Мехатроника

Министерство  образования РБ

Министерство  образования и науки РФ

 

БУЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему

«Мехатроника»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

Студент гр. АТП-101

Белов В.А.

Проверила:

Борисенко Л.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Могилев 2013

 

 

Понятие мехатроники

Мехатроника — это новая область науки и техники, посвященное созданию и эксплуатации машин и систем с компьютерным управлением движения, которая базируется на знаниях в области механики, электроники и микропроцессорной техники, информатики и компьютерного управления движением машин и агрегатов.

 В данном определении особо  подчеркнуто приединая сущность мехатронной системы, в основу построения которой заложена идея глубокой взаимосвязи механических, электронных и компьютерных элементов. Поэтому эмблемой мехатроники ставят 3 пересекающихся круга, включенных в общую оболочку:

- производство,                             

- менеджмент,                              

- требования рынка.

 Таким образом, системная  интеграция 3 указанных видов элемента  является необходимым условием  построения мехатронной системы.

 Известно несколько определений  мехатроники как науки. 

 Мехатроника - изучает синергетическое объединение узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами с целью проектирования и производства качественно новых модулей, машин, систем и комплексов машин с интеллектуальным управлением с их функциональными движениями.

К числу современных  требований к функциональным и технологическим  показателям мехатронных модулей и машин в первую очередь следует отнести:

−выполнение машинами и системами качественно  новых служебных и функциональных задач,

–сверхвысоких скорости движения конечного звена  машины – ее рабочего органа, что  определяет новый уровень производительности технологических комплексов,

–ультрапрецезионные движения модулей с целью реализации новых прецизионных технологий вплоть до микро- и нанотехнологий.

–компактность модулей и движущихся систем , миниатюризация конструкций в микромашинах,

–новые кинематические структуры и конструктивные компоновки многокоординатных машин,

–интеллектуальное поведение систем, функционирующих  в изменяющихся и неопределенных внешних средах

–выполнение пространственных движений по криволинейным  траекториям и реализация сложных  законов перемещения во времени.

Выбор кинематической структуры является важнейшей задачей  проектирования машин нового поколения, от этого во многом зависят главные  технические характеристики системы, ее динамические и точностные параметры.

Программой  движения называется одно или несколько  уравнений , связывающих координаты движущегося объекта , координатный базис , в котором задается программа движений называется базисом программирования движений.

В общем случае выбор базиса определяется технологической  постановкой задачи. Следует начать с анализа желаемых движений рабочего органа, который условно отсечен  от других звеньев машины. Совокупность остальных звеньев необходима для  исполнения заданного движения рабочего органа.

В большинстве случаев более предпочтительной является декартова система координат. Встречаются следующие разновидности декартова базиса программирования (рисунок 12):

- базовая  (мировая) система координат, единая  для всей технологической системы  (с индексом 0),

-система координат  связанная с рабочим органом  (с индексом 1),

-система координат , связанная с обрабатываемой деталью ( с индексом 2),

-система координат  связанная с информационно – измерительной системой ( с индексом 3).

Рисунок 12. Декартовы базисы программирования движения.

Декартовый базис соответствует  естественному восприятию картины  мира человеческим сознанием, так как  большинство объектов технологической  среды имеет линейные формы. Декартов базис удобен для конструкторов и для операторов станков.

Преимущества декартова  базиса удобен для проектирования стандартными средствами  и не требует высокого образовательного уровня обслуживающего персонала и кроме того обладает линейными свойствами, что позволяет  использовать относительно простые  и , следовательно, дешевые системы управления станком.

 

Рисунок 13 – Трехкоординатный станок с декартовым базисом исполнения движений.

Электромеханический промышленный робот ТУР-10

Чтобы составить  представление о том, в какой  мере и как реально применяют  выделенные нами механизмы и устройства в практической робототехнике, рассмотрим конструкцию электромеханического робота.

При создании двигательных систем во многих случаях  целесообразно размещать двигатели  не на основании, а на корпусе первого  подвижного звена. Именно такое конструктивное решение было принято при разработке отечественного электромеханического робота универсального назначения ТУР-10 (рис. 2.10). Он может быть использован  для обслуживания оборудования, сборки, сварки и других технологических  операций с деталями массой до 10 кг.

 По своей структуре робот ТУР-10 соответствует структуре робота IRB-6 фирмы ASEA (Швеция), но отличается от него конструктивным выполнением функциональных механизмов. Размеры его звеньев и конфигурации рабочего пространства представлены на рис. 2.11.

Рука робота в виде шарнирно-рычажного механизма  с пятью степенями подвижности, позволяющими перемещать рабочий орган (схват или инструмент) в любую точку рабочего пространства и ориентировать его произвольным образом в плоскости звеньев руки в пределах ограничений движения в сочленениях и передаточных механизмах.

Рука (рис. 2.12) образована пятью подвижными звеньями 1-5, установленными на неподвижном  основании 6. Первое подвижное звено  представляет собой поворотную платформу 7, вращающуюся в подшипниках, смонтированных на основании. Привод 7 звена 1 установлен на основании. На поворотной платформе  смонтированы приводы 8-11 звеньев 2-5. К  фланцу последнего звена 5 крепится рабочий  орган - схват или технологический инструмент.

 

Рабочие органы роботов служат для непосредственного  выполнения технологических операций. Они подразделяются на захватные  устройства ( схваты) и специальный  инструмент. В качестве специального инструмента используются окрасочные пистолеты, гайкаверты, сварочные клещи, сборочный и измерительный инструмент. Схваты - это аналог кисти руки человека, бывают двух - и многопальцевые, оснащены электромеханическими, электромагнитными, гидравлическими и пневматическими  приводами.

 Рабочий  орган робота по сигналам от  устройства управления может  совершать движения вправо, влево,  вверх, вниз. Время включения и  выключения лазера значительно  меньше, чем время перемещения  исполнительного органа, поэтому  нет необходимости задавать временные  выдержки после включения или выключения.

Рабочими  органами робота являются руки, оснащенные пневматическими или гидравлическими  приводами с электрическими или  гидравлическими системами управления.

 Под универсальностью  понимается универсальность рабочих  органов робота и их движений, хотя сегодня до универсальности  руки человека роботам еще  далеко. Правда, это компенсируется  возможностью быстрой смены рабочих  органон робота в процессе  выполнения операций.

 Контурное  управление - это когда рабочий  орган робота перемещается с  постоянной или изменяемой по  программе скоростью. Такие системы  управления имеют, например, сварочные  ( шовная сварка) и окрасочные роботы.

Преобразователь дефектоскопа, установленный в рабочем  органе робота, совершает продольное возвратно-поступательное перемещение, перекрывая расстояние 200 мм. Полоса резины перемещается на конвейере поперечно  движению преобразователя.

Привод работает в позиционном режиме, т.е. рабочий  орган робота рука - схват последовательно занимает фиксированные положения по координате X. Программа на перемещение модуля вводится в микропроцессорный вычислитель MB. Блок управления приводом БУП преобразует цифровой код в аналоговый сигнал и формирует напряжение управления на якоре двигателя постоянного тока. Вращение якоря двигателя преобразуется в поступательное движение каретки с помощью винтовой ( шарико-или роликовинтовой) пары.

 Рассмотрим  подробнее три вращательных звена  для ориентации рабочего органа  робота под любым углом. 

 На втором  этапе выбирают базу для захвата  детали рабочим органом робота. Эта база должна быть достаточно  протяженной для устойчивости  детали в захвате робота, точно  выполненной и точно расположенной  относительно первой базы. 

Среди мер по безопасности одно из важных мест занимает выбор конструкции  рабочего органа робота. Захватное  устройство робота должно надежно удерживать объект манипулирования в процессе работы, а также при внезапном  отключении питания или аварийной  остановке.

 Среди  мер по безопасности одно из  важных мест занимает выбор  конструкции рабочего органа  робота. Целесообразно применять  механические захватные устройства, которые должны обеспечивать  удержание объектов манипулирования  при внезапном отключении питания  и аварийном останове.

 Детали  изделия должны иметь точно  выполненные базы для надежного  захвата их рабочим органом  робота. Для обеспечения полной  собираемости детали должны иметь  малые погрешности взаимного  расположения поверхностей. Детали  изделия должны быть в максимальной  степени унифицированы и стандартизированы.  При роботизации сборки это  позволяет в большой мере использовать  однотипные исполнительные и  вспомогательные устройства РТК. 

 Детали  изделия должны иметь точно  выполненные базы для надежного  захвата их рабочим органом  робота. Для обеспечения полной  собираемости детали должны иметь  малые погрешности взаимного  расположения поверхностей. Детали  изделия должны быть в максимальной  степени унифицированы и стандартизированы.  При работизации сборки это позволяет в большой мере использовать однотипные исполнительные и вспомогательные устройства РТК.

ПР третьего поколения обладают более богатым арсеналом датчиков, информирующих о перемещениях рабочих органов робота, о состоянии внешней среды и о предметах, с которыми робот взаимодействует. Роботы третьего поколения обладают большей автономностью и разумностью действий, более высоким быстродействием и точностью позиционирования по сравнению с роботами второго поколения.

 Такие  устройства занимают объем всего  в несколько кубических сантиметров  и размещаются на рабочем органе  робота. Они способны очень точно  измерить расстояния, но когда  более важно увеличить диапазон  измерения расстояния, свет не  фокусируется в одной точке  и датчик только регистрирует  уровень отраженного света, который  зависит от расстояния и типа  поверхности отражающего объекта.  Устройства такого типа могут  регистрировать объекты, удаленные  на десятки сантиметров: некоторые  объекты отражают свет слабо,  другие - хорошо, иногда из-за положения  объекта сигнал будет идти  мимо датчика. Поэтому все эти  проблемы возникают и с прозрачными  материалами. Датчики способны  модулировать собственное излучение  ( обычно в несколько килогерц) и регистрировать только отраженный свет, модулированный таким же образом, отфильтровывая посторонние сигналы.

позволяют определить абсолютное положение и ориентацию рабочего органа робота, исходя из относительных  позиций узлов, необходимых для  приведения рабочего органа в нужную позицию. Такого рода расчеты необходимы для управления роботом.

 На четвертом  ( заключительном) этапе сборки изделие снимается для укладки в тару готовой продукции или передается рабочим органом робота на транспортирующее устройство для перемещения на последующие операции сборки без потери ориентации. На этом этапе используют прежнюю базу для захвата рабочим органом робота ( второй этап); если она оказывается закрытой установленными деталями изделия, то выбирают новую базу, обеспечивающую точное положение на следующей операции сборки.

 На четвертом  ( заключительном) этапе сборки изделие снимается для укладки в тару готовой продукции или передается рабочим органом робота на транспортирующее устройство для перемещения на последующие операции сборки без потери ориентации.

 А, х  - х5 - искомые неизвестные уравнения; g - грузоподъемность робота; р - точность позиционирования рабочего органа робота; с - число степеней свободы робота; G - масса робота; М - мощность, потребляемая роботом.

 Следовательно,  зная отдельные А-матрицы для  каждой связи в данное время  (другими словами, данную конфигурацию  руки), вычисляют положение рабочего  органа робота. После выполнения  преобразований выводят из полученной  матрицы ориентацию рабочего  органа относительно углов Эйлера.

Современные мехатронные модули

Мехатронные модули широко распространены в современной технике. Характерными примерами мехатронных модулей являются системы наведения высокоточного оружия, системы управления радиолокационными станциями, космическими аппаратами, современными автоматизированными технологическими агрегатами, сложными бытовыми машинами и приборами, информационно-измерительные системы автоматизированного контроля, учета и управления электрогазогидроснабжением и потреблением и т. п.