice trebuie s conin structura urmtoare: autorul(ii), denumirea, locul ediiei, editura, anul ediiei, numrul paginilor pentru cri sau ale articolelelor.
La Anex se anexeaz materialul care ilustreaz i confirmarea rezultatelor obinute, coninutul experimentelor, listingul programelor, graficele, tabelele, schemele i celelalte materiale ajuttoare.
Bibliografia
1. .., .., .. . . .: , 1984. 288.
2. . . .: , 1989. 448.
3. ., . : . . .: , 1989. 198.
4. ., ., . : . . .: , 1989. 376.
5. .., .., .. . : , 1988. 285.
6. .., .., .. . : , , . .: , 1985. 359.
7. .. . .: , 1980. 448.
8. .. . .: , 1988. 224.
9. . . .: , 1987. 304.
10. .. . . .: , 1985. 176.
11. ., ., . : . . .: , 1989. 624.
12. . : . . .: , 1990. 527.
13. Borangiu Th., Hossu A. Sisteme educaionale n robotic. - Bucureti: Editura tehnic, 1991. 372 p.
14. Dumitru Z., Gojinechi N., Dulhariu V. i alii. Robotic industrial. Iai: Editura Satya, 1997. 330 p.
15. Ignea A., Chivu M., Borza I. Msurri electrice i electronice. Timioara: Editura Orizonturi universitare, 1998. 310 p.
Coninutul
1. Date generale despre construirea manipulatorului .3
2. Matricele omogene de transformare 7
3. Prezentrile lui Denavit-Hartenberg ...13
4. Ecuaia cinematic a manipulatorului .15
5. Conducerea micrilor elementelor ale manipulatorului.16
6. Sarcina pentru proiectul de curs...20
Bibliografia ...22
Robototehnica
Proiectarea manipulatorului robotului industrial
ndrumri metodice pentru proiectul de curs
Alctuitor: Igor Mardare
__________________________________________________________________
Bun de tipar 03. 03 Formatul hrtiei 60 x84 1/16
Hrtie ofset. Tipar ofset. Tirajul 50 ex.
Coli de tipar 1,5 Comanda nr.
U.T.M. 2004, Chiinu, bd. tefan cel Mare, 168
Secia Redactare, Editare i Multiplicare a U.T.M.
2068, Chiinu, str. Studenilor, 11.
Elementul 2
Elementul 3
Elementul 0
3-a articulaie translativ
1-a articulaie
rotativ
Elementul 1
2-a articulaie rotativ
Baza
Organul de lucru
Indexul de mobilitate
Schema
cinematic
Y
T
Zona de lucru
T; Ty; Tz T-Ty; T-Tz; Ty-Tz Rx; Ry; Rz
Rz
T-Tz
Y
X
X
Y
X
Z
Z
Z
(
Z
X
Y
X
Z
EMBED PBrush
Z
(
X
Sursa de alimentare
Conducta de aer eapavat
Cilindrul
Piston
Distribuitorul
de aer
Aerul
comprimat
Cilindru
Piston
k
h
k
l
Cilindru
Piston
k
h
L
D
Arborele cu roat dinat
Pistonul cu cremaliera dinat
l
(
k
k
L
Staia acumulatorului hidraulic
Semnalul de conducere
Ventil executant
Cilindru
ME
Ulei
Pompa
Piston
EMBED Equation.3
,
1x1
1x3
3x1
3x3
Scalarea
Micarea
Rotaia
k
O
S
R
T
Transformrile optice
X
Y
Z
1
X
Y
Z
2
X
Y
Z
1
2
3
X
Y
Z
1
2
3
4
X
Y
Z
1
6
X
Y
Z
4
1
5
7
4
X
Y
Z
3
2
5
Y
Z
X
1
4
3
2
6
5
8
Z
Y
X
p
V
W
U
Z
Y
X
p
V
W
U
1
2
(
(
W
Z
Y
X
V
U
(
(
Z
Y
X
V
W
U
(
Z
Y
X
V
W
U
(
1
2
3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
W
V
U
Z
Y
X
S3x1
R3x3
p
p
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
zi-1
xi-1
yi-1
xi
yi
zi
i+1 element
i element
i-1 element
i+1 articulaie
i artuculaie
i+1 articulaie
i articulaie
i+1 element
yi
zi
xi
i element
xi-1
zi-1
i-1elemnt
yi-1
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
X
Y
Z
x0
z0
y0
z1
x1
y1
z2
x2
y2
z
y
x
EMBED Equation.3
t
U
t
t
L1
L2
L3
X
Y
Z
X
Y
Z
X
Y
Z
1
2
3
t
U
t
t
L1
L2
L3
-
Ie.1
Ie.3
Calculatorul
Instalaia conjugat
Instalaia de intrare
Amplificatorul intensitii
Distibuitorul de impulsuri
Dispozitivul de acionare
1
1
1
1
RG
2
4
3
1
D
D
1
1
C
1
1
1
1
1
1
Reset
Dup acele ceasornicului
Contrar acelor ceasornicului
1
1
1
1
D
Conducerea generatorului
Selecia nregistrrilor
GTI
1
R
C
2
4
3
1
+1
-1
Conducerea generatorului
Reset
Dup acele ceasornicului
Contrar acelor ceasornicului
DC
1
2
3
4
5
C
D
B
6
7
8
&
Li
+U
U
IL
PAGE 2
_1104044418.unknown
_1104045231.unknown
_1104045290.unknown
_1104045510.unknown
_1104045877.unknown
_1104045328.unknown
_1104045246.unknown
_1104044626.unknown
_1104044767.unknown
_1104044480.unknown
_1040803550.unknown
_1103366491.unknown
_1103366515.unknown
_1103366094.unknown
_1095765055.unknown
_1034089086.unknown
_1040803525.unknown
_1040803501.unknown
_1033830155.unknown
_1034080916.unknown