מעבדה בנושא המחלקה להנדסת מכונות מכניזם פיקה ועוקב 362-1

‫‪n‬‬
‫‪otto‬‬
‫‪deB‬‬
‫‪Gal‬‬
‫המחלקה להנדסת מכונות‬
‫מבוא להנדסת מכונות ‪362-1-1163‬‬
‫מעבדה בנושא‬
‫מכניזם פיקה ועוקב‬
‫וקינמטיקה של זרוע‬
‫רובוטית‬
‫מגישי הדו"ח‪.1 :‬‬
‫‪ .‬ת‪.‬ז‪.‬‬
‫‪.‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪ .‬ת‪.‬ז‪.‬‬
‫‪.‬‬
‫‪.3‬‬
‫‪ .‬ת‪.‬ז‪.‬‬
‫‪.‬‬
‫‪.‬‬
‫קבוצה‪:‬‬
‫תאריך ביצוע המעבדה‪:‬‬
‫\‬
‫\‬
‫‪ .‬שם המדריך ‪:‬‬
‫תאריך הגשת המעבדה‪:‬‬
‫\‬
‫\‬
‫‪.‬‬
‫‪.‬‬
‫מפתח לבדיקת הדו"ח‬
‫פיקה ועוקב‬
‫רובוט‬
‫ניקוד‬
‫סעיף‬
‫מטרות הניסוי‬
‫‪5‬‬
‫‪3‬‬
‫עקרון פיקה ועוקב‬
‫‪5‬‬
‫סוגים ושימושים‬
‫‪5‬‬
‫עקרון פעולת מערכת הניסוי‬
‫‪10‬‬
‫חישוב פיקות וקנ"מ‬
‫‪15‬‬
‫תוצאות מחשב‬
‫‪5‬‬
‫תאור שגיאות הניסוי‬
‫‪5‬‬
‫שרטוט סקיצה וציון דג"ח‬
‫‪8‬‬
‫פיתוח משוואת האילוץ‬
‫‪5‬‬
‫מציאת הקבועים והפונקציות‬
‫‪4‬‬
‫הסבר מנגנון בקצה הזרוע‬
‫‪5‬‬
‫מסקנות‬
‫‪10‬‬
‫‪5‬‬
‫סיכום‬
‫‪5‬‬
‫‪5‬‬
‫‪65‬‬
‫‪35‬‬
‫סה"כ‪:‬‬
‫שם הבודק וחתימה‪:‬‬
‫‪.‬‬
‫‪ 1‬מתוך ‪8‬‬
‫הערות‬
‫‪n‬‬
‫‪otto‬‬
‫‪deB‬‬
‫‪Gal‬‬
‫המחלקה להנדסת מכונות‬
‫מבוא להנדסת מכונות ‪362-1-1163‬‬
‫מעבדה בנושא‬
‫מכניזם פיקה ועוקב‬
‫וקינמטיקה של זרוע‬
‫רובוטית‬
‫חלק ‪ – 1‬מכניזם פיקה ועוקב‬
‫א‪ .‬מטרת הניסוי‬
‫‪ .1‬הכרת מכניזם פיקה ועוקב על מימושיו השונים‪.‬‬
‫‪ .2‬הכרת מערכות מכאניות המשתמשות במכניזם פיקה ועוקב‪.‬‬
‫ב‪ .‬מהלך המעבדה‬
‫‪ .1‬יערך דיון עם המדריך להכרת מכניזמים שונים הפועלים על עיקרון פיקה ועוקב‪ ,‬ונבחין בין מימושים שונים‬
‫ותכונותיהם‪.‬‬
‫‪ .2‬נכיר את מערכת הניסוי‪ ,‬ועל הקשר בין צורת הפיקה לבין הרישום המתקבל מהרשם‪.‬‬
‫‪ .3‬נבצע רישום של שלוש פיקות שונות בעזרת הרשם‪.‬‬
‫‪ .4‬נבצע קריאה ופיענוח של פלט הרשם‪ ,‬וננסה לשחזר את צורת הפיקה המקורית‪.‬‬
‫ג‪ .‬הוראות ביצוע הדו"ח‬
‫‪ .1‬מטרת הניסוי‪.‬‬
‫‪ .2‬הסבר מהי פיקה ומהו עוקב‪.‬‬
‫‪ .3‬אלו סוגי פיקות ואלו סוגי עוקבים קיימים‪.‬‬
‫‪ .4‬תנו ‪ 3‬דוגמאות של מערכות שעובדות על עיקרון של פיקה ועוקב מסוגים שונים‪.‬‬
‫‪ .5‬הסבר את תהליך ביצוע הניסוי ותן סקיצה כללית של המערכת‪.‬‬
‫‪ .6‬הסבר כיצד מתקבל הגרף המתאר את הפיקה במערכת הניסוי ומה גרף זה מציג‪.‬‬
‫‪ .7‬מה חשיבות קנה המידה בגרף?‬
‫‪ .8‬נתח הגרפים המתקבלים בניסוי ‪ -‬שרטט את הפיקות‪ ,‬ותן סקיצות של הפיקות לצורך השוואה‪ ,‬יש לצרף את תוצאות‬
‫הרשם לדו"ח‪.‬‬
‫‪ .9‬בהשוואת הסקיצות לעיבוד התוצאות‪:‬‬
‫‪‬‬
‫מהם הגורמים לסטיות‪/‬שגיאות הנובעים מהפיקה ?‬
‫‪‬‬
‫מהם הגורמים לסטיות‪/‬שגיאות הנובעים ממערכת הניסוי ?‬
‫‪ .10‬מסקנות‪.‬‬
‫‪ .11‬סיכום‪.‬‬
‫‪ 2‬מתוך ‪8‬‬
‫‪n‬‬
‫‪otto‬‬
‫‪deB‬‬
‫‪Gal‬‬
‫המחלקה להנדסת מכונות‬
‫מבוא להנדסת מכונות ‪362-1-1163‬‬
‫מעבדה בנושא‬
‫מכניזם פיקה ועוקב‬
‫וקינמטיקה של זרוע‬
‫רובוטית‬
‫ד‪ .‬הוראות בטיחות‬
‫‪ .1‬יש לשים להמנע מהפלת הפיקות על הרצפה‪.‬‬
‫‪ .2‬יש להזהר מתפיסת אצבעות‪ ,‬ביגוד או שיער במערכות הפיקה והעוגב המוצגות לדוגמא‪.‬‬
‫‪ .3‬אין לשנות את ווסט המתח המזין את המנוע‪.‬‬
‫‪ .4‬יש לנתק את המערכת מהחשמל בגמר הנסוי‪ :‬מנוע ורשם‪.‬‬
‫ה‪ .‬ספרות ‪:‬‬
‫‪Pergamon Press Inc . 1988 "Mechanics and Design of Cam Mechanisms" by Fan Y. Chen‬‬
‫‪ 3‬מתוך ‪8‬‬
‫מעבדה בנושא‬
‫מכניזם פיקה ועוקב‬
‫וקינמטיקה של זרוע‬
‫רובוטית‬
‫‪n‬‬
‫‪otto‬‬
‫‪deB‬‬
‫‪Gal‬‬
‫המחלקה להנדסת מכונות‬
‫מבוא להנדסת מכונות ‪362-1-1163‬‬
‫חלק ‪ – 2‬קינמטיקה של זרוע רובוטית‬
‫א‪ .‬מטרת הניסוי‬
‫הכרות עם מערכת רובוטית ולמידת אופן פעולתה‪.‬‬
‫ב‪ .‬ציוד‬
‫זרוע רובוטית ‪.Minimover-5‬‬
‫ג‪ .‬רקע תאורטי‬
‫רובוט – זוהי מערכת מכנית של חוליות המחוברים בפרקים‪ ,‬אשר בעזרת שליטה ובקרה על דרגות החופש של המערכת ניתן‬
‫לבצע תנועות מתוכננות מראש בצורה מדויקת‪ .‬העברת התנועה מבוצעת כמובן על‪-‬ידי רכיבים מכניים נוספים כגון גלגלי‬
‫שיניים‪ ,‬כבלים‪ ,‬מיסבים וכו'‪.‬‬
‫דרגת חופש – דרגות חופש של מערכת הינן מספר הפרמטרים שיש להגדיר על‪-‬מנת לתאר את מצב המערכת‪ .‬על מנת‬
‫להגדיר את מצבו של מוט ‪ AB‬המונח על המישור‪ ,‬איור ‪ ,1‬עלינו לדעת את מיקומה של נקודה ‪ A‬ב )‪ ,(X,Y‬ואת זווית‬
‫נטייתו של המוט ביחס לאופק‪ .‬אנו אומרים כי למוט המונח על מישור יש שלוש דרגות חופש‪ .‬נשים לב כי במקום הזווית ניתן‬
‫היה להגדיר את מיקומה של נקודה ‪ B‬כדרגת החופש השנייה‪.‬‬
‫‪Y‬‬
‫‪B‬‬
‫‪‬‬
‫‪X‬‬
‫‪A‬‬
‫‪XA‬‬
‫איור ‪ :1‬סכמת מוט על מישור‬
‫‪ 4‬מתוך ‪8‬‬
‫‪YA‬‬
‫‪n‬‬
‫‪otto‬‬
‫‪deB‬‬
‫‪Gal‬‬
‫המחלקה להנדסת מכונות‬
‫מבוא להנדסת מכונות ‪362-1-1163‬‬
‫מעבדה בנושא‬
‫מכניזם פיקה ועוקב‬
‫וקינמטיקה של זרוע‬
‫רובוטית‬
‫ד‪ .‬הכנה מוקדמת‬
‫על הסטודנט לפתח מערכת משוואות המאלצות תנועה במסלול מוגדר על‪-‬פי הוראות המדריך‪.‬‬
‫אנו מעוניינים שקצהו של הרובוט בעל שתי דרגות החופש‪ ,‬כפי שמתואר באיור ‪ ,2‬ינוע לאורך המסלול הישר בזווית ‪k‬‬
‫ביחס לאופק‪ .‬על‪-‬מנת לאלץ תנועה הזו‪ ,‬עלינו לחשב את הקשר‪/‬התלות בין שתי דרגות החופש ‪ ‬ו‪  -‬ולהביע קשר זה‬
‫בצורה‪:‬‬
‫‪ Af1 ( Bf 2 (  C ))  D‬‬
‫‪,‬‬
‫כאשר ‪ A, B, C, D‬קבועים התלויים בפרמטרי הבעיה‪ ,‬ו‪ f1, f2 -‬הן פונקציות כלשהן‪ .‬יש להתיחס אל ‪ l2 , l1, k‬כאל‬
‫פרמטרים ידועים‪.‬‬
‫‪y‬‬
‫‪‬‬
‫מסלול‬
‫‪x‬‬
‫‪ l1‬‬
‫‪l2‬‬
‫‪k‬‬
‫איור ‪ :2‬סכמת רובוט בעל ‪ 2‬דרגות חופש‬
‫‪ 5‬מתוך ‪8‬‬
‫‪n‬‬
‫‪otto‬‬
‫‪deB‬‬
‫‪Gal‬‬
‫המחלקה להנדסת מכונות‬
‫מבוא להנדסת מכונות ‪362-1-1163‬‬
‫מעבדה בנושא‬
‫מכניזם פיקה ועוקב‬
‫וקינמטיקה של זרוע‬
‫רובוטית‬
‫ה‪ .‬מהלך הניסוי‬
‫‪ .1‬הסטודנט ילמד את דרגות החופש של הרובוט בליווי מדריך‪ .‬בעזרת לחצני הבקרה של דרגות החופש המופיעים על‬
‫צג המחשב‪ ,‬הסטודנט ילמד על תנועת הרובוט ואפשרויות השליטה בדרגות החופש השונות )ראה איור א‪ 1‬בנספח(‪.‬‬
‫התבונן במערכת המכנית המניעה את זרועות הרובוט תוך כדי לחיצה על כפתורי הבקרה‪.‬‬
‫‪ .2‬בליווי מדריך‪ ,‬יש להביא את הרובוט למצב התחלתי )‪ .(Home‬מצב זה מוגדר על‪-‬ידי הבאת קצה הטוש בזרוע‬
‫הרובוט אל הנקודה המצוירת על המגש‪ .‬בנוסף יש לאפס את משתני המיקום בתוכנה על ידי לחיצה על כפתור‬
‫"איפוס"‪.‬‬
‫‪ .3‬הסטודנט יקבל את ערך הפרמטר ‪ k‬מהמדריך וימדוד את ‪ l1‬ואת ‪ . l2‬נזין‪ ,‬בליווי המדריך‪ ,‬את הערכים המספריים‬
‫והפונקציות שפותחו בבית למחשב השולט ברובוט‪ ,‬ונבדוק אם אכן הושגה התנועה הנדרשת‪ .‬בשלב הזה אני‬
‫מיישמים האילוץ שחושב בסעיף ד'‪.‬‬
‫ו‪ .‬הוראות ביצוע הדו"ח‬
‫‪ .1‬מטרת הניסוי‪.‬‬
‫‪ .2‬שרטטו סקיצה של הרובוט וציינו את כל דרגות החופש השונות‪.‬‬
‫‪ .3‬הציגו בצורה מסודרת וברורה את משוואת האילוץ שפתחתם בבית‪.‬‬
‫‪ .4‬מהם הקבועים ‪ A, B, C, D‬והפונקציות ‪ f1, f2‬הנדרשים להשגת אילוץ התנועה המבוקש‪.‬‬
‫‪ .5‬הסבירו‪ ,‬בליווי איור‪/‬ים‪ ,‬את מנגנון העברת התנועה בקצה זרוע הרובוט )הדיפרנציאל(‪.‬‬
‫‪ .6‬מסקנות‪.‬‬
‫‪ .7‬סיכום‬
‫ז‪ .‬הוראות בטיחות‬
‫‪ .1‬יש להניע את הרובוט רק באמצעות מנועיו הפנימיים!! אסור להפעיל עליו עומס כאשר הוא נייח‪ ,‬או במהלך תנועתו‪.‬‬
‫‪ .2‬יש לוודא כי מסלול תנועת הרובוט פנוי ממכשולים‪.‬‬
‫‪ .3‬יש לכבות את המחשב והרובוט בסוף הנסוי‪ ,‬ולהוציא את ספק הכח מהחשמל‪.‬‬
‫ח‪ .‬ספרות‬
‫‪ .1‬שגב ר‪" ,.‬דינמיקה של חלקיקים וגופים קשיחים"‪ ,‬מקראה‪ -‬אוניברסיטת בן‪-‬גוריון‪1993 ,‬‬
‫‪ .2‬שגב ר‪" ,.‬כמומילון"‪ ,‬אורט‪2005 ,‬‬
‫‪ 6‬מתוך ‪8‬‬
‫‪n‬‬
‫‪otto‬‬
‫‪deB‬‬
‫‪Gal‬‬
‫המחלקה להנדסת מכונות‬
‫מבוא להנדסת מכונות ‪362-1-1163‬‬
‫מעבדה בנושא‬
‫מכניזם פיקה ועוקב‬
‫וקינמטיקה של זרוע‬
‫רובוטית‬
‫נספח א'‬
‫איור א‪ .1‬תאור הזרוע הרובוטית בתוכנת המחשב וכפתורי השליטה בדרגות החופש השונות‪.‬‬
‫‪ 7‬מתוך ‪8‬‬
‫‪n‬‬
‫‪otto‬‬
‫‪deB‬‬
‫‪Gal‬‬
‫המחלקה להנדסת מכונות‬
‫מבוא להנדסת מכונות ‪362-1-1163‬‬
‫מעבדה בנושא‬
‫מכניזם פיקה ועוקב‬
‫וקינמטיקה של זרוע‬
‫רובוטית‬
‫איור א‪ .2‬מסך הזנת פונקציית האילוץ לביצוע התנועות המבוקשות‪.‬‬
‫‪ 8‬מתוך ‪8‬‬