Усилия в шарнирах механизма робота-манипулятора

Полный текст

Обоснование. Механизмы роботов-манипуляторов используют для выполнения многих задач, и одним из ключевых аспектов их работы являются усилия, которые необходимо применять в шарнирах. Шарниры — это точки соединения двух частей механизма, которые позволяют изменить угол и направление движения. Применение правильных усилий в шарнирах является важным аспектом работы робота-манипулятора.

Основная задача механизма робота-манипулятора — перемещать объекты из одного места в другое. Для этого необходимо, чтобы механизм мог двигаться в любом направлении и изменять конфигурацию в соответствии с заданием. Это возможно благодаря шарнирам, которые позволяют механизму осуществлять движения в разных плоскостях.

Усилия, которые необходимо применять в шарнирах, зависит от массы перемещаемого объекта, скорости его перемещения, трения в шарнирах и других факторов. При проектировании механизма робота-манипулятора важно определить максимальные нагрузки, которые механизм будет способен выдерживать. Для этого проводятся расчеты, которые учитывают все параметры механизма и факторы воздействия.

Цель — исследовать параметры усилий, которые необходимо применять в шарнирах механизма робота-манипулятора для обеспечения эффективной работы.

Методы. Для расчета усилий в шарнирах механизма робота-манипулятора используется метод Мак-Куллоха–Питта — закон геометрического анализа механизмов. Он позволяет рассчитывать усилия в шарнирах механизма на основе уравнений равновесия.

В данной работе выполняется расчет моментов сил в шарнирах робота-манипулятора, который представлен на рис. 1, с параметрами l₁ = 0,8 м, l₂ = 0,5 м, l₃ = 0,3 м, m₁ = 40 кг, m₂ = 25 кг, m₃ = 15 кг.

Для каждой точки составляется уравнения для моментов сил.

 

Рис. 1. Робот-манипулятор

 

Рис. 2. Кинематическая схема робота-манипулятора, работающего в угловой системе координат

 

Уравнение равновесия для моментов сил относительно точки А:

$M_A-\left[m_{1}g\frac{l_1}{2}\cos 45°+m_{2}g(l_1\cos 45°+\frac{l_2}{2}\cos 15°)+m_{3}g(l_1\cos 45°+l_2\cos 15°+\frac{l_3}{2}\cos 45°)+m_{D}g(l_1\cos 45°+l_2\cos 15°+l_3\cos 45°)\right]=0$. (1)

M_A = 665 Н · м.

Уравнение равновесия для моментов сил относительно точки В:

$M_B-g\left[m_{2}g\frac{l_1}{2}\cos 45°+m_{2}g(l_1\cos 45°+\frac{l_2}{2}\cos 15°)+m_{3}g(l_1\cos 45°+l_2\cos 15°+\frac{l_3}{2}\cos 45°)+m_{D}g(l_1\cos 45°+l_2\cos 15°+l_3\cos 45°)\right]=0$. (2)

M_B = 248 Н · м.

Уравнение равновесия для моментов сил относительно точки С:

$M_B-g\left(\frac{l_3}{2}\cos 45°+m_D{l}_3\cos 45°\right)=0.$

M_С = 47,7 Н · м.

Результат. В результате расчета моментов сил в шарнирах механизма робота-манипулятора было установлено, что наибольшее значение момента возникает в шарнире, который обеспечивает передвижение рабочего органа в вертикальном направлении. Данный момент сил составил 665 Н · м и является критическим для безопасной работы робота-манипулятора. При проектировании и эксплуатации механизма необходимо учитывать данное значение и принимать меры для минимизации момента в шарнире, например, выбирая оптимальные параметры и конструкцию механизм, используя подшипники высокой точности и обеспечивая правильную сборку и установку механизма.

Выводы. В ходе расчета усилий в шарнирах робота-манипулятора было установлено, что каждый из шарниров испытывает определенную нагрузку, которая зависит от массы и геометрических параметров сегмента манипулятора, а также от углов, под которым они находятся.

Об авторах

Елизавета Владимировна Кувшинова

Самарский государственный технический университет

Email: elizaveta.kuv@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0003-6564-1511

студентка, группа 22-ФПГС-102, факультет промышленного и гражданского строительства

Россия, Самара

Елена Николаевна Элекина

Самарский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: elekina-e1@yandex.ru

научный руководитель, старший преподаватель кафедры строительной механики, инженерной геологии, оснований и фундаментов

Россия, Самара

Список литературы

Дополнительные файлы