Конспект лекций по КМР

Существенным недостатком обоих указанных типов преобразователей движения является зависимость положения центра схвата от угла поворота рабочего элемента. Схваты с такими преобразователями движения могут быть использованы только для захвата объектов, размеры которых отличаются незначительно. Для работы схватов в широком диапазоне размеров захватываемых объектов необходимо применять преобразователи движения с прямолинейным движением рабочих элементов.

396

Для преобразователей движения схватов вводят понятие передаточного отношения:

где dLвx – элементарное перемещение (линейное d или угловое

d ) входного звена преобразователя движения; dLвыx – элементарное перемещение (линейное dh или угловое d ) выходного звена (рабочего элемента); вх – скорость (линейная vвх или угловая wвх) входного звена; вых – скорость (линейная vвых или угловая wвых) выходного звена (рабочего элемента); K – число рабочих элементов; Мвых – эквивалентный силовой фактор (сила N или момент T) на выходном звене (рабочем элементе); Мвх – силовой фактор (сила Fпр или момент Тпр) на входном звене; – коэффициент полезного действия (КПД) преобразователя движения схвата равный

0,85...0,95.

Наиболее часто в преобразователях движения схватов используют преобразование поступательного движения входного звена в поступательное движение рабочих элементов. В этом случае передаточное отношение определяют по формуле:

Для различных схем преобразователей движения схватов значения u приведены в табл. 14.2.

14.9. Точность захвата объекта

Точность работы схвата робота оценивают ошибкой замыканияL, то есть отклонением центра C схвата от прямой линии, перпендикулярной к условным прямолинейным поверхностям рабочих элементов, когда они параллельны между собой и удерживают объект размером D0, при захватывании объекта размером D=D0+ D. При этом центры схвата и объекта не совпадут на величину ошибки замыкания.

Определим ошибку замыкания схвата с линейным перемещением S рабочих элементов (рис. 14.8). Расстояние h0 от центра схвата до вершины рабочего элемента при захватывании объекта диаметром D0 равно:

397

где – половина угла раскрытия рабочего элемента.

Рис. 14.8

При захватывании объекта диаметром D=D0+ D расстояние h от центра схвата до вершины рабочего элемента:

где D – приращение диаметра объекта при линейном перемещении рабочих элементов; Lп – ошибка замыкания схвата; – угол наклона направляющей к вертикали.

Из полученного выражения можно найти ошибку замыкания:

Знак минус указывает на то, что центр C схвата смещается во внутрь схвата.

Ошибку замыкания считают положительной, если смещение центра схвата направлено наружу схвата, отрицательной – если смещение схвата направлено во внутрь.

Перемещение рабочих элементов равно:

L

S • . (14.5) sin β

Подставляя в полученное выражение значение Lп из формулы (14.4), окончательно получим перемещение рабочих элементов в зависимости от изменения диаметра объекта:

398

Рассмотрим схват с угловым перемещением рабочих элементов (рис. 14.9). Из треугольника AB'C' определяем расстояние от точки A вращения рабочего элемента до центра C' схвата:

где D – приращение диаметра объекта при угловом перемещении рабочих элементов; h определяем по формуле (14.3).

Рис. 14.9

Аналогично из треугольника AOC' находим расстояние OC':

где h0 определяем по формуле (14.2).

Так как OC=AB=l, то ошибка замыкания при угловом перемещении рабочих элементов равна:

Для нахождения угла поворота рабочих элементов при захватывании объекта диаметром D=D0+ D , из треугольника B'EC' определим размер B'E:

B E h0 l sin α h cos α .

399

С учетом зависимостей (14.2) и (14.3) получим:

Таким образом, только при линейном или только при угловом перемещении рабочих элементов изменение размера объекта приводит к появлению ошибки замыкания, что отрицательно сказывается на процессе его захватывания и удержания, т.е. на точности работы схвата робота. Для точного захватывания объектов различных размеров необходимо их устанавливать в разные места и так, чтобы центры схвата и объекта совпадали, что представляет собой сложную задачу. Поэтому схваты с линейным и угловым перемещением рабочих элементов могут быть использованы только для захвата объектов, размеры которых отличаются незначительно.

Для работы схватов в широком диапазоне размеров захватываемых объектов необходимо применять схваты, ошибка замыкания которых равна нулю. Получить ошибку замыкания схвата равную нулю при захватывании объекта размером D=D0+ D можно при комбинированном (совместном линейном и угловом) перемещении рабочих элементов (рис. 14.10).

Только при линейном перемещении S рабочих элементов звено AB преобразователя движения займет положение A B и возникнет ошибка замыкания Lп. Для того, чтобы ошибка замыкания схвата равнялась нулю необходимо звено A B повернуть на угол так, чтобы ошибка LВ замыкания от поворота равнялась ошибке Lп замыкания от линейного перемещения и имела противоположный знак. В этом случае звено A B займет положение A B .

Из треугольников A B C и A OC определяем значение общей стороны A C:

400

При этом ошибку замыкания можно определить по формуле

где

Ошибку замыкания от поворота рабочих элементов определяем по формуле (14.7).

401

Складывая алгебраически ошибки замыкания от линейного перемещения и поворота рабочих элементов, получим ошибку замыкания схвата равную нулю, т.е.

L= Lп+ Lв=0.

При угле =90 (рис. 14.11) из треугольников A'BC и A'B'C находим общую сторону A'C:

Рис. 14.11

Приравнивая правые части между собой и решая полученное уравнение, найдем линейное перемещение рабочих элементов:

Требуемый угол поворота рабочих элементов можно определить по формуле:

402

Ошибки замыкания при линейном и угловом перемещениях рабочих элементов определяем по формулам (14.5) и (14.7).

Обеспечить ошибку замыкания схвата равную нулю при комбинированном перемещении рабочих элементов возможно гладким колесом, катящимся без скольжения по плоскости (или зубчатым колесом и рейкой) (рис. 14.12). При перемещении тяги 1 колеса 2, жестко скрепленные со звеньями 3, несущими на себе рабочие элементы 4, катятся без скольжения по наклонным плоскостям кулачка 5. Перекатывание колес вызывает поворот звеньев 3 с рабочими элементами в разные стороны на угол к. При этом линейное Sк и угловое к перемещения колеса связаны между собой соотношением:

Следует отметить, что диаметр колеса получается переменным, т.е. колесо будет не круглым. Спроектированный таким образом схват с гладким колесом дает ошибку замыкания равную нулю.

Если задаться начальными значениями диаметра dк колеса, то по полученной формуле определяют его приращение.

Необходимость сохранения фиксированного положения центра схвата приобретает особое значение при многооперационной обработке, когда объект многократно изменяет свою геометрию. В этом случае целесообразно применять схваты, у которых ошибка замыкания равна нулю.

403

14.10. Рабочие элементы

Для захватывания и удержания объекта выходные звенья преобразователей движения схватов снабжают рабочими элементами, рабочая поверхность которых представляет собой плоскость, призму, боковую поверхность цилиндра или их комбинацию (рис.

14.14)

Рис. 14.14

Рабочие элементы в свою очередь снабжают накладками (губками) 1 (рис. 14.14, д). Их роль во взаимодействии рабочих элементов с объектом и в обеспечении высокого уровня эксплуатационных характеристик велика. Выбором материала накладок с повышенным коэффициентом трения может быть существенно повышена несущая способность схвата без всяких изменений остальных частей. Накладками из теплоизолирующих материалов может быть снижен нагрев схвата при работе с горячими заготовками. Влияние износа в зонах контакта на точность захвата объекта может быть значительно уменьшено, если накладки являются сменными.

14.11. Усилия в местах контакта объекта с рабочими элементами

Усилия, возникающие в местах контакта объекта с рабочими элементами, зависят от способа закрепления объекта в захватном устройстве и направления действия вектора равнодействующей силы, приложенной к объекту.

Рассмотрим общий случай закрепления объекта в захватном устройстве (рис. 14.15). Считаем, что центр масс объекта совпадает с центром схвата или имеет небольшое смещение. При движении исполнительного устройства с ускорением объект также будет дви-

404

тельного устройства; aK – вектор кориолисова ускорения, возни-

кающий при линейном и угловом движении объекта; n – число подвижных звеньев исполнительного устройства.

Приближенное значение вектора Q можно определить в виде:

Вектор Q можно разложить на составляющие: по направлению оси захватного устройства QO Q cos β cos – осевая сила,

перпендикулярно оси захватного устройства QH Q cos β sin –

нормальная сила и перпендику-

получили систему трех взаимно перпендикулярных сил, действующих на объект. Таким образом, рассматриваемую схему удержания объекта можно представить в виде суммы трех элементарных

схем (рис. 14.16). При этом в точках контакта объекта с рабочими элементами захватного устройства возникнут элементарные нор-

мальные N ij и касательные (силы трения) FTij силы, где i=1,2,3,4 –

номер точки контакта объекта с рабочими элементами; j – номер элементарного нормального и касательного усилий, возникающих в i-й точке контакта. Для определения их значений необходимо рассмотреть равновесие объекта в каждой элементарной схеме.

Рассмотрим элементарную схему удержания объекта (рис. 14.16, а). В точках 1 и 2 контакта объекта с рабочими элементами

405