Структурный анализ и синтез механизмов

Август 1, 2022

Главная
Физика
Структурный анализ и синтез механизмов

Содержание

2. Структура курса «Механика роботов и мехатронных модулей» Лекции – 32 часа Лабораторные работы – 32 часа
3. Основные понятия и определения Механизм – совокупность подвижных материальных тел, одно из которых закреплено, а все
4. Основные понятия и определения (продолжение) Машины условно можно разделить на виды: - энергетические; - технологические; -
5. Основные виды рычажных механизмов 1. Кривошипно-ползунный механизм: е – эксцентриситет 2. Четырёхшарнирный механизм. 3. Кулисный механизм.
6. Анализ рычажных механизмов Кривошипно-ползунный механизм Звенья механизма Кинематические пары Степень подвижности механизма
7. Классификация кинематических пар по числу связей и по подвижности Число связей Класс КП Число подвижностей S=1
8. Структура механизмов Структура механизма – это совокупность его элементов и отношений между ними, т.е. совокупность звеньев,
9. Структурный анализ ФОРМУЛА ЧЕБЫШЕВА (для плоских механизмов) : Wпп=3n - 2pн - pв, где n –
10. Незамкнутые пространственные механизмы Манипулятор Степень подвижности манипулятора Для плоского случая: Wпр= 6*3 - ( 5*3 +
11. Структура манипуляторов Движения, которые обеспечиваются манипулятором, делятся на: - глобальные (для роботов с подвижным основанием) -
12. Рабочее пространство и зона обслуживания манипулятора Рабочее пространство манипулятора - часть пространства, ограниченная поверхностями огибающими к
13. Определение подвижности манипулятора Для данного манипулятора определяем: подвижность механизма: W = 6 * 3 - (3
14. Структурный анализ манипулятора Задачи: 1. Определить количество подвижных звеньев и класс всех кинематических пар для кинематической
15. Структурный синтез Задача синтеза механизмов вызывает наибольший интерес у конструкторов. Синтез – проектирование механизма. Три стадии
16. Задачи структурного синтеза Задачи, которые решают современные роботы, разнообразны, а, следовательно, и структура этих устройств также
17. Структурный синтез кисти манипулятора Перемещение схвата в пространстве можно обеспечить, если ориентировать оси первых трех кинематических
18. Примеры рабочих органов роботов Клешня робота
19. Заключение Важная особенность манипуляторов - изменение структуры механизма в процессе работы. Эти структурные особенности манипуляторов необходимо
20. Решение задач
21. Структурная классификация механизмов по Ассуру Л.В.
22. Классы простейших групп по Ассуру и по Артоболевскому
24. Скачать презентацию

Слайд 2

Структура курса «Механика роботов и мехатронных модулей»
Лекции – 32 часа
Лабораторные работы

– 32 часа
Самостоятельная работа – 96 часов
Экзамен
Цели и задачи курса «Механика роботов и ММ»
1. Изучить особенности пространственных незамкнутых механизмов.
2. Изучить особенности мехатронных модулей движения (ММД).
3. Изучить двигатели и преобразователи движения роботов и мехатронных модулей (ММ).
4. Изучить вопросы кинематической точности и надежности роботов и мехатронных модулей.

Слайд 3

Основные понятия и определения
Механизм – совокупность подвижных материальных тел, одно из

которых закреплено, а все остальные совершают вполне определенные движения, относительно неподвижного материального тела.
Звенья – материальные тела, из которых состоит механизм.
Стойка– неподвижное звено.
Кинематическая пара – подвижное соединение звеньев, допускающее их относительное движение. Все кинематические пары на схеме обозначают буквами латинского алфавита, например A, B, C и т.д.

Слайд 4

Основные понятия и определения (продолжение)
Машины условно можно разделить на виды:
- энергетические;
-

технологические;
- транспортные;
- информационные.
Энергетические машины разделяют на:
двигатели;
трансформирующие машины.
Техническое объединение двигателя и технологической (рабочей машины) - Машинный агрегат (МА).
Внешняя среда Технологический процесс
ω1 - скорость, с которой
вращается вал двигателя;
ω2 - скорость, с которой будет
вращаться главный вал
рабочей машины.

Слайд 5

Основные виды рычажных механизмов
1. Кривошипно-ползунный механизм:
е – эксцентриситет
2. Четырёхшарнирный механизм.
3. Кулисный

механизм.
4. Гидроцилиндр.

Слайд 6

Анализ рычажных механизмов
Кривошипно-ползунный механизм
Звенья механизма
Кинематические пары
Степень подвижности механизма

Слайд 7

Классификация кинематических пар по числу связей и по подвижности
Число связей Класс

КП Число подвижностей
S=1 PI H=5
S=2 PII H=4
S=3 PIII H=3
S=4 PIV H=2
S=5 PV H=1
Кинематические пары разделяют на:
- низшие:
- вращательные;
- поступательные;
- высшие.

Слайд 8

Структура механизмов
Структура механизма – это совокупность его элементов и отношений между

ними, т.е. совокупность звеньев, групп или типовых механизмов и подвижных или неподвижных соединений.
Структурная схема механизма
Число степеней свободы механизма:
W = S+H,
где S – условия связи;
H – неподвижность.
Любое незакреплённое тело в пространстве имеет
6 степеней свободы, на плоскости – 3.

Слайд 9

Структурный анализ
ФОРМУЛА ЧЕБЫШЕВА (для плоских механизмов) :
Wпп=3n - 2pн

- pв,
где n – число подвижных звеньев механизма,
рн – число низших КП,
рв – число высших КП.
Расчёт для КПМ
n=3, pн=4, рв=0
W = 3*3 - 2*4 = 1
В случае пространственного механизма:
Wпр= 6n - (S1+ S2+ S3+ S4+ S5)
Wпр= 6n - (5pV+4pIV+3pIII+2pII+pI)
Wпр= 6*3 – 5*4 = -2 ? статически неопределимая ферма.
Для получения Wдейств=0, необходимо добавить 3 движения.
q = Wдейств - Wпр = 1 - (-2) = 3,
где q – избыточные связи.
Тогда Wпр= 6*3 - ( 5*2 + 4*1 + 3*1 ) = 18 - 17 = 1 n
ФОРМУЛА СОМОВА-МАЛЫШЕВА: Wпр= 6*n - ΣSi + q
i=1

Слайд 10

Незамкнутые пространственные механизмы

Манипулятор
Степень подвижности
манипулятора
Для плоского случая:
Wпр= 6*3 - (

5*3 + 4*0+ 3*0) =
18 - 15 = 3
Для пространственного случая:
Wпр= 6*3 - ( 5*1 + 4*1+ 3*1) =
18 - 12 = 6
Для каждого манипулятора
определяется формула
строения.

Слайд 11

Структура манипуляторов
Движения, которые обеспечиваются манипулятором,
делятся на:
- глобальные (для роботов с подвижным
основанием)
-

региональные (транспортные)
- локальные (ориентирующие)
Этот механизм состоит из трех подвижных
звеньев и трех кинематических пар:
двух трехподвижных сферических А3сф и С3сф
и одной одноподвижной вращательной В1в.
Антропоморфный манипулятор

Слайд 12

Рабочее пространство и зона обслуживания манипулятора
Рабочее пространство манипулятора - часть пространства,

ограниченная поверхностями огибающими к множеству возможных положений его звеньев. Зона обслуживания манипулятора - часть пространства, соответствующая множеству возможных положений центра схвата манипулятора.
Подвижность манипулятора W –
число независимых обобщенных
координат однозначно определяющее
положение схвата в пространстве.
или для незамкнутых кинематических цепей:
Маневренность манипулятора М –
подвижность манипулятора при зафиксированном (неподвижном) схвате.

Слайд 13

Определение подвижности манипулятора
Для данного манипулятора определяем:
подвижность механизма:
W = 6 * 3

- (3 * 2 - 5 * 1) = 18 - 11 = 7;
маневренность: M = 7 - 6 = 1;
формула строения:
W = [q10 + j10 + y10 ] + j21 + [q32 + j32 + y32 ].

Слайд 14

Структурный анализ манипулятора
Задачи:
1. Определить количество подвижных звеньев и класс всех кинематических

пар для кинематической схемы манипулятора.
2. Определить степень подвижности механизма.
SА = 6-Н = 6-1 = 5.
SВ = 6-Н = 6-1 = 5.
SС = 6-Н = 6-1 = 5.
Точка D – схват манипулятора.
Степень подвижности манипулятора:
W=6n-5p5=6*3-5*3=3,
где n – число звеньев,
p5 – количество кинематических пар пятого класса.

Слайд 15

Структурный синтез
Задача синтеза механизмов вызывает наибольший интерес у конструкторов.
Синтез – проектирование

механизма.
Три стадии синтеза рычажных механизмов:
1.Синтез структурной схемы.
2. Метрический синтез.
3. Динамический синтез.
В инженерной практике: модель шарнирного четырехзвенника.
В зависимости от того, какое звено принято за неподвижное, а какое – за входное, изменяются основные свойства механизма: механизм может быть кривошипно-коромысловым, двухкривошипным, двухкоромысловым. Наибольшее применение находит кривошипно-коромысловый механизм.
Условия существования кривошипа:
1. Кривошип есть наименьшее звено.
2. Сумма длин наименьшего и наибольшего звеньев меньше суммы длин двух других звеньев (теорема Грасгофа).

Слайд 16

Задачи структурного синтеза
Задачи, которые решают современные роботы, разнообразны, а, следовательно, и

структура этих устройств также различна и многообразна.
Целенаправленный научный синтез рациональных схем механизмов роботов и манипуляторов возможен только тогда, когда будут построены строгие структурные математические модели механизмов с незамкнутыми кинематическими цепями.
Структурная математическую модель простых роботов и манипуляторов с
незамкнутой кинематической цепью:
Анализ модели показывает, что синтез простых роботов и манипуляторов можно проводить, если задаться их подвижностью и пространством, в котором они будут существовать, либо числом звеньев (кинематических пар).

Слайд 17

Структурный синтез кисти манипулятора
Перемещение схвата в пространстве можно обеспечить, если ориентировать

оси первых трех кинематических пар по осям одной из осей координат.
Выбор системы координат определяет тип руки манипулятора и вид его зоны обслуживания.
Структурные схемы механизмов кисти, применяемые в манипуляторах

Слайд 18

Примеры рабочих органов роботов
Клешня робота

Слайд 19

Заключение
Важная особенность манипуляторов - изменение структуры механизма в
процессе работы.

Эти структурные особенности манипуляторов необходимо учитывать при
программировании работы промышленного робота.
Структурный анализ заключается в разложении механизма на структурные
группы и начальные звенья.
Целью структурного анализа является определение числа и названия
звеньев, числа и классов кинематических пар, степеней подвижности, классов
и порядка структурных групп, классов механизма в целом, формулы строения
(порядка сборки).
Основой служит структурная схема механизма.
Под синтезом понимается проектирование механизма.
Синтез механизма содержит три стадии: синтез структурной схемы, метрический синтез и динамический синтез.
Структурный синтез сводится к выбору механизма, удовлетворяющего общим требованиям к нему.

Слайд 20

Решение задач

Слайд 21

Структурная классификация механизмов по Ассуру Л.В.

Слайд 22

Структурный анализ и синтез механизмов

Содержание

Структура курса «Механика роботов и мехатронных модулей»Лекции – 32 часаЛабораторные работы

Основные понятия и определенияМеханизм – совокупность подвижных материальных тел, одно из

Основные понятия и определения (продолжение)Машины условно можно разделить на виды:- энергетические;-

Основные виды рычажных механизмов1. Кривошипно-ползунный механизм:е – эксцентриситет2. Четырёхшарнирный механизм.3. Кулисный

Анализ рычажных механизмовКривошипно-ползунный механизмЗвенья механизмаКинематические парыСтепень подвижности механизма

Классификация кинематических пар по числу связей и по подвижностиЧисло связей Класс

Структура механизмовСтруктура механизма – это совокупность его элементов и отношений между

Структурный анализФОРМУЛА ЧЕБЫШЕВА (для плоских механизмов) : Wпп=3n - 2pн

Незамкнутые пространственные механизмы МанипуляторСтепень подвижностиманипулятораДля плоского случая:Wпр= 6*3 - (

Структура манипуляторовДвижения, которые обеспечиваются манипулятором,делятся на:- глобальные (для роботов с подвижнымоснованием)-

Рабочее пространство и зона обслуживания манипулятораРабочее пространство манипулятора - часть пространства,

Определение подвижности манипулятораДля данного манипулятора определяем:подвижность механизма:W = 6 * 3

Структурный анализ манипулятораЗадачи:1. Определить количество подвижных звеньев и класс всех кинематических

Структурный синтезЗадача синтеза механизмов вызывает наибольший интерес у конструкторов.Синтез – проектирование

Задачи структурного синтезаЗадачи, которые решают современные роботы, разнообразны, а, следовательно, и

Структурный синтез кисти манипулятораПеремещение схвата в пространстве можно обеспечить, если ориентировать

Примеры рабочих органов роботовКлешня робота

Заключение Важная особенность манипуляторов - изменение структуры механизма в процессе работы.