Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Шпоры по Основам мехатроники - файл 1.doc


Шпоры по Основам мехатроники
скачать (324 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc324kb.16.11.2011 21:43скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...

Оглавление


1. Определение мехатроники, как новой области науки и техники. Триединая сущность мехатронных систем. Комментарии к определению мехатроники. 2

2. Факторы, обусловившие развитие МС. Тенденции изменения и ключевые требования мирового рынка в области мехатроники. Поколения мехатронных модулей. 3

3. Структура автоматической машины, созданной на основе традиционного и мехатронного подходов в их проектировании. Потенциально возможные точки интеграции функциональных элементов в мехатронные модули. 4

4. Робототехника – новое комплексное научно-техническое направление в области автоматизации различных процессов. Предметная область робототехники. Промышленная робототехника. Области применения промышленных роботов. 5

5. Основные принципы построения ПР. Задачи, решаемые роботами. Основные свойства робота. Структура робота. 6

6. Термины и определения промышленной робототехники. Манипуляторы, как составная часть робота. Виды манипуляторов. 7

7. Поколения роботов. Структуры роботов различных поколений. Классификация промышленных роботов. 8

8. Ориентирующие, транспортирующие, координатные движения ПР. Системы координатных перемещений ПР. 12

9. Кинематические схемы манипуляторов. Подвижность, маневренность, угол сервиса, коэффициент сервиса манипулятора. 13

10. Классификация промышленных роботов. Номенклатура основных показателей ПР. 14

11. Основные направления построения промышленных роботов(ПР) 15

12. Приводы промышленных роботов. Факторы, определяющие выбор привода ПР. Специфические особенности приводов ПР. 16

13. Пневматическиие приводы, их преимущества и недостатки. Принцип действия пневмоприводов. 17

14. Элементы пневмопривода, их назначение и обозначения на принципиальных пневмосхемах. 18



^

1. Определение мехатроники, как новой области науки и техники. Триединая сущность мехатронных систем. Комментарии к определению мехатроники.



Мехатроника – область науки и техники, основанная на синергетическом объединении узлов точной механики с электронными, электротехническими, компьютерными компонентами, обеспечивающих проектирование и производство качественно новых модулей, систем, машин и систем с интеллектуальным управлением их функциями движениями.


Комментарии к определению:

  1. Мехатроника изучает особый подход к построению машин с качественно новыми характеристиками.




  1. В определении подчеркивается синергетический характер интеграции.

Синергия – совместное действие, направленное на достижение единой цели, при этом важно, что составляющие части, не просто дополняют друг друга, но объединяются таким образом, что новая система обладает новыми свойствами.

Синергетическое объединение – адаптивная по отношению к внешней среде и

воздействию, самопроникающее и органическое объединение компонентов.


  1. Интегрированные мехатронные элементы выбираются разработчиком уже на стадии проектирования машины, а затем обеспечивается инженерная и технологическая поддержка при производстве и эксплуатации машин.




  1. Методологической основой разработки мехатронных систем служат методы параллельного проектирования. Основа параллельного проектирования заключается в одновременном и взаимосвязанном синтезе элементов.




  1. Базовыми объектами изучения мехатроники являются мехатронные модули, выполняющие движение по одной управляемой координате. Из модулей компанируются сложные системы модульной архитектуры.




  1. Мехатронные системы предназначены для реализации заданного движения. Критерий качества заданного движения является объектно-ориентированным




  1. В современных мехатронных системах для обеспечения высокого качества реализации сложного движения применяются методы интеллектуального управления.



^

2. Факторы, обусловившие развитие МС. Тенденции изменения и ключевые требования мирового рынка в области мехатроники. Поколения мехатронных модулей.



Стремительное развитие мехатроники в 90 гг. и в настоящее время как нового научно-технического направления:

  1. Новая тенденция мирового индустриального развития.

  2. Развитие фундаментальных основ и методологии мехатроники (базовые научные цели)

  3. Активность специалистов в научно-исследовательской сфере.


Тенденции изменения и основные требования мирового рынка в области МС:

  1. Необходимость выпуска и сервиса оборудования в соответствии с международной системой стандартов качества (ISO- 9000).

  2. Интернационализация рынка научно-технической продукции, и необходимость внедрения …

  3. Повышение роли малых и средних предприятий в экономике, благодаря их способностям быстрому реагированию на применение продукции рынка.

  4. Бурное развитие компьютерных систем и технологий, средств телекоммуникаций.


К
Электродвигатель

Модуль-мотор

Высокоинертный двигатель

Модуль «двигатель – рабочий орган»

Силовой преобразователь

Механические устройства

Рабочий орган

Датчик ОС

Датчики информации

Микрокомпьютер

Мехатронные модули движения

Интеллектуальные мехатронные модули
лассификация мехатронных модулей:

3. Структура автоматической машины, созданной на основе традиционного и мехатронного подходов в их проектировании. Потенциально возможные точки интеграции функциональных элементов в мехатронные модули.



Устр-во комп-го управления

Блок привод

3

*

2

1

4

Сенсоры

5

6

7



*-механическое устройство с рабочим модулем.

1-7: интерфейсы.

В состав машины входят:

  • Устройство компьютерного управления- управление механическим процессом механического модуля.

-взаимодействие с человеком оператором.

-организация управления механического модуля.

  • Интерфейсы:

U1- человек- машина

U2- формирование электрического управляющего напряжения для исп приводов.

U3- преобразование энергетических сигналов.

U4- исп на входе в случае применения сенсоров.

U5-7- зависит от входных переменных состояния системы.


Сущность механического подхода состоит в интеграции конкретного класса элементов в отдельные функциональные блоки.

Мехатронный модуль

Исходные элементы

Базовый

Дополнительный

Исключен-ый

Интелектуальный силовой преобразователь

Силовой преобразователь

Микропроцессоры

U1,2

Приводной модуль

Исполнительный двигатель

Механическое устрйство

U3

Интеллектуальный сенсор

Сенсор

Микропроцессор

U4

Мехатронный модуль движения

Приводной модуль

Сенсор

U5, U3

Чувствительный рабочий орган

Рабочий орган

Сенсор

U6



4. Робототехника – новое комплексное научно-техническое направление в области автоматизации различных процессов. Предметная область робототехники. Промышленная робототехника. Области применения промышленных роботов.



Робот – это автоматическая машина, вкл перепрограммируемое устройство управления и другие технические средства, обеспечивающие выполнение тех или иных действий, свойственных человеку в процессе его трудовой деятельности.


Задачи:

  • Самоуправления

  • Адаптации с окружающей средой

  • Выполнение трудовых действий


Промышленная робототехника это направление развития науки и техники в области механизации и автоматизации производственных процессов, на основе использования многочисленных технических средств.


^ Промышленный робот это автоматическая машина, стационарная или передвижная, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления для выполнения в производственном процессе различных функций.


Проблемы:

  • Разработка методов форм-го описания производственных процессов

  • Создание промышленных роботов

  • Создание робототехнических комплексов


Область применения по виду производства:

  • Роботы с электромеханическими приводами

  • Роботы с пневматическими приводами

  • Роботы с гидравлическими приводами

  • Роботы с комбинированными приводами


Кодекс робото-ки:

  • Роботы должны заменять людей на опасных работах

  • Роботы должны заменять людей на работах, которые люди не хотят делать

  • Роботы должны заменять людей на работах, которые они могут выполнить с наименьшими затратами



^

5. Основные принципы построения ПР. Задачи, решаемые роботами. Основные свойства робота. Структура робота.



С
команд. упр.
труктурная схема робота


Устройство обработки информации

Задачи

язык

механ. многозв. сист.




внутр. инф.

внешн. инф.

внеш. ср.




Промышленный робот – автоматическая машина (стационарная или передвижная), состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора с несколькими степенями подвижности и перепрограммируемого устройства программного управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций.


Робот – машина, способная решать задачи:

  1. самоуправления

  2. адаптации с окружающей средой

  3. выполнение трудовых действий


Области применения роботов определяются 3-мя правилами. Роботы должны заменять людей:

  1. на опасных работах независимо от затрат

  2. на работах которые люди не хотят выполнять

  3. на работах, которые они выполняют с меньшими затратами.


Области применения роботов

Традиционные

Перспективные

Отдаленной перспективы

Литьё, точечная сварка, манипуляции стеклянными изделиями, кузнечно-прессовое и закалочные операции, обслуживание станков и транспортеров, окраска распылением, литьё пластмасс, шлифовочные операции

Мелкосерийная сборка, строительство, работа с текстильными заготовками, горнодобывающая пром-ть, проводной монтаж, обрубка и зачистка отливок, медицинские лабораторные анализы

растениеводство и животноводство, заправка автомобилей, нейрохирургия, протезирование, обслуживание ядерных установок, домашнее и муниципальное хоз-во
^

6. Термины и определения промышленной робототехники. Манипуляторы, как составная часть робота. Виды манипуляторов.



Промышленный робот – автоматическая машина (стационарная или передвижная), состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора с несколькими степенями подвижности и перепрограммируемого устройства программного управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляемых функций

Манипулятор – устройство для выполнения двигательных функций аналогичных функциям руки человека, при перемещении объекта в пространстве и оснащенных рабочим органом.

^ Объект манипулирования – тело, перемещаемое в пространстве манипулятором; к ним относятся заготовки, детали, захватные устройства, вспомогательный, мерительный или обрабатываемый инструмент, технологическая оснастка.


Манипуляторы


биотехнические

интерактивные

автоматические

копирующие

полуавтоматические

Командные

(не обладают памятью)

Супервизорные дистанционные

(нет запом. устройств или память ограничена)

перепрограмм

- промышл. роботы


Автооперат

Имеют запомин. устройства

^

7. Поколения роботов. Структуры роботов различных поколений. Классификация промышленных роботов.



I поколение (1967 – 1983гг.)


Роботы I поколения: - автоматические устройства, управляемые по неизменяемой в процессе работы жесткой программе;

- рабочая среда должны быть организована, т.е. объект манипулирования должен быть в определенное время и с заданной точностью доставлен на рабочее положение;

- перепрограммируемый;

-

^ II поколение (1975 – 1997гг.). Адаптивные роботы. Среда может быть организована либо вообще не организована.




Роботы II поколения: адаптивные роботы отличающиеся от роботов I поколения, возможностью автоматически перестраивать программы на основе приема и обработки информации, а также управления исполнении механизмов, которое ведется на основе сигналов от системы датчиков, как внутренней, так и внешней информации систем роботов.

^ III поколение (1985 – настоящее время).




Роботы III поколения: с искусственным интеллектом. Важная особенность – зрительное восприятие сцены и возможность общения на ограниченном естественном языке.


Классификация промышленных роботов


  1. По характеру выполняемых операций

    • Технологические (производственные) роботы

    • Вспомогательные (подъемно-транспортные) роботы

    • Универсальные роботы

2. По степени специализации

• Специальные роботы

• Специализированные роботы

• Многоцелевые роботы

^ 3. По виду производства

• Литейные

• Кузнечно-прессовые

• Сварочные

• Механическая обработка

• Термообработка

• Нанесение покрытий

• Автоматический контроль

• Сборка

• Транспортные роботы

^ 4. По системам основных координатных перемещений

• Прямоугольная СК

- Плоская

- Пространственная

• Полярная СК

- Плоская

- Цилиндрическая

- Сферическая

• Ангулярная СК

- Плоская

- Цилиндрическая

- Сферическая

^ 5. По числу степеней подвижности

• Две

• Три

• Четыре

• Пять

• Шесть

• Семь

6. По грузоподъемности

• Сверлегкие (до 1 кг.)

• Легкие (до 10 кг.)

• Средние (до 200 кг.)

• Тяжелые (до 1000 кг.)

• Сверхтяжелые (более 1000 кг.)

^ 7. По мобильности

• Стационарные

• Передвижные


8. По конструктивному исполнению

• Встроенные в оборудование

• Напольные

• Подвесные

^ 9. По типу привода

• Электро - механические

• Пневматическиие

• Гидравлические

• Комбинированные

10. По схеме расположения приводов

• В едином блоке

• На исполнительных органах

• Комбинированное

^ 11. По характеру отработки программы

• Жесткопрограммируемые

• Адаптивные

• Гибкопрограммируемые

12. По характеру программируемых скоростей и дискретности перемещений

• Позиционные.

- Цикловые

- Позиционные

• Контурные

• Комбинированные




^

8. Ориентирующие, транспортирующие, координатные движения ПР. Системы координатных перемещений ПР.


Основные движения звеньев механической системы ПР:

Ориентирующее (локальное) движение ПР – перемещение захватного устройства, или рабочего органа, соизмеримые с его размерами.

Транспортирующие (региональное) – захват и перемещение рабочего органа в различные зоны пространства, определяемые размерами звеньев руки и соизмеримых с размерами рабочего места или с зоной рабочего оборудования.

Координатные движения (глобальное) – перемещения на расстояния, превышающие размеры самого ПР и рабочего места, или обслуживающего оборудования.

Системы координатных перемещений промышленных роботов.








^

9. Кинематические схемы манипуляторов. Подвижность, маневренность, угол сервиса, коэффициент сервиса манипулятора.



Манипулятор

  1. плечо

  2. Предплечье

  3. Кисть


Подвижность манипулятора – W – число независимых обобщенных координат однозначно определяющее положение схвата в пространстве;

^ Кинемат. цепи замкнут. – все звенья образуют и входят в кинематическую цепь

Кинемат. цепи незамкнут. – последнее звено которое не \ не образует кинематическую цепь

^ Формула малышева:
для замкнутой кинематической цепи:

n – количество звеньев кинематической цепи

i – число степеней подвижности кинематической пары

6 – количество степеней подвижности которое может быть обеспечено для рассматриваемого механизма

pi – число пар, которое имеет число степеней подвижности i

^ Для нарисованной схемы:

W=6*3 - 3*2 – 5*1 = 7

Для незамкнутой кинематической цепи:

Маневренность манипулятора M – подвижность манипулятора при зафиксированном схвате

M=W-6

^ Угол сервиса – телесный угол ψ, который может описать последнее звено манипулятора при фиксации центра схвата в заданной точке зоны обслуживания



fc – площадь сферич. поверхности

lсм – длина звена

[ψ]=1м

^ Коэффициент сервиса -

# формула строения манипулятора

W = [θ101010] + ψ21+ [θ323232]
^

10. Классификация промышленных роботов. Номенклатура основных показателей ПР.


[+ классификация из вопроса №7 ]

Номенклатура основных показателей ПР:


1) номинальная грузоподъемность:

Грузоподъемность – суммарная грузоподъемность рук ПР

^ Грузоподъемность руки – наибольшая масса объекта манипулирования включая массу захватного устройства, которая может перемещаться рукой с сохранением всех заявленных характеристик.

Грузоподъемность определяется следующим рядом: (1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3)* 100, 101; 102; 103; 104; 105


2) число степеней подвижности:

Число возможных координатных движений объекта манипулирования относительно опорных систем координат ПР без учета движения зажима захватного устройства.

Наиболее распространены роботы с 4-мя и 5-ю степенями подвижности.


3) время и максимальная или средняя скорость/ускорение по степени подвижности


4) погрешность позиционирования - отклонение заданной позиции исполнительного механизма от фактической при многократном позиционировании

Суммарная погрешность – приведенная погрешность к фактическому положению объекта манипулирования


5) погрешность отработки траектории – отклонение траектории рабочего органа от заданной


6) рабочее пространство/ рабочая зона/ зона обслуживания ПР

Рабочее пространство манипулятор – часть пространства, ограниченная поверхностями огибающими к множеству возможных положений его звеньев

^ Рабочая зона – пространство, в котором может находится рабочий орган при его функционировании.

Зона обслуживания манипулятора – часть пространства, соответствующая множеству возможный положений центра схвата манипулятора при его функционировании.


7) энергопитание и электропотребление


8) массогабаритные характеристики

^

11. Основные направления построения промышленных роботов(ПР)


  1. Создание универсальных машин, обладающих широкими возможностями

  2. Создание специализированных машин, с меньшими возможностями, но более простых по конструкции.

^ Агрегатно-модульный принцип построения ПР:

Создание ПР на базе ограниченной группы типовых деталей, узлов, сборочных единиц, модулей, агрегатов.

Конструктивный модуль – включат механизмы и приводы, энергетические и информационные комплектующие, обеспечивает один или несколько степеней подвижности.


«+» агрегатно-модульного метода:

  1. Возможность получать специализированные ПР, полно отвечающие требованиям решения конкретной технологической задачи, необладающих избыточной функциональностью, следовательно, более дешевле по сравнению с универсальным.

  2. Уменьшение времени и трудоемкости проектирования специализированных ПР

  3. Увеличение надежности ПР , за счет отработанности входящих в него узлов.

  4. Улучшение условий эксплуатации и увеличение ремонтопригодности, за счет уменьшения числа конструкций, узлов и деталей.

  5. Уменьшение стоимости за счет уменьшения номенклатуры деталей и увеличение серийности их выпуска.

  6. Уменьшение сроков подготовки обслуживающего персонала.

«-»

  1. Ограничение номенклатуры узлов и модулей, иногда приводящее к преждевременному снижению функциональности.

  2. При реализации сложных траекторий из-за ограничения числа движения каждого модуля, возрастает число соединений конструкций, возрастает вес и возрастают габариты, Уменьшается жесткость конструкции, уменьшаются динамические и точностные хар-ки роботов.

  3. В некоторых случаях при проектировании ПР приходится принимать решения менее целесообразно с конструкционной точки зрения, но которая более отвечает принципу модульного построения.

Принцип модульного построения – создание ПР на базе функциональных модулей, имеющие все необходимые элементы, включая приводы, датчики ОС, необходимые для обеспечения модуля своего функционального назначения.

Компоненты ПР – унифицированные изделия, относящиеся к продукции общестроительного применения.

^ Унифицированный элемент ПР – Элемент, имеющий унифицированный присоединительные размеры и параметры внешнего сопряжения.

Унифицированный узел ПР – сборочная единица, имеющая унифицированные присоединительные размеры и параметры внешних соединений.

Агрегат ПР – совокупность элементов и узлов ПР, образующих механизм, предназначенных для вып. Движения по 1-й степени подвижности, реализуемых с помощью присоединений к механизму привода и имеющих унифицированные места крепления, в том числе и места крепления привода.

^ Исполнительный модуль – устройство, реализующее движение ПР по 1-й координате при подключении его к цепям энергопитания и управления и имеющее унифицированные присоединительные размеры и параметры внешних сопряжений в том числе с цепями энергопитания и управления.

Блок ПР – Часть конструкции ПР, имеющая унифицированные присоединительные размеры, предназначенная для вкл. определенных функций, включающих перемещение не менее чем по 1-й степени подвижности и конструктивно объединяющая несколько модулей, узлов элементов.
^

12. Приводы промышленных роботов. Факторы, определяющие выбор привода ПР. Специфические особенности приводов ПР.


Приводы ПР – совокупность тех. средств, предназначенных для приведения в движение всех звеньев кинематических цепей и захватного устройства манипулятора в соответствии с требованиями технологического процесса.

В зависимости от вида энергии, используемой для движения привода, бывают:

- Электрический

- Пневматический

- Гидравлический

- Комбинированный


Выбор типа привода - часть общей задачи и разработки и проектирования робота, и зависит от множества факторов:

  • Характер нагрузки на привод

  • Необходимые линейные и угловые перемещения

  • Скорость, законы движения рабочего органа.

  • на число точек, точность позиционирования

  • Условия эксплуатации ПР, характеристики окр. Среды (пожаростойкость, взрывоопасность и уровень загрязнения)


Особенности приводов

  • Каждая степень подвижности обеспечена своим исполнительным движением.

У ПР приводы – многомерные системы.

  • Широкое изменение диапазона нагрузок на привод с преобладанием инерционных нагрузок

  • Возрастает точность использования органа манипулятора при позиционировании и хорошем качестве переходного процесса.

  • Большие ресурсы работы при значительных динамических нагрузках без регламентной эксплуатации, т.е. высокая надежность.

  • Привод ПР должен допускать длительную работу в заторможенном режиме.



^

13. Пневматическиие приводы, их преимущества и недостатки. Принцип действия пневмоприводов.



Пневматические исполнительные механизмы – это устройства преобразовывающее энергию сжатого газа в энергию перемещения выходного механизма или выходного звена привода.


Грузоподъемность до 20 кг


«+»

  • Простота и надежность конструкций

  • Высокая скорость выходного звена привода (при линейном перемещении до 1 м/с, при вращении до 60 об/с)

  • Использование сжатого воздуха в качестве рабочего тела является экологически чистым источником. Возможно использование заводских пневматических сетей с давлением 0.5-0.6 МПа

  • Высокая точность позиционирования по точкам, определяемым жесткими механическими упорами

  • Возможность работать в агрессивных, пожароопасных, взрывоопасных средах

«-»

  • Низкая выходная мощность

  • Невысокая точность позиционирования без механических упоров

  • Большое количество нелинейных элементов как в системе управления ,так и в пневматическом двигателе

В пневмоприводах ПР часто используют поршневые механизмы, которые называют пневмоцилиндрами, т.к. они конструктивно просты, надежны и обеспечивают значительные рабочие усилия



    • Рабочая полость - полость наполнения подпоршневого пространства, в которую поступает сжатый газ из магистрали для совершения работы по перемещению поршня

    • Выхлопная полость – соединенная со средой, в которой происходит выброс отработанного газа

    • Рабочий цикл – период работы привода, по истечению которого все исполнительные элементы занимают исходные позиции

(Р1-Р2)Sэф=∑N

  • Допущение, которое используется для проектирования пневмоприводного проходного сечения выполняется в виде дросселей с турбулентным режимом течения

  • Процесс наполнения и опорожнения газа происходит в адиабатном режиме

(∆Q=0)

pVk = const

z+p+(pV2)/2 = const

z – весовое давление

p – статическое давление

(pV2)/2 – динамическое давление

^

14. Элементы пневмопривода, их назначение и обозначения на принципиальных пневмосхемах.


Пневматич. привод – устр-во, преобразующее энергию сжатого газа (воздуха) в энергию перемещения выходного механизма или звена привода.





Пневмораспределитель – нужен для коммутации воздуха.





числитель – кол-во линий, подходящ. к пассивному состоянию

знаменатель – кол-во позиций (прямоугольников)










Скачать файл (324 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru