автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.05, диссертация на тему:Анализ и выбор рациональных параметров конструкций сбалансированных манипуляторов

к

С АНКТ -ПЕТЕРЕУРГСХ;^ ГССУЛ/и'СТЗЕ::-'^! ТЕСЧХЧШКЙ УЕЗЕГСГЕГ

о о

' - Па правах рукописи

у~-: 621.665,8

гящшгян ашсщгс&я

анализ и бнео? р;:;:снлглл:ыл пара'.зтроз аовягта - сеадапслрсзанш ::акззяптсрсв

Специальность C5.G2.05 - Роботы, машхуляторк и

ро£ототехш!ческ;;е системы

Л'З Т С Р Е 1-Е Р А Т

д^ссертЕк:;; на соискание учено:! степеш: кандидата технических наук

СЛПи-гаТЕ?ЕЛТ - 1902

Работа выполнена :-:а ка'сдре "Гибкие автоматические комплексы" Санкт-Петербургского государственного технического университета.

Егучнкй руководитель - доктор технических наук, профессор В. А.Королев

Официальные оппоненты: доктор тох::::ческ;з: наук, доцент

заседании специализированного совета К C63.3S.2e при Санкт-Петербургском государственном техническое университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, корп.1, вуд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

С.'Г.Гурдаков

кандидат технически: наук, доцент П. X.Спруде

Ведуп:ая организация - робототехники и технической кибернетики

часов на

Авторе^ерат разослан "¡3

Ученый секретарь специализированного совета, кендидет технических наук, доцент

опта-. х;га:"'е?:'011'!;а p/xgii;

Актуальность тр.уг .ц'.сссогпа:::, Одно кз пергкх ь-ест по зстрв-rav. труде, сто;ву.остп и объе.уу работ в неродном хозяйство залдуздт югрузочпо-ргггрузочкке и трЕяспортко-сглглс.по спсрадд:::. ;!з вссго ■ногообраздя ПРТС ргбот в г^еньдсд стедэкд поддается уехаддзгв";.!:; с :оиосья тредкцаошпл: грузояодъегнкх средств ;::: слелувдвс ssxcu: ¡сгрузка и разгрузка транспорт!;!.:: д. ::онсо„орк1гх „ч;:;;;;.', тохпологд-юского оборудовался, загрузка кз^аи1.?. в тару контейнеры, ггесбе-юровенке и пакетдрованде дздел;:д. Tsxve затруднена .vcxfnnocivM 'ек;:х основных техпотогдчесдд.д операддЛ, как сборка, сверление, за-гистка поверхностей :: др. Зз всех эт::х случаях прдуедонде сбалал-:;:рованккх уапядуляторов (CV) о5.-.егчеет труд рабочего, повддаат ¡го производительность, однако, папсонеиио С.', затрудняется отсутст-■кем "етодсв сделк.д э'">тei:r::r-i--ocT:: дд пр,.уо::ендя, прд глсхандзахд-д ;снкретнкх рабочдд продсссов.

Сроведеяяне работы по сокрдс;::::о ручного труда вцдвдгавт но-ые требсвенгя к усовершенствовав::?; конструкции сбалансдровадыж андпуляторев, уч::тдва:гд:с условия ргсочодо процесса. Поэтеу.у ра-ота, неправде::!.ая па раеддродке прну.едяе.усстд сбалансированных андпуляторов, ::а дсслсдсьанде конструмхй с точди зрен.х дх проск-ировандя под конкретике условдя рабочего провесов является акту-льде".

Целью ддеоооте:':::: я гл." стоя ог роделопдз рад::оп алвквд перс:«зт-ов Е0яструш:2 С£ с учетоу ососо.л'сстоГ: ?с-гг:глиг;леск:.т. сперпдд:, a cci:obo а-ддвза д ;:сглг7;епення пспструкд: сбзланс..р::зани;л. .уал;:-уляторов.

Рдя дост:..'-:еп:;я это,\ дед:: в д:;с:срта:,пд рьдокд сдедрде.дз задач;::

- разработаны геоу;.тр::чесд::о, кднсуатдчсок: о уозел;: уоаолдд-идьнпх устройств колет: укд,.:; С.".' с учетоу ;:гр:г::ч;д;:;;: н;.дла^;..иае-

р'-бочву уостск Д узлов;:;: р:оочсго продесса ;

- изеделовадк с/хож': г ар: кто: :-ст>.к:: -¿г.чдпу.'влсрс'с, ejvpcícij ,:ловоД ;яал:.:> колст;ук::.... ;

- раз работа::;; г веидтд'.нг;.!; т.,ч;,с::.:е '-о^сл:. вдев', а?::чес-№0 С" с асв'-твческоР о.,стоуо.', у:: : нлс::: jí ;

- /седедоваго ус::л.:е о::'-р;тора др:: с.:;с; а¡грноу уигг-ьлсгхлк уоик-ч-.ятороу, онрег'олпп: д::онал;дв^ скорготп дв.лед.'Я по горизонтали.

"отол--' исследования сскоьаш на совместном асаользовешж теории П!сь.уат1.ческ;х систс:.;, теоретлческоЛ каст: и методов va-. тематического (годвлгровгкгя на 32.:. Достоверность палучеышх тео-ретсчосша з£2псг.косте£ псдтверэдаетск эксперглеитейыаащ ксследо-ванкяуи.

Ковпака О':;:о5гкг г-огультатоз д: сссрта:"::. Основные новые результаты в ^.гсертсц;;;: <Тор:лулкрузтся следу;:;.:'.:.: обрез or:

1. Получена критерии к с; орпулироваин условия, .позво.'жкдкв выбрать кслстсугдпг. сбсл^спровгкнк: хс-касулптороь с наг.бользе2 э'1* ектлвностья применения.

2. Ргзргботгкк кинеуатпчеекпе г/одел;: для ссновнюс кикеу.етк-ческих схе:.; сбалгнсирэзанных г/анипуляторов, з удобно;: для авто.\:ати-зкровс-кного проектирования iop^e, проведено их ксследовеяке, предложена методика оппяязts.ru кокетрукцип с точки зрекил миниупзацни рабочего объема.

S. Получены и исследовали статические модели конструкций сба-лаксированньз: :.".аяплудяторсв, позволяйте определить рациональные параметры ургвцове'лпвавдос см.

•4. Разработаны и исследованы кате.-.атпческие кодели дилаиикк пневматического сбалансированного манипулятора с применением методом ускоренного счета дкас.'шз: пневмопривода, при часлекноу. интегрировании динамически :.:сделс:';, подучены рациональные конструктивные рввкера параметров шыакоскстодг.

5. "сследсвало усилие управления оператора, с учетом инерционных характеристик манипуляторов, получены зазпси:.-.ости, позволяющие определить рошоз&лышо скорости дв::;.-ек::я объекта кешшулиро-вакля по горизонтали.

Ппг кткческия тзвостг». Проведенные исследования и полученные результаты позволяй; определить условия выбора конструкта-, сбалан-скровешак канппуляторов и пл. о" ективное применение, тем с вам расширял область v.x внедрения. Полученные результатк позволяют оп-ределпть рациональны; значения основных конструктивных параметров конструкци;; манипуляторов с учетов условии рабочих процессов. Результаты иеследоьаыып и npuyi оке иные кодсли могут быть использованы при разработке САЛ?-а сбслгнсгровшгах манипуляторов.

Гаализгнпя и впекреппе возультатов исследовании. Разработана и

передана .'/ПЛГГП конструкторская документация щшвметотеского

2

балансированного манипулятора, предназначенную для впедрзпнл на ПО "Сзетлз.ча" дяг. "спализанпп погрузсчкс-разгрузочнку. сперск:! охналогкческого поста ÍU-&0. Разработана и лерсдска IZZZ1 7ГК ксп-Грукторская дскуде.чтадия пногдатидоского дгддпулятсра для ;.<:е;;а:;п-ации ручной работы на учгсткс загрузни коддоРсрнсл линии захода Толпстрово", разработанная оистс::а а=тс.\:гт;.г г.ро? а иного прссдтпрс-зния сбаладсироранднх уадппуляторсз используется з учебном лрс-зссе.

Апосбадил гтбот:-;. Сокое!л:о пэлскегкзг и г/отерпалы диесортади;-:ноп работы дсндадизались и обсуддалдсъ но Дсесогсно\: соводаннл 5 робототехнлчесниг.: система.'/ (Геледддпк, 1000 г.), Зсесогзнсл: спу-)зиу;/.е по пневдатпческид (гезскг.;) привода:.; и система1.: улраилснпл 'ула, IS?I г.). респу<?л:;кзкско£ паучко-драдтпчесдсл кон;еренпип 'азработка и внедрение рсбототвхппчгскпх ксддлодссв :: С/Л? ГПС ^опкар-Ола, 1СГ0 г.), республиканской научно-технической Konlopen-:н "Реология гидравлически сред и глдрсдьагг/одриЕода в

зиностроеиля" (Киев, IDC'I г.), а та.чг:о на сеудкарах кафедры ГАК ГГУ.

Публикации. По кеторкзгем диссертсЕксяпоД работы опубликовано печатник, рас.ст.

С'бъоу чгботд. ~у с с ер таи ил состоит из введения, четдрох глав, длючения, списка лдтературд, седергог.его 5? истолпидов и прилепил. Работа изложена па 73 страпппгл гадднепдедего текста и дерднт 23 р;:суы:оз и таблп;;.

Ро обосдсв-па адт7дд:д";гть лсолсдуг/с.; про'.-.с..-;:,

эркуларевзке дедь ддсгсрдаддсппсР работы, сдродслед круг г.ог.ро-з, росс;,атридаеддх в лисесрта:';:::, а тад'/.е приделен; ссдоднге ре-;v.Ke задач;; к полохс'Дт;, дддсс:':. до па зад по у.

Б главе пр/и с; дтея алг.тнз ксдструддд.: с&лаясарсаглта:

мяуляторов, сбобд.'с-тс.': оддт ид пр.дд:с;::д', да ccncaa а/длнзд оа-v:x продссссз и см-тихдн:сс!;од.:дд :;гра?дер;;ат;:д сродст;; ;\дда;;и-;;;и олредоллдтоя усдодид ад: з:У, едгл^додо г] д'а.'М'Пдя соалдпспрс-i::izx уанпауллтагеь.

Спкт пр.п.'ополия 07 пегазпг "-от, что сдг.: агп.лдт лр;.:,-'Д;<дл.-> па

самых разных производствах. Е'ирокое распространенно получили манипуляторы с электро- и пневмоприводами, причем пневматические манипулятора применяется при грузоподъемнсстях до 220 кг. Пневматические СМ име~т простую конструкцию по сравнения с электрс.механичес-кими, недорогсстся'дп 1*. кадеты в эксплуатации.

Однако, при внедрении сба-запспреьаннцх манипуляторовчв налаженное производство возникают трудное л: с выбором конкретных конструкций с учетом условии рабочих процессов. Основы.".: направлением рес^пренг.я применяемости С"' ягляется разработка новых моделей и модификации с учетом конкретных условий рабочего процесса.

Анализ конструкций сбалансированных манипуляторов показывает, что в них в основном применяются рычажные механизмы пантогразного иле параялелограмкного типа. Однако, ни одна из этих схем полностью не удовлетворяет требованиям, определяемым исходя из спецксЕшги работы С':''.. Поэтому, при окончательном выборе кинематической схемы необходимо учитывать конкретные условия эксплуатации, тип провода, способ управления, а таж::е основные кинематические, силоЕые характеристики сак'ыс схем.

Анализ существующих систем управления СМ позволяет заключить, что пневматические системы управления позволяют раскурить функциональные характеристики С", надежны в эксплуатации и имеют простые конструкции. Перспективным путем уменьшения усилия управленм оператора и повышения быстродействия, является использование астатического способа управления, при автоматическом уравновешивании мессы объекта манипулирования.

Основным назначением С',; является механизация ручного труда. Для обоснованного применения С",-' следует сравнивать основные характеристики С:.' и других средств механизации, определить условия эффективного внедрения С'.'. Сршжзгяке СМ с другими средствам механизации по ¿уш;цлонйяьпо-тьхнологпческик характеристикам показывает, что СМ по уступает по этим показателям традиционным грузоподъемным устройствам. С.',; могут быть включены в состав автоматизированного производства, имеют воэ«скяссть пространственной ориентации объекта манппулировашгя, при его кестком захватывании, и ряд других преимуществ. СМ по грузоподъемности и по объемам обслуживания уступают 117. Емьсте с тем гадостны отдельные модели СМ большой грузоподъемности и с рапдпрепными зснсаз: обслуживания. Важной харэктери-

стккоЛ средств .у.ехакизг:;::н кзлг.ега: слпгость перс ve: еннл ссъс-Г'.*!? ■/анипулирог-ания. С:.' обосп<гч"П>гк? лсс?г-ггчко ско?г«лп« по-

казатели, я;.е~т Сол:.-о? дп: ::: еон регулирован;::: скорости. :1а сравнения скорсст:.''г yr;::::vcp::cv:r-: СМ о pre:;:-•:.-: г::::;:..: пгег.едев, ^::-:о, что СМ с ппов:/ее;:чсскп\. приводе::. еессдечггег,-: гнеед/е скорссее по вертикальное стегс:.;: педл-огт. при гтсся: грузе до С^О кг.

Длслг-э экономическое с"" активности гр:г~:.с:::л средств мелгни-зацип локезквеот, что СМ гсМектпвго применят:» а;:: обгегсг гр/.зо-пороработсе: до ICC0 ? в год. "pevo того С'.'. пр-.шгг.'С по производительности НУ.

С целые определения рациональности пр:е,:с::ен:г1 CM, a raid's определения основные: параметров рабочего процессе, с::; еделлецех конструктивные параметры i:c::cTpyiu^:»í еенидуляееров, сел проведен анализ рабочего процесса. Рд.е анелиза выделено три осе,опта: объект манппулпровенпл, рабочая оперения и pacoчее vocro.

Качество сбалансированные :е::е:пудл?оров определяется в сснев-иок потребным усилие:.' оператора при рабою в ре:.::е.'о ручного управления. 5 настоящее в: о:.;: yee?.;., ее:.отведение конструкции С.! налрев-лены на снижение погреб.-, ere ycrsjtr оператора, однако, ергономичес-кие аспекты при пресней;еегнен СМ оста-"/:ся ¡.чло последов:пылен.

:1а основе проведанного ерг: нигсльпсге анализа среде.::: механизации, а тгк-то анализа реб^чего дра.сссг и сепссганлс:п:я с технически:,!;: .: зкеплугтацпеннн:.,-. х.— гкеернсепкг-.v:; СМ, с:е.и определен!; условия раписпадънсгс. лрееепинцл СМ.

Анализ методов apee; т. per-re..:д и внедре;...:-: С'.: пекг е:;в:от, что для их з'.1-: ективного ее: веде::::.: ело, уст apercer: нссл-еогглил сановных кипе:, еееесспгг, е.л^еее. rece; нее:::: денег/;;::: и,; vre:;.::у;.яго-ров, получить сбеб.д н:::.е varee:., ундтее:: лис- сссс'е.плести кал cevrx конструкт--". СМ, а г; :: • уедпг,.д и огееппченпн г-е'г'п.х п: crecer:., для г/ох с пгзпа:;' го:-р:е: ее : .-спялю:» СМ. Ре сенеге ер ее.е:.н:его анализа с'ер-. удирсвепе цель :: егесчи диееерегг. он: о." |.ecov;.

Зе i'Tca-..: re-- ::pe:v.r- :;;: т" ретечео.:: . ел-ел е: ли." кснст-рукцг.': СМ. Г,ея реечетг и пре-:rv. роегн: я СМ следует с.., одел:еь ссное-иыо конструктивные- паре-серн с учетом о:да::::гг парс/серев р: бсчогс про:: с оса.

В годе гг-е ;стг.:чеенсго ееетсеа erc.v. СМ с-:./. селя-лег; основные конструкт,ir.jn.fi лг;::.ет. ы. С re::.-: airen:.: гд'-Л':::: e::reeeié: основных

г.оьствукт; ксх паг::м:.трсв н с г.рсомр'нстаснчыс ргзмуры рабочей зоны, . зг..".:с::\гг.т;: рабочего объема от них,

ар:: ; ".....:. .::' ч.:г:\\х ::::.:: с.'с:.у:::нз:;ия.

мпнимиза:"::: : :•: магсь е^ьсма, с"орм.удпровака

— с РО

' л ^ Ч

гчо U - множество зн^чонгГ. конструктивных параметров, - пло-г;адь р:бочеР гош; в сечи;::.;: базовой вертикально! плоскости:

f - (&>, У о, L, ¿4, ¿[Jf-

^ с _/

дая пехгогрс^пкх механизмов, гдеХл5б - параметры, еппеделягдио рсспслскекге с-о::ы об слузгает относительно сюЛка ман;гуллтора, <i - передаточное отношение г.ектогряТного моганнзма, fc -длз:о звенbZTi,f'-f-fS/no* - углы, образованные кезду звеньями мохгыхзма при сбсдз'-киБанин соответственно верхних и няених границ зевы обслуживания. Ограничениями в оптимизационной задаче яглласхол размеры рабочего объема и условие синтеза пантограф ного механизма:

Ups сравнении кинематические схем. механизмов, ва'~но! характе-рист::ксп является ксэ'Спвиепт использования рабочего объема. Так как основный рабочие двпнонпя С1.! произведи'; в вертикально!, плоскости, рассматривается коэ*': нипент использования рабочей зоны в сечении базсгоЛ плоскости. Полученные зависимости коо?ср:шиента использования рабоче* зсаы при разный размер.?* зоны сбслугияшся (рис.1) для езнов-па кинс-атичсских схем. СХ, позволяет выбирать схож при ограниченных размерах рабочего места. Получены зависимости максимальной высоты рабочей гоны от размеров зоны сбслуг-нвания, для основных схем исполнительного устройства С.'., при ото;,: максимальные значения высоты рабочей зо:п; определены при мпн;влалв;гых значениях параметров конструкции.

Нпв-:.:.'атнчсскин анализ основных схем исполнительных устройств CY проведен на основе векторного метода. Полученные ?ункща: полоке-ник звеньев и их характерных точек, скорости к ускорения звеньев и

С

точек кехи^зка записгик в удобно.-/ для автоматизированного дроек-тхрсгса:н виде.

13 хс-с ежового о::аг.::зс определена уравновешивание силы .v.e-хепхтхез исполнительна устройств С'.'. Тек ка: к конструкдаяи С1; не поедтлвлп'л ся г.ксо:игз трзбевакпя, сотовой. енаи:з про-

седей ко етегпчеа:;--:.: :.:оделя:.:. Полнее ургенезопказанко t. ехвнпзмоз С1' достигается прп пр;::..епе::пп сксте:/ :,-ол.октяоЛ разгрузки, обеспечивание статическое урс-сног.с2::вг-'й:о собстг.снлих кассы звеньев механизма. Егроксе рессростргигоЕ/.з получили с;:сте:.:к ко.\:е::тпо2 разгрузи:, выполненное з виде противовесов. Щс вроокткроБСНха: конструкций СМ возникает вопрос, связаннии о расположение:; противовеса, обеспечп-вагдее конструктивную простоту и уравновепенностъ гехапхзка. Анализ рагннх вариантов раз:.-е;:;енпя противовеса в пактсгра«нкх г/.еханкз-:.:ах показало, что полисе уравновешивание при отключенном приводе достигается только у механизма пантограТа с кргйнеГ. рабочей точкой в аерхкхсльнсГ. непргвюсзцей :: ерг расположена;: противовеса на верх -не./ звене пантографа. При других вариантах уравновешивания имеет f/осто остаточная неуравновешенность, при оиеайеяшй прнЕодо. Эти Еариснтк расположения противовесов не рапнональкп с точки зрения уменьшения усплж привода.

Е конструкциях СЛ л/.heilHii пневмопривод связывается с каретке.i вертикального лерекегдекгя, либо со звено.-/., переделу:;! механизму вертикальное перемещение, при ;:х грсцстельнсм движении. Основными конструкттнкл: пара.уэтрамп. пневмопривода является диаметр порыш-2 ход пореля. Расчетнип днгуетр корли пневмопривода, пркь.оняекогс в с;,; определится '

сф = P. <-'»J

где G - приведенное значения весе груза и звеньев, Р - давление воздуха в цп-линдре пневмопривода, ~ передаточное отасэени«-механизма. Предедыше реэиерк дигхстров поршня в конструкциях СМ определены для передаточных огкожеикях ¿» = 10. Уточненный по ГССТ-у :/акс1:.-,-гльнп'2 размер диаметра поршня/^/""i 250 т. Исследования зависимостей усилия привода, диагетра поршня при разных массах объекта «^ппулирсвания, позволяли определить максимальные кассы груза,при когорт рационально пркиенське паешопривода^« 320 ki

Основные регультатн, полученные в главе, позволяют определить

щиональнке значения основных конструктивных параметров испсшни-:льных устройств сбалансированных манипуляторов при их проектиро-

3 третьей главе рассматривается вопросы математического кодирования СМ с пневматически/ пригодом. Основные уравнения дви-ння исполнительные устройств СМ для деитогре£нкх механизмов име-бпд:

/г/

е - силы тяжести звеньев, Ог/> - сила тяжести груза,/>/>у -ла инерции и моменты от сил инерцкй J -го звена, /^у - сила, звиваемая приводом, на степень подвижности.

Принципиальная схема пневматической системы управления пред-аалена на рис.2. Система включает в себе силовой пневматический лпндр одностороннего действия I, к полости которого подключен Аукционный пневматический клапан с пропорциональным управлением задапдео устройство 2 и дроссель 4.

Предложенная структурная схема пневматической системы управле-я СМ обеспечивает возможность работы манипулятора в режиме аста-ческого управления.

Динамическая модель СМ с пневмоприводом содержит нелинейные ¡ференциальные уравнения разных порядков, репенке которых требует именепип численных методов интегрирования. Анализ динамических рактеристик исполнительного устройства, пневмопривода и системы равления показывает, что они особенно высоки в системе управления, я уменьаения времени счета и увеличения пега интегрирования при зработке математических моделей динамики СМ, были использованы тоды ускоренного счета динамики пневматических устройств. С уче-м этого, обобщенная математическая модель пневматического СМ оет вид:

X ^[П/в ~Рг) -/)]/т ; Ру-Рст +Рс*Х+Р»

¿^(^{сяг/И-Р,*)

рг =[Ь/(£-Х)/{СгЯ Г/П-РгХ)

Рис.2. Принциаааjuhua Слсни nneÉ>Hüno¿4t'ci<oú

Системы ifiipiio/ttMua CM

£ -¿Wj/ъ, -Яз -P^J

о о

Xw - -fe* ■ в = /рГ-^Рф,Jíe¿h - ¿w/' гуе: C^/,f3/<S'//YP<'/pJ/>//J^

' ¿>¿S? J

0.528 <?,■//>,*/. 0</>;/,„

с/ г

£ - дл:

:на пневмоцнлиндра, Р, и /f - давления в полостях пнев-шривода, Р - постоянная адиабаты, X - координата поршня, Р -[азерсальная газовая постоянная, G,,ú¿- расход воздуха в полостях 1евмоцилнндрв,/С>4г - коэффициент скольжения, Реп - сила сопротив-ишя сухого тренуя,Р/? - сила сопротивления, прилозенна^ к порски. ) стороны манипулятора, /!' - коэффициент расхода,- эф-ястивные площади, ру - давление в полости управления клепана,/^ '■/,Pi2 - давление в линиях связи, tá* - скорости движения газа линиях связи, коэффициент передаточного отношения в управ-

вдем клапане, /р? - координата центра масс газа в линии связи.

Первое из уравнений, входящее в систему (I), представляет из бя общее уравнение динамики исполнительного устройства. Следупцив ia уравнения сдисываят процессы, проходящие в пневмоприводе по ме-даке Е.Б.Герца. Остальные уравнения описывают динамику дневмати-ской системы управления.

В ходе анализа математической модели C5í определяются рациональ-е конструктивные размеры пневмосистемы, при которых получаются

удовлетворительные с точки зрения быстродействия, эксплуатационные характеристики, определяемые одинаковым.;; динамическими характеристиками при подъеме ц опускании груза по вертикали.

В результате применения методов ускоренного счета пневм.осис-темы, затраты малинного времени ЭВ" EG 1061 не расчет одного варианта с данными значениями параметров, удалось снизить до 15-20 секунды, что позволяет применять разработанную математическую модель при автоматизированном проектировании сбалансированных манипуляторов.

В четвертой, главе представлены исследования усилии управления оператора при движении груза по горизонтали. Теоретически было определено усилие оператора в зависимости от массы перемещаемого груза (рис.3). Яри массах груза более 150 кг к ускорениях движения Cf = 0,3 м/с2, усилие оператора с учетом инерционных характеристик механизма СЧ и объекта манипулировашм превышает допустимые ГОСТ-о; значения. Усилие управления в об1дем виде:

где/ТтУ*- силы инерции и моменты от сил инерции звеньев манипулятора и груза,силы трения и моменты от сил трепня в кинематических парах механизма.

Предпочтительным законом дЕил-.екия является "прямоугольный" йёкон, при котором имеется участок движения с постоянной скоростью Время разгона к тормовения (без учета точности позиционирования) при заданных значениях перемещения и времени перемещения груза, определяются:

/ -iL/TS/TST

- г / гг./

при условии <-? , где ¿^-допустимое значение ус-

корения, при котором усилие оператора не превышает допустимое ГОСТ-ом значение, - заданное время перемет,ения груза, ^ заданное перемеаенпе груза.

Зрсмя разгона, тормолепкя определится, если имеет место условие:

^ <063 "/с

Решая систему (2), при соблюдении условия (3), момо определить рациональные скорости движения. Участок торможения (разгона) определится:

перименталышх исследований получены зависимости между ускорение;/, торможения и участком тормол:ения, а также усилием управления. Сравнение результатов экспериментальных и теоретически; исследований показали, что погрешность теоретических исследовании не превышает 12% (рис.3), что позволяет сделать вывод о правильности полученных теоретических результатов.

I. Сбалансированные манипуляторы являются перспективным универсальным средством механизации производства. CY рационально принять при работе с грузами массой до 4С0 кг, при объемах обслуггпЕа-емого пространстве 150 \t * Пневматический привод рациопелько при-• менять при малых грузах до 220 кг, при этом пневматические С'/ дешевле по сравнению с электромеханическим: и гидравлическими в 3-6 раза.

Анализ опита применения СМ показывает, что область их uieupe-ння мот.ет быть расииренг путем обоснованного применения универсальных моделей и проектировании спецкйяазировскнкх моделей с учетом условий рабочего процесса.

Сравнптрлыа-Л анализ основных характеристик СУ: и другие средств механизации показывает, что СМ но уступает ПГЛ по своим 'Тункциокальным характеристикам, и уступает км г.о грузоподъемности и объемом обслуживаемого пространства. СМ иг/ело луч;,.не скоростные характеристики, гюгкоккость регулирования скоростей движения но 14

Для подтверждения результатов теоретическое расчетов были проведены исследования на экспериментально": установке. Б ходе экс-

ССЖВЖЕ В1ЕСЛЫ

геяеням. Примените СМ экономически эффективно при определенном Зъеме грузоперороботок.

2. Разработаны кинематичсскио, статические модели исполня-)льнкх устройств С:.:, позволяйте исследовать конструкции СМ, по-грсенные по основным, кинематическим схемам. В результате иссле-;ванпя этих моделей установлено:

- Параллельнограммные механизмы имеют болылий коэффициент ¡пользования рабочего объема по сравнению с пантогра^ныю! почти 2,2 раза. Из пантогра?ных механизмов предпочтительнее схема с ртикально двил-.ущейся крайней рабочей точкой. При правильном под-ре значений конструктивных параметров удается снизить максималь-■п высоту рабочего объема на SCO * 400 мм, не у.теньсая площадь слуяиваемой зоны.

- Полное статическое уравновешивание при противовесной систе-моменткой разгрузки достигается при определенном расположении

отивовеса, при этом только в одной схеме пантогра^ного механизма зможно уравновешивание исполнительного устройства без увеличения грузки на привод.

- Применение пневматического привода целесообразнее рри мас-х груза до 320 кг. При этом максимальный конструктивный размер раня пневмоцилиндра составляет 250 мм. Потребное усилие пневмо-ивода при разных значениях передаточного отношения для разных см СМ определяется по полученным зависимостям.

3. Предложена структурная схема пневматической системы управ-пил Cü на основе астатического управления и автоматического ура-овешивения веса груза. Ватаым достоинством схемы является распш-ние технологических возможностей СМ, позволяющие использовать

э для механизации основных технологических операща!.

4. Разработана обобщенная математическая модель СМ с пневма-ческой системой управления, учитыващая процессы, происходящие в зтеме управления и в ппевмопрнводо при астатическом рениме уп-мения и позволящие исследовать манипуляторы, построенные по iTorpa'ïmiM схемам. Исследование обобщенной модели позволило од-^елить рациональные значения конструктивных параметров системы завления. Разработанная модель позволяет сократить время счета 15-20 секунд при расчете на ЭВМ ЕС 1061.

5. На основе исследований усилия управления оператора при

движении груза по горизонтали установлено ,^что при массах груза свыше 150 кг и ускорениях движения 0,3 м/с*", усилие оператора превышает допустимые ГОСТ-ом значения. При экспериментальном исследовании усилия оператора были установлены рациональные скорости движения, при которых усилие оператора находится в допустимых пределах.

1. Королев В.А., Романов П.П., Миадаканян ¡»¡.А. Автоматизированное проектирование сбалансированных манипуляторов // Новые технологические процессы и конструкции в машиностроении и металлообработке: Сборник научных трудов. - Краснодар, 1989 г. - C.I06-II3.

2. Королев В.А., Мнацеканян М.А., Романов П.И. Разработка сбалансированного манипулятора для работы в системе с промышленным роботом в ГПС // Разработка и внедрение робототехнических комплексов и САПР ГПС: Тез.докл.респ.научн.-прак.конф. 9-10 октября IS90.

- Йошкар-Ола, 1990. - С.31-32.

3. -Королев Б.А., Маслов В.П., Унацаканян ?.!.А. Автоматизированное проектирование сбалансированных манипуляторов с пневматическим приводом // 5-ое всесоюзное совещание по робототехническим системам: Тез.докл. 30 октября - I ноября 1990 г. - Геленджик, 1990. - Часть I. - С.150.

4. Королев В.А., Мнацаканян М.А. Пути повышения эффективности применения пневматических приводов // 6-ой Всесоюзный симпозиум по пневматическим (газовым) приводам, и системам управления: Тез .докл.

- Тула, Г991. - С.50.

5. Королев В.А.: ;,'нгцэке1;ян У..к. "флективное применение пневмо-гидропривсдов в сбалансированных манипуляторах // Реология гидравлически слогных сред и гидропнеЕмопривода в машиностроении:

Тез.докл. 13-ой респ.неуч.-техн.KOir?. 22-24 октября 1901. - Киев, 1991. - С.38.

Публикации по теме диссертации

Подосеко i". С ьказ ''

Тирах 1 j и. I еспдатю

Отпечатано па pciT'jnp, i'-oinjl, Ca-i.r.T-r.'/;opc.