Пример выполнения лабораторной работы

Методические указания

К выполнению лабораторной работы № 1 на тему

«Структурный анализ механизмов»

Цель работы: Провести структурный анализ заданной конструкции манипулятора.

Основные понятия и определения

Манипулятором называется техническое устройство, предназначенное для воспроизведения некоторых рабочих функций рук человека. Манипулятор оснащается приводом и рабочим органом, с помощью которого осуществляется выполнение рабочих функций. Способность воспроизводить движения, подобные движениям рук человека, достигается приданием манипулятору нескольких степеней свободы, по которым осуществляется управляемое движение с целью получения заданного движения рабочего органа – схвата.

Числом степеней свободы механической системы называется число возможных перемещений системы.

Твердые тела, входящие в механическую систему манипулятора, называются звеньями.

Входным звеном называется звено, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом. Выходным звеном называется звено, совершающее рабочее движение. Таким образом, в манипуляторе число входных звеньев равно числу приводов, а выходное звено, как правило, одно – схват, или рабочий орган.

Подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев называется кинематической парой.

Кинематические пары могут быть классифицированы как по числу степеней свободы звеньев в их относительном движении, так и по числу связей, налагаемых парой на относительное движение звеньев. По первому признаку различают одно-, двух-, трех-, четырех-, пятиподвижные кинематические пары. По второму признаку – кинематические пары пятого, четвертого, третьего, второго и первого класса (классификация И. И. Артоболевского). В манипуляторах в основном получили распространение одноподвижные кинематические пары, т. е. пары пятого класса, допускающие относительное вращательное, поступательное или винтовое движение. Такие пары ограничены по поверхности, например, телескопического или шарнирного типа и называются низшими. Пары других четырех классов называются высшими и имеют контакт по неограниченной поверхности, линии, точке и линии, точке. Примером реализации пар высшего класса, является применение шаровых опор в некоторых конструкциях высокоподвижных манипуляторов.

Совокупность звеньев, образующих между собой кинематические пары, называется кинематической цепью. Кинематические цепи подразделяются на плоские и пространственные в зависимости от вида движения звеньев: в одной или нескольких параллельных плоскостях и в пространстве.

Число степеней свободы манипулятора равно числу обобщенных координат, под которыми понимают независимые переменные, однозначно определяющие положение механизма в пространстве.

Целью структурного анализа является изучение строения механизма, его разложение на структурные группы и начальные звенья.

Порядок выполнения работы

1. Определить количество подвижных звеньев и класс всех кинематических пар для кинематической схемы манипулятора, соответствующей вашему варианту.

2. Определить степень подвижности механизма.

3. Оформить отчёт в виде текстового документа в формате *.doc или *.docx.

Пример выполнения лабораторной работы

Выполним структурный анализ кинематической схемы манипулятора, представленной на рис. 1.

Рисунок 1 - Кинематическая схема трехзвенного манипулятора

У представленного механизма три подвижных звена: 1, 2 и 3.

· Начало системы координат и звено 1 образуют вращательную кинематическую пару А. Пара одноподвижная, число степеней свободы звена Н=1. Класс кинематической пары S = 6-Н = 6-1 = 5.

· Звенья 1 и 2 образуют поступательную пару В. Пара одноподвижная, число степеней свободы Н=1. Класс кинематической пары S = 6-Н = 6-1 = 5.

· Звенья 2 и 3 образуют вращательную пару С. Пара одноподвижная, число степеней свободы Н=1. Класс кинематической пары S = 6-Н = 6-1 = 5.

Рабочим органом (схватом) манипулятора является точка D.

Степень подвижности механизма определяется по формуле Чебышева для пространственных механизмов:

W=6n-5p₅=6*3-5*3=3,                                       (1)

где n – число звеньев, p₅ – количество кинематических пар пятого класса.

Таким образом, для придания определенности движению манипулятора, следует задать движение всем трем его звеньям.

Варианты заданий

Пример варианта задания: 16 - 5.1. Вариант 16, схема 5, подвариант 1.

Провести структур анализ пространственного механизма (руки робота) в момент захвата:

1. жестко закрепленной заготовки.

2. заготовки, способной к простр вращению (шаровой шарнир)

3. заготовки, спосорбной к перемещнию по одной из осей.

Схема 1

№ Варианта	Звено	Длина, м		Угол поворота, град		Перемещение, мм
				Общ	Расч	Общ	Расч
1	1	1,5		360	180			0,2	0,2
	2	1,5				1,25	1,0			0,2	0,2
	3	0,75	0,25	360	180			0,2	0,2
2	1	1,75		360	270			0,1	0,2
	2	1,75				1,4	0,5			0,1	0,2
	3	1,0	0,3	270	0			0,1	0,1
3	1	2		360	270			0,1	0,1
	2	1,75				1,3	0,5			0,2	0,2
	3	1,2	0,5	360	180			0,1	0,1

Схема 2

№ Варианта	Звено	Длина, м		Угол поворота, град		Перемещение, мм
				Общ	Расч	Общ	Расч
1	1	1,5		360	180			0,2	0,2
	2	1,5		220	180			0,2	0,2
	3	0,75	0,25			1,0	0,5			0,2	0,2
2	1	1,75		360	270			0,1	0,2
	2	1,75		270	0			0,1	0,1
	3	1,0	0,3			1,0	0,5			0,1	0,2
3	1	2		360	270			0,1	0,1
	2	1,75		210	180			0,1	0,1
	3	1,2	0,5			1,0	0,5			0,2	0,2

Схема 3

№ Варианта	Звено	Длина, м		Угол поворота, град		Перемещение, мм
				Общ	Расч	Общ	Расч
1	1	1,5				1,0	0,5			0,2	0,2
	2	0,5		360	180			0,2	0,2
	3	1,5				1,0	0,5			0,2	0,2
	4	0,75	0,25	360	0			0,2	0,2
2	1	1,75				1,25	0,75			0,1	0,2
	2	0,75		360	0			0,1	0,1
	3	1,75				1,25	0,75			0,1	0,2
	4	1,0	0,3	360	180			0,1	0,2
3	1	2				1,6	1,0			0,1	0,1
	2	0,75		360	180			0,1	0,1
	3	1,75				1,25	1,0			0,2	0,2
	4	1,2	0,5	360	90			0,1	0,1

Схема 4

№ Варианта	Звено	Длина, м		Угол поворота, град		Перемещение, мм
				Общ	Расч	Общ	Расч
1	1	1,5		360	180			0,2	0,2
	2	0,5				1,0	0,5			0,2	0,2
	3	1,5				1,0	0,5			0,2	0,2
	4	0,75	0,25	360	0			0,2	0,2
2	1	1,75		360	0			0,1	0,1
	2	0,75				1,25	0,75			0,1	0,2
	3	1,75				1,25	0,75			0,1	0,2
	4	1,0	0,3	360	90			0,1	0,2
3	1	2		360	90			0,1	0,1
	2	0,75				1,6	1,0			0,1	0,1
	3	1,75				1,25	1,0			0,2	0,2
	4	1,2	0,5	360	270			0,1	0,1

Схема 5

№ Варианта	Звено	Длина, м		Угол поворота, град		Перемещение, мм
				Общ	Расч	Общ	Расч
1	1	1,5		360	180			0,1	0,2
	2	0,5		180	0			0,2	0,2
	3	1,5		360	180			0,2	0,2
	4	0,75	0,25			1,0	0,5			0,2	0,2
2	1	1,75		360	0			0,1	0,2
	2	0,75		200	90			0,1	0,1
	3	1,75		360	90			0,1	0,2
	4	1,0	0,3			1,0	0,5			0,1	0,2
3	1	2		360	90			0,1	0,1
	2	0,75		270	180			0,1	0,1
	3	1,75		360	0			0,2	0,2
	4	1,2	0,5			1,0	0,5			0,1	0,1

Схема 6

№ Варианта	Звено	Длина, м		Угол поворота, град		Перемещение, мм
				Общ	Расч	Общ	Расч
1	1	1,5				2,0	0,5			0,2	0,2
	2	0,5		360	180			0,2	0,2
	3	1,5				1,0	0,5			0,2	0,2
	4	0,75	0,25	360	0			0,2	0,2
2	1	1,75				2,25	0,75			0,1	0,2
	2	0,75		360	0			0,1	0,1
	3	1,75				1,25	0,75			0,1	0,2
	4	1,0	0,3	360	90			0,1	0,2
3	1	2				1,6	1,0			0,1	0,1
	2	0,75		360	90			0,1	0,1
	3	1,75				1,25	1,0			0,2	0,2
	4	1,2	0,5	360	270			0,1	0,1

Схема 7

№ Варианта	Звено	Длина, м		Угол поворота, град		Перемещение, мм
				Общ	Расч	Общ	Расч
1	1	1,5				2,0	0,5			0,2	0,2
	2	0,5		360	180			0,2	0,2
	3	1,5		270	0			0,2	0,2
	4	0,75	0,25			1,0	0,5			0,2	0,2
2	1	1,75				2,25	0,75			0,1	0,2
	2	0,75		360	0			0,1	0,1
	3	1,75		210	180			0,1	0,2
	4	1,0	0,3			1,25	0,75			0,1	0,2
3	1	2				1,6	1,0			0,1	0,1
	2	0,75		360	90			0,1	0,1
	3	1,75		300	0			0,1	0,1
	4	1,2	0,5			1,25	1,0			0,2	0,2

Схема 8

№ Варианта	Звено	Длина, м		Угол поворота, град		Перемещение, мм
				Общ	Расч	Общ	Расч
1	1	0,5				2,0	0,5			0,2	0,2
	2	1,0	0,5	360	180			0,2	0,2
	3	1,0		270	0			0,2	0,2
	4	0,75	0,25			1,0	0,5			0,2	0,2
2	1	0,75				2,25	0,75			0,1	0,2
	2	1,25	0,75	360	0			0,1	0,1
	3	1,25		270	90			0,1	0,2
	4	1,0	0,3			1,25	0,75			0,1	0,2
3	1	1,0				1,6	1,0			0,1	0,1
	2	1,35	1,0	360	90			0,1	0,1
	3	1,5		270	90			0,1	0,1
	4	1,2	0,5			1,25	1,0			0,2	0,2

Схема 9

№ Варианта	Звено	Длина, м		Угол поворота, град		Перемещение, мм
				Общ	Расч	Общ	Расч
1	1	1,5				2,0	0,5			0,2	0,2
	2	0,5				1,25	1			0,2	0,2
	3	1,0	0,5	270	0			0,2	0,2
	4	0,75	0,25			1,0	0,5			0,2	0,2
2	1	1,75				2,25	0,75			0,1	0,2
	2	1,0				1,5	0,75			0,1	0,1
	3	1,25	0,75	270	90			0,1	0,2
	4	1,0	0,3			1,25	0,75			0,1	0,2
3	1	1,0				1,6	1,0			0,1	0,1
	2	0,75				0,8	0,5			0,1	0,1
	3	1,5	1,0	270	90			0,1	0,1
	4	1,2	0,5			1,25	1,0			0,2	0,2

Схема 10

№ Варианта	Звено	Длина, м		Угол поворота, град		Перемещение, мм
				Общ	Расч	Общ	Расч
1	1	1500		360	90			0.1	0.2
	2	700	200	170	60			0.1	0.3
	3	100				350	100			0.1	0.4
	4	300	200	360	180			0.2	0.4
2	1	1000		360	180			0.1	0.2
	2	500	150	200	90			-1	-0.3
	3	100				300	90	0.1	0.4	0.1	0,3
	4	300	200	360	90			0.2	0.4
3	1	200		360	270			0.1	0.2
	2	1000	300	270	180			0.1	0.3
	3	200				500	200			0,1	0,4
	4	400	200	360	270			0.2	0.4

Схема 11

№ Варианта	Звено	Длина, м		Угол поворота, град		Перемещение, мм
				Общ	Расч	Общ	Расч
1	1	1,5				2,0	0,5			0,2	0,2
	2	0,5				1,0	0,5			0,2	0,2
	3	1,5		360	180			0,2	0,2
	4	0,75	0,25	360	0			0,2	0,2
2	1	1,75				2,25	0,75			0,1	0,1
	2	0,75				1,25	0,75			0,1	0,2
	3	1,75		360	0			0,1	0,2
	4	1,0	0,3	360	90			0,1	0,2
3	1	2				3,25	1,0			0,1	0,1
	2	0,75				1,5	1,0			0,1	0,1
	3	1,75		360	90			0,2	0,2
	4	1,2	0,5	360	270			0,1	0,1

Схема 12

№ Варианта	Звено	Длина, м		Угол поворота, град		Перемещение, мм
				Общ	Расч	Общ	Расч
1	1	1,5				2,0	0,5			0,2	0,2
	2	0,5				1,0	0,5			0,2	0,2
	3	1,5		360	180			0,2	0,2
	4	0,75		270	0			0,2	0,2
2	1	1,75				2,25	0,75			0,1	0,1
	2	0,75				1,25	0,75			0,1	0,2
	3	1,75		360	0			0,1	0,2
	4	1,0		210	90			0,1	0,2
3	1	2				3,25	1,0			0,1	0,1
	2	0,75				1,5	1,0			0,1	0,1
	3	1,75		360	90			0,2	0,2
	4	1,2		250	180			0,1	0,1

Схема 13

№ Варианта	Звено	Длина, м		Угол поворота, град		Перемещение, мм
				Общ	Расч	Общ	Расч
1	1	1,5				2,0	0,5			0,2	0,2
	2	1,5		360	180			0,2	0,2
	3	0,5				1,0	0,5			0,2	0,2
	4	0,75		270	0			0,2	0,2
2	1	1,75				2,25	0,75			0,1	0,1
	2	1,75		360	0			0,1	0,2
	3	0,75				1,25	0,75			0,1	0,2
	4	1,0		210	90			0,1	0,2
3	1	2				3,25	1,0			0,1	0,1
	2	1,75		360	90			0,2	0,2
	3	0,75				1,5	1,0			0,1	0,1
	4	1,2		250	180			0,1	0,1

Схема 14