Тема. Розрахунок потужності електродвигунів промислового робота

Мета: вивчення особливостей роботи промислових роботів, їх конструктивних властивостей та основних параметрів; визначення потужності та вибір електродвигунів промислового робота.

 

Рекомендації щодо виконання

Складальний промисловий робот серії "SKILAM", кінематичну схему якого зображено на рис. 1.9, містить чотири рухомі ланки: три обертальні (плече R1, лікоть R2, захоплювальний пристрій ЗП) і одне поступальне (кисть R3).

Промисловий робот такого компонування може укладати (штабелювати)

Рисунок 1.9 – Кінематична схема ПР "SKILAM"

деталь, вставляти в отвір вал з проміжком або незначним натягом, монтувати спеціальним інструментом пружини стискування і пружинні стопорні кільця на валу або в корпусі, встановлювати манжети й інші нежорсткі деталі, згвинчувати деталі, а також наносити клей, герметик або мастильний матеріал.

Детальнішу кінематичну схему надано на рис. 1.10. За характером руху, формою робочої зони ПР належить до просторової ангулярної системи координат. Плече 7 отримує поворотний рух від електродвигуна 8 через хвильовий редуктор 9, а лікоть 4 – від електродвигуна 6 через хвильовий редуктор 5. Переміщення кисті 2 поступальне (вертикальне) забезпечується пневмоциліндром 3. Захоплювальний пристрій (ЗП) 1 обертається від електродвигуна 10 через зубчасто-пасову передачу 11. На кінематичній схемі осі та напрями руху позначені відповідно: для плеча і ліктя Q1 і Q2, для кисті B і S. Плече і лікоть розташовані в горизонтальній площині. Опора плеча

Рисунок 1.10 – Деталізована кінематична схема ПР "SKILAM"

кріпиться до вертикальної колони болтовим з'єднанням. Колона спирається на основу, яка слугує для кріплення робота до плити або іншого нерухомого пристрою. Плече і лікоть мають приводні електродвигуни, розташовані безпосередньо на осях Q1 і Q2. На тих же осях змонтовані хвильові зубчасті редуктори.

 

Основні технічні дані ПР SR - 3:

вантажопідйомність, кг: мінімальна 1, максимальна 20 і номінальна 6;

число ступенів рухомості: 4;

привод основних переміщень: електромеханічний;

система управління: мікро-ЕОМ;

спосіб програмування: навчання;

похибка позиціонування, мм: ± 0,05;

максимальний виліт руки R=R1+R2, мм: 650;

довжина ланки R1, мм: 400;

довжина ланки R2, мм: 250;

ширина робочої зони l, мм: 364;

хід угору-вниз В, мм: 100;

кутове переміщення ланок: Q1 = 200; Q2 = 160; S(±) = 180;

колові швидкості переміщень на кінцях ланок, мм/с: на ланці R1(700–1450); R2(400–1000);

габаритні розміри, мм: основа 270×270; висота 1000;

маса, кг: 88.

Широке поширення ПР серії "SKILAM|" пояснюється тим, що горизонтальне компонування і кінематична структура дозволяють значно розширити об'єм обслуговування, збільшити швидкість переміщення захоплення, збільшити податливість руки в горизонтальній площині при її жорсткості у вертикальній площині, що полегшує виконання багатьох складальних операцій; підвищити компактність і скоротити металоємність конструкції (електродвигун з хвильовим редуктором убудований безпосередньо у вісь повороту руки); досягти гарних динамічних характеристик (привод розвантажений від маси ланок руки).

З аналізу динамічних моделей механічної частини виходять наступні основні вимоги до привода ПР:

- система привода повинна стійко працювати в умовах змінного моменту інерції, обумовленого зміною положення кінематичних ланок та маси вантажу;

- оскільки наявність довгих механічних передач і прагнення понизити масу кінематичних ланок маніпулятора призводять до істотного впливу пружності на динаміку маніпуляційної системи, необхідно, щоб привод забезпечував демпфування динамічних навантажень.

До технологічних вимог належать забезпечення заданих параметрів руху, а саме: точності відпрацювання траєкторії або позиціонування, плавного регулювання швидкості в широкому діапазоні, можливості тривалого знаходження захоплювального пристрою в заданій точці робочої зони.

Одна з основних вимог, що висуваються до електропривода ПР, – забезпечити аперіодичні перехідні процеси відпрацювання переміщень в усьому діапазоні варіювання параметрів. Наявність коливань швидкості перереґулювання при позиціонуванні створюють небезпеки для вантажу, що переміщується, і предметів, які оточують ПР, а також погіршує естетичне сприйняття роботи ПР [51, 56].

Високі вимоги висуваються до масогабаритних показників двигунів, які розміщуються на ланках маніпуляційної системи і створюють додаткові динамічні навантаження для приводів попередніх координат.

Нині в електроприводах промислових роботів широкого застосування набули двигуни постійного струму. Це зумовлено зручністю і простотою реґулювання швидкості та моменту. Динамічні вимоги до двигунів ПР наближені до вимог для приводів подач металорізальних верстатів. Особливістю ПР є те, що електричні машини часто розміщуються безпосередньо у зчленуваннях, при цьому кожен подальший двигун навантажується масою попереднього. Звідси жорсткіші вимоги до маси двигунів. Приводи ПР працюють в інтенсивних динамічних режимах, тому для підвищення швидкодії бажано мати максимально можливе прискорення у перехідних процесах:

, (1.38)

де – максимально припустимий момент двигуна; – момент інерції двигуна; – приведений момент інерції механізму.

Підвищити прискорення при тих же габаритах можна, або збільшивши перевантажувальну здатність двигуна, або понизивши момент інерції.

До механізмів повороту належать механізми, що здійснюють поворот усього маніпулятора або більшої його частини навколо вертикальної осі. Обертання передається від двигуна через редуктор на шестірню, закріплену на рухомій платформі. Основним навантаженням таких механізмів є динамічний момент. Статичним моментом можна нехтувати. При визначенні динамічних навантажень необхідно враховувати, що момент інерції механізму змінюється, тому при розрахунку набувають його максимального значення. Динамічний момент (інерційний), що виникає в період розгону і гальмування:

, (1.39)

де – момент інерції частин маніпулятора, що обертаються, ; – кутове прискорення, .

 

Приклад виконання самостійної роботи

Виконати розрахунок потужності та здійснити вибір електродвигуна для першого ступеня рухомості плеча промислового робота при мінімальній швидкості та максимальній вантажопідйомності. Статичним моментом опору нехтувати. Для оцінки динамічного моменту зробити наступні припущення: закон зміни швидкості – трапецеїдальний; довжина шляху розгону S_p дорівнює довжині шляху уповільнення S_t і складає деяку частину загального шляху переміщення S: S_p = S_t = K₁S (рис. 1.11); момент інерції механізму вважати для максимального вильоту руки R=R1+R2. При найбільшій швидкості ПР маємо вантажопідйомність 1 кг, при найменшій швидкості вантажопідйомність 20 кг. Максимальне прискорення вантажу та елементів конструкції ПР не більше 5 м/с². Колові швидкості переміщень на кінцях ланок і кутові швидкості кожної даної ланки наведено в табл. 1.4.

Рисунок 1.11 – Графік зміни швидкості

Таблиця 3.1 – Колові та кутові швидкості переміщень на кінцях ланок

Ланка			Довжина ланки, мм
R1	430-892	1,08-2,23
R1+R2	700-1450	1,08-2,23
R2	400-1000	1,6-4,0

Розв’язок

Для привода ПР з лінійним переміщенням на 1 м, зі швидкістю 1,45 м/с довжина шляху розгону

м;

.

Час розгону: с.

Час руху зі сталою швидкістю:

c.

Для привода ПР з лінійним переміщенням на 1 м зі швидкістю 0,7 м/с довжина шляху розгону:

м;

;

м;

с;

c.

Отриманими даними користуватимемося при орієнтовних розрахунках потужності. Прискорення, виражене через параметри, задане в технічних даних:

м/с²; (1.40)

м/с²,

де .

Момент інерції навантаження:

, (1.41)

де – момент інерції від маси корисного вантажу на максимальному радіусі обертання; – момент інерції частин маніпулятора, що обертаються при максимальному радіусі переміщення; – коефіцієнт конструкції; за результатами розрахунків для існуючих роботів “Unimat”, “Универсал-50”, “SR-3” K₂ = (1.8..2.3) [65, c. 65].

Визначимо .

Для номінальної швидкості при K₂:

;

.

При :

;

.

При :

;

.

Підставляючи значення величин з формул (1.40), (1.41) у формулу (1.39), отримаємо вираз для динамічного моменту [65, c. 66]:

;

Нм;

Нм.

Вважаємо υ_ном =1 м/с, тоді при переміщенні на 1 м довжина шляху розгону:

м;

с; ; ;

;

Розраховуємо потужність привода за найбільшим динамічним моментом:

Потужність привода обертального ступеня рухомості:

,

де – ККД передач, що пов’язують двигун з виконавчою ланкою, для хвильового редуктора ; – кутова швидкість обертального ступеня рухомості, рад/с; – динамічний момент (момент інерції), Нм.

Тип двигуна вибираємо, використовуючи [56, с. 54]. Електродвигуни серії П задовольняють вимоги, висунені до електроприводів ПР.

Технічні дані електродвигуна ПЯ - 125:

Потужність P, Вт 125

Напруга U, В 24

Струм I, А 7,3