Усилия в шарнирах механизма робота-манипулятора

封面
  • 作者: 1, 1
  • 隶属关系:
    1. Самарский государственный технический университет
  • 期: 卷 1 (2023)
  • 页面: 350-351
  • 栏目: Статика, динамика и устойчивость упругих систем
  • URL: https://journals.eco-vector.com/osnk-sr2023/article/view/421987
  • ID: 421987

如何引用文章

全文:

详细

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:

MAm1gl12cos45°+m2g(l1cos45°+l22cos15°)+

+m3g(l1cos45°+l2cos15°+l32cos45°)+

+mDg(l1cos45°+l2cos15°+l3cos45°)]=0. (1)

MA = 665 Н · м.

Уравнение равновесия для моментов сил относительно точки В:

MBg[m2gl12cos45°+m2g(l1cos45°+l22cos15°)+

+m3g(l1cos45°+l2cos15°+l32cos45°)+

+mDg(l1cos45°+l2cos15°+l3cos45°)]=0. (2)

MB = 248 Н · м.

Уравнение равновесия для моментов сил относительно точки С:

MBg  l32cos45°+mDl3cos45°=0.

MС = 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.

全文:

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:

MAm1gl12cos45°+m2g(l1cos45°+l22cos15°)+m3g(l1cos45°+l2cos15°+l32cos45°)+mDg(l1cos45°+l2cos15°+l3cos45°)=0. (1)

MA = 665 Н · м.

Уравнение равновесия для моментов сил относительно точки В:

MBgm2gl12cos45°+m2g(l1cos45°+l22cos15°)+m3g(l1cos45°+l2cos15°+l32cos45°)+mDg(l1cos45°+l2cos15°+l3cos45°)=0. (2)

MB = 248 Н · м.

Уравнение равновесия для моментов сил относительно точки С:

MBg  l32cos45°+mDl3cos45°=0.

MС = 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.

×

作者简介

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

俄罗斯联邦, Самара

Самарский государственный технический университет

编辑信件的主要联系方式.
Email: elekina-e1@yandex.ru

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

俄罗斯联邦, Самара

参考

  1. Аппель П.Э. Теоретическая механика. Москва: ФМ, 1960. 520 с.
  2. Булгаков А.Г., Воробьев В.А. Промышленные роботы. Кинематика, динамика, контроль и управление. Москва: СОЛОН-Пресс,
  3. 484 с.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2. Рис. 1. Робот-манипулятор

下载 (243KB)
3. Рис. 2. Кинематическая схема робота-манипулятора, работающего в угловой системе координат

下载 (45KB)

版权所有 © Кувшинова Е.В., Элекина Е.Н., 2023

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名 4.0国际许可协议的许可
##common.cookie##