3.2 Расчет пружины
Проведем расчет пружины сжатия (рисунок 3.14), взводимой кулачком, исходя из следующих данных:
Рисунок 3.14 Схема пружины сжатия
Рассчитаем границы значений предельной деформации для пружины 2 класса:
Найдем жесткость пружины:
Из таблицы стандартных пружин возьмем пружину со следующими параметрами:
С учетом ГОСТ 9389-75 рассчитываем максимальное касательное напряжение для пружины 2 класса:
Определим относительный инерционный зазор и критическую скорость:
Критическое значение скорости больше максимального, следовательно, данная пружина подходит.
Получим характеристики пружины:
3.3 Трехмерные модели разработанных мехатронных узлов
В соответствии с выбранными приводами, рассчитанными пружиной сжатия и кулачком, в программном пакете Компас построены трехмерные модели ноги робота, привода линейного перемещения, привода вращения кулачка и привода поворота ноги относительно корпуса (стопы относительно ноги), показанные на рисунках 3.15 – 3.18.
1
2
3
4
Рисунок 3.15 Трехмерная модель ноги робота: 1 – стопа, 2 – привод поворота стопы относительно ноги, 3 – привод линейного перемещения, 4 – привод поворота ноги относительно корпуса
1
3
2
4
Рисунок 3.16 Трехмерная модель линейного привода: 1 – привод кулачка, 2 – нога, 3 – направляющая, 4 – кулиса
5
3
2
4
1
6
Рисунок 3.17 Трехмерная модель привода поворота кулачка: 1 – кулачок, 2 – двигатель, 3 – редуктор, 4 – энкодер, 5 – кронштейн, 6 - основание
2
1
4
5
3
Рисунок 3.18 Трехмерная модель привода поворота ноги относительно корпуса: 1 – двигатель, 2 – редуктор, 3 – энкодер, 4 – подшипниковый узел, 5 – основание
В данном разделе было проведено проектирование конструкции ноги двуногого прыгающего робота, проведен расчет ее приводов.
4 Система автоматического управления приводом кулачка
Необходимо разработать систему автоматического управления приводом поворота кулачка, отвечающую следующим характеристикам:
Количество колебаний
;Время переходного процесса
с;Коэффициент перерегулирования при типовом воздействии в виде единичного импульса σ = 0%;
Статическая ошибка
.
4.1 Структурная схема сау
Структурная схема САУ привода поворота кулачка изображена на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 Структурная схема САУ: G(t) – задающее воздействие;
Др – драйвер; Дв – двигатель; Р – редуктор; β(t) – управляемая величина;
Д – датчик
Сигнал управляющего напряжения усиливается при помощи драйвера и подается на привод. Угол поворота кулачка измеряется датчиком – энкодером, и поступает на компаратор. На компараторе фактический угол поворота кулачка сравнивается с заданным, и в зависимости от результатов сравнения происходит изменение напряжения, подаваемого на привод.
4.2 Определение передаточных функций
Так как при фиксированном возбуждении двигатель имеет две степени свободы, то необходимо иметь для него два исходных дифференциальных уравнения. Первое уравнение может быть получено, если записать второй закон Кирхгофа для цепи якоря; второе же представляет собой закон равновесия моментов на валу двигателя.
Таким образом, работу привода можно описать следующими уравнениями:
В
этих уравнениях
и
– индуктивность и сопротивление цепи
якоря;
и
,
где
и
– коэффициенты пропорциональности, а
– поток возбуждения;
–
приведенный к оси двигателя суммарный
момент инерции,
- угловая скорость, М – момент нагрузки,
приведенный к валу двигателя.
с-1
Константы Се и Cm найдём по следующим формулам:
Запишем систему уравнений (1) для пространства Лапласа:
Выразим из второго уравнения системы (5) ток и подставим в первое:
Раскрывая скобки, получим:
Преобразуем выражение (7) к виду:
Отсюда находим передаточную функцию двигателя:
Передаточная функция усилителя:
Wус (p) = 24
Передаточная функция обратной связи:
Wос (p) = 1.
Передаточная функция редуктора
Wредуктора (p) = 0.008.