автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.05, диссертация на тему:Разработка и исследование пневматических сбалансированных манипуляторов с рациональными выходными характеристиками

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ПОШШНМЕШЙ ИНСТИТУТ имени М.И. РСАЛИНШ1А

На правах рукописи

РОМАНС® ПАЕМ ИВАНОВИЧ

УДК 631.865.8

РАЗРАБОТКА ¡1 ИССЛЕДОВАНИЕ ШЕВМАТИЧЕСШ СБАЛАНСИРОВАННЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ С РАЦИОНАЛЬНЫМИ ВЫХОДНЫМИ ХА°ШЕ?ЙСТЖАМИ

Специальность 05.02.05 - роботы,, манипуляторы и

робототзхнлческие системы

Автореферат диссертаций на сонскапш ученой степени кандидата технических наук

ХШШГГРАД 19S0

Работа выполнена в Ленинградском ордена Ленина политехническом институте имени М.И.Калинина

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

В.¿.Королев

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

И.Б.Челпанов

- кандидат технических наук, доцент 1 И.К.Спруде

Ведущее предприятие - ЦНИИ робототехники и технической кибернетики

Защита диссертации состоится " ¿{л-С/С^Р 1990 г.

час. ¿^Ядш. на заседании специализированного Совета К 063.38.28 в Ленинградском политехническом институте ии. М.И.Калинина по адресу: 195251, Ленинград, Политехническая ул. „ 29, 1 учебный корпуъ , ¿^у

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальное библиотеке ЛШ ии. И.И.Калинина.

Автореферат разослан

"■^Л^&сР 1990 г.

Ученый секретарь сйвциалиэированйого Совета ^

канд.техя.наук, доцакт Н.И.Чвснокой

.. Г I

.-...^Актуальность тойоти. Из всого многообразия погрузочно-разгрузоч--ВШ?ДПт^юпортао-ск!ггдских работ в меньшей степени поддаются шхаы-зации с йЬиощью традлиионннх грузоподъемник средств их следующие виды: загрузка и разгрузка траспортных и конвейерных линяй, технологического оборудования; загрузка изделий в тару я контекноры; штабелирование я пакетирование изделий. Тазав затруднена механизация таких основных технологических операций, как сборка, сварка, сверление, зачистка поверхностей а др. В тех и других случаях применение сбалансированных манипуляторов (СМ) облегчает труд рабочего, увеличивает его производительность, а при выполнения основных технологических операций и повышает качество изделий.

Из сопоставления характеристик электромеханических, гидравлических и пневматических СМ следует, что пневматические манипуляторы характеризуются высоким;», эксплуатационными свойствами, надэгдюстью, покаробезопасностью я низкой стоимостью.

Проводимые работы лс сокращению ручного труда постоянно выдвигают ."новые требования к средствам механизации, что вызывает необходимость создания новых моделей И и их модификаций для различных условий применения.

Целью работи является разработка пневматических СМ с рациональными выходными характеристиками на основа повклзния таких осноигах характеристик, как усялиз управления, максимальная скорость, длительность переходных процессов при разгоне и торгложэпии, точность позиционирования а грузоподъемность.

Для достижения поставленной целя решаются следующие задачи:

- разработка структур устройств управления \У1) пнавматичесглх СМ и их техническая реализация;

- построение обобщенных математических моделей пневматических Ш при различных структурах УУ и кинематических схемах;

- установление взаимосвязи мозду значения;.!!! конструктивных параметров и выходшма характеристиками пневматических СМ и выражение ее в виде аналитических зависимостей;

- синтез лшшатачеоках СГЛ о рацаональшки выходными характеристиками .

'.^тоды псслодованид основаны ка совместном зспользованаз теория пневматических сясгзм, теоретической механики л методов математического моделирования на ЭВМ. Достоверность получении теорогичес-ких зависимостей поцтворэдяется экспериментальными исследованиями.

■I >

Научная новизна. Предлагала структура УУ Civ на основе комбини-' рованного позиционно-астагического управления и автоматического уравновешивания веса груза. Разработаны обобщенные.математические модели пневматических СМ с позиционным , астатическим и комбинированным управлением, учитывающие процессы, происходящие в УУ и пневматическом приводе, которые позволяют исследовать манипуляторы, построенное по основным кинематическим схемам» Получены аналитические зависимости, устанавливание взаимосвязь мезду значениями конструктивных параметров и выходными характвристшаыи манипулятора, позволяющие производить проектирование СГ.1 с рациональными выходными характеристиками. Новизна научных решений подтверждена положительным решением Госкомитета СССР по делам изобретений и открытий на заявку на изобретение,.

Практическая ценность. Дредложена структура и осуществлена техническая реализация пневматического СМ с комбинированным управлением и автоматическим уравновешиванием груза. При этом разработанный СМ обладает расширенными технологическими возможностями, что позволяет использовать ого для механизации'ооаовных технологических операций (сложных сборошж работ, манипулирования хрупкими предметами а т.п.),

Получзниш математические модели а аналитические зависимости могут быть использованы яри автоматизированной разработке пнешатиче-охих СМ в диалоговом режиме.

Реализации q внедрение -результатов исследований. Разработана и передала на ЛФЗ ем .М. В. Лом оное ова конструкторская документация пневматического Ш с комбинированным управлением, предназначенного для механизации процесса литья фарфоровых ваз; разработана и передана для серийного выпуска на НПО "Светлана" конструкторская документация УУ СМ; спроектирован Ш с комбинированным управлением для механизации процеооа изготовления дисков штанг для экспериментального завода "Спорт"} разработанная оиотема автоматизированного проектирования СМ используется в учебном процеооа.

Адробагшя .Работу. Основные положения диссертации докладывались а обоуадалйсь на 17 Краевых, Всесоюзных а Мездународных ваучно-техпи-чеоках конференциях, в том числе на: ХУ Всесоюзном совещании "Пневмоавтоматика", Львов, 1986; 7 Всесоюзном симпозиуме по пневматическим (газовым) системам и приводам управления, Тула, 1986; Мездународ-ной конференции по пневматическим и гидравлическим устройствам и системам управления пЯблонна-86", Москва, 1986; Мездуйародной школе по применена» роботов "PRACTH0 87", Савдански, НЕБ, 1987; 2

XI Международной конференции по фювдике "Яблонна-88", София, НЕБ, 1988; Всесоюзном научно-техническом совещания Эргоно?,шка и научно-гехничесглй прогресс в лесной промышленности? Москва, 1982; Всесоюзной конференции "Конструкторско-технологи^еская ..информатика, автоматизированное создание машин и технологий", Москва, 1989;. Мездука-родной шкало по применению роботов " PRACTI\0 89", Золотые пески, НЕБ, 1989.

Публикации. Основное содержание работы отражено в 15 публикациях и I положительном решении Госкомитета СССР по делам изобретений и открытий на заявку ка изобретете.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего 112 источников и приложений. Работа изложена на /6"2. страницах машинописного текста и содержат 3£> рисунков и & таблиц.

Содержание работы

Бо введении показана актуальность разработки пнешатачесзгих СМ, сформулированы задачи исследований.

В главе I проанализировано современное состояние разъятая сбалансированных манипуляторов. Показано, что СМ управляются либо посредством задающего устройства, фор.ирукщего сигнал управления, либо непосредственно приложением вручную ус&юш к рабочему органу. По этому признаку большинство специалистов разделяют CI.I с астатдчесглг и позиционным управлением. Позицаоишй способ управления отлачаотся гармоничностью, простотой обучения оператора, высокой точностью позиционирования. Его основной недостаток - значительное усилие управления. 'Использование астатического управления позволяет существенно уменьшить усилие управления и улучшить дякашческие характеристик!' СМ, но приводят к ухудшению точности дозядаокарОЕания.

Основным отличием манипуляторов с ручным управлением от автоматических является участие человека-оператора в процессе управления. СМ совместно с человеком-оператором представляет собой эргатическую ыанипуляционную систему. Задача предпроокгкого анализа эрратической манипуляидонной системы сформулирована следушим образом: заданы требования к качеству выполнения технологической операции; необходимо найти требования к технической части системы, учитывая возможности челоЕс;из-оператора, осуществляющего процесс управления. При цюрздро-вании требований к выходным характеристикам проектируемого С! при аиалцзетахнологического процесса на этапе разработки технического

задания необходимо согласовать значения характеристик с эргономическими рекомендациями а учитывать ограничения на динамические параметры рабочих движений, определяешь возможностями человека-ояерагора. Выбранные в результате этого анлиза значения выходных характеристик СМ (усилие управления, максимальная скорость, длительность переходных процессов при разгоне и тормодениа, точность позиционирования и грузоподъемность) назовем рацаональныш.

Анализ основных шнешгичесетх схем, используемых в СМ, показал, что ни одна из яих полностью не удовлетворяет требованиям, определен-нш исходя аз специфики работы СМ. Поэтому, при окончательном выборе кинематической схемы необходимо учитывать конкретные условия эксплуатации, тип привода и способ управления СМ.

Из сопоставления характеристик электромеханических, лневматичес-ких ii гидравлических СМ. следует, что пневматические манипуляторы пра высоких эксплуатационных свойствах, надежности, пожаробезопасное-ти и низкой стоимости обладают такне расширенными технологическими возможностями, но уступают ло таким вахты параметрам, как усилив управления и динамические характеристики.

Анализ существующих структур пневматических УУ QU позволил заключить, что перспективным путем уменьшения усилия управления является использование астатического способа управления, однако, в настоящее время это достигается за счет ухудшения точности позиционирования и сужения технологических возможностей СМ.

Изучение методов расчета пневматических СМ и типовых пнешоари-водов показало, что они носят частичный характер и не учитывают особенности построения исполнительного устройства (НУ), пневматического привода и УУ СМ. Поэтому, необходимо разработать обобщенную математическую модель СМ, учитывающую процессы, происходящие в УУ и пневматическом приводе я позволяющую исследовать манипуляторы, имеющие различные структуры ГУ и кинематические схемы. Для повышения производительности проектирования CM sa счет снижения трудоемкости и времени расчета параметров и характеристик, целесообразно проводить автоматизированный расчет в диалоговом режиме на основе аналитических зависимостей с окончательной проверкой выходных параметров с помощью полной нелинейной модели. На основании проведенного анализа сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

В главе 2 проведено теоретическое исследование пневматических 'СМ с позиционным управлением. 4

Обобщенное уравнение движения ИУ при общепринятых допущениях

ШееТ îlesdkiSuéx/cllf^Frplt-Po.(РЛУР^ +PonLps (r) .

где OC - перомещэние поршня; pa, рл, рг - давление соответственно атмосферное я в полостях пнек.юдЕЯгателя; Fi , Fг - площадь порине-вой и штоковоЯ полостей; Рол - усилие управления. В диссертации получены завпсамосга, позволяющие определить значения коэффициентов уравнения (I) Mes , Pc s , ¿vs , ¿ps для основных каиематячй-

скпх схем СК. При исследования процессов наполнения а опорссшзняя полостей пневмодЕлгателя С.,1 с учетом принятых в работах Е.Ь.Герц допущений имеем:

dp,. ккЩ

-kpi(dx/di)/(Xoi*x) (2)

di Fd(xorx)pp

dp,. KhWWfâ

dP" Fa^n^'X)^'^

где к - показатель адвабьтн; ; рр - давление на

выходе редугсдахшого :шшана; 1р ,7а - температура в гхзтастраяа а окручкшщей.сроди; ¿п - ;:од поршзп; Хо/ -\foijFi ,ХогяУоз1^г. )/<н№й- шчальяий объом аолостой; - эфгоккшгые алогизм;

- фушаая расхода, прл О>0 ^(<5) - О '

Система уравнений (1)-(3) является обобщенной ?,;атоматпчэсго;: моделью, огшсывагацек динамику пневматического С.л о позационцкм управлением. Уравнения, составляющие обобщенную математичес1;ую модель, пэлн-' нейш я их решайте требует 5-10 шнут машинного времени ЭВ'д £0-1061. Поэтому для обеспечения возможности проектирования С'А в диалоговом ролшме были получены аналитические зависимости, устапавлиглдалэ взаимосвязь мояду параметрами движения и конструктивными параметра.« С/.. Например, установившееся значение скорости аорэтщ гшЗБД0ДЕУ.гатв.тя определяем по ,/ор.уле: ¡к^Щ^С^

/ЫРг р^Жк ИгМ^р^1.

Vf-

1

jp^FcS g

где R ц , ЬгН - коэффициенты, зависящие от нагрузки; J/1г "fi j-Çz Jîn - F s (Fi ; Ijij m - установившееся значение скорости поршня при^z* ; Ргр - приведенная сала трения.

Передаточная функция СИ по скорости имеет вид:

Ww'S^KpCTpS'iyCTaV+Tj S+4,) (5)

Значения коэффициентов уравнения (5) в реааые разгона находим по ооомулам: ^A/fJ/PoSi Кр=А Lps/PaSF, ;

Ti'(xoi*&fc)Mcs/iPot;Tp 4xo^Snfz)FJH\,

rqt PcS=fNrU/Fit-Pc'pcA-KКоШГ//;

!<0 -- OjfyC&yVii-ây) * О.Ч^ S-éa2y)],

С ly , - установившиеся значения Cjj и <Jq2 . '

Процесс торможения описан аналогично.

Учитывая взаимосвязь критерия качества системы ■- степени'устойчивости г^ с временем переходного процесса ввделены области заданного быстродействия на плоскости двух параметров.

. В диссертации также получены аналитические зависимости, описывающие кривую переходного процесса.

Теоретический анализ пневматических СМ с позиционным управлением показал, что

- для уменьшения влияния погрешностей пневматической аппаратуры на выходные характеристики СМ, а также, получения наибольшей скорости при заданном усилии управления, необходимо использовать максимальное давление воздуха в пнешосистеме, а площадь двигателя рассчитывать из статического уравновешивания ИУ СМ и рабочего органа с объектом манипулирования;

- с увеличением грузоподъемности ухудшаются динамические характеристики Ш, увеличивается усилие управления и влияние погрешностей пневматической аппаратуры;

- повысить выходные характеристики манипулятора до значений не ограничивающих возможностей человека-оператора, удается только при ЕШКШ9НИИ • . оряёйтлргэдях движения ' рабочего органа.

На основе полученных результатов разработан пакет прикладных программ .автоматизированного синтеза пневматических СМ с позиционным управлением. 6

В главе 3 предложена структура УУ пневматического СИ с астатическим управлением, позволяющая обеспечить автоматическое уравновеши: нио объекта манипулирования, снижение усилия управления, увеличение , до 0,63 м/с скорости рабочего органа (максимальное значение, установленное ГОСТ 26057-84) а уменьшение длительности переходных пронес-' сов при разгоне и торможении. Разработана обобщенная математическая модель пневматического СМ с астатическим управлением. На основе ее анализа получены аналитические зависимости для автоматизированного .' расчета параметров движения и конструктивных параметров пневматического СМ с астатическим управлением. В результате, удалось снизить затраты машинного времени ЭВМ ЕС 1061 на расчет одного варианта до , 10-15 секунд шест о 25-40 минут, необходимых при использований обобщенной математической модели, что позволяет яри проектирования осуществлять диалоговый разим работы и проводить оптимизации с помощью одного из самих эффективных методов - метода ДП«г - поиска.

Исследование динамика пневматических СМ грузоподъемностью до 250 кг с астатическим управлением показало, что повысить выходныз характеристики манипулятора до значений, не ограничивающих возможностей человека-оператора, удается только при выполнении транспортирующих перемещений рабочего органа. Основными недостатками СМ с аста-' тичеекпм управлением является низкая точность позиционирования и более узкие, по сравнению с рассмотренными выше манипуляторами, технологические возможности. Поэтому, наиболее перспективны,! путем создания пнегматцчоегдх С.М с выходными характеристиками, не ограничивающими возможностей чоловока-оиэратора, является построение TJ СМ, ре--ализущах комбинированное управление, сочетающее' в себе достоинства обоих способов управления. При этом важно, чтобы УУ обеспечивало автоматическое уравновешивание вэса любого объекта манддулироваядя. (в пределах грузоподъемности) и возможность осуществлять управление C'i путем прплох'лнпя усилия управления непосредственно к грузу.

В главе 4 предложена структура УУ, позволяющая реализовать комбинированное позицпонно-астатаческое управление Сл5 и отвечающая рмулированкым гыпе требования:.!. Устройство (рис.1) включает ь себя силовой пневматический цилиндр двухстороннего действия'Г, к подсетям которого подключены выходы редукцношпе пнен/атачзских клапанов с пропорциональны:,! электрическим управлением 4 и 5; задавдге ycipc'ic- , тво 2; устройство Армирования сигналов управп-лия 3. Задающее уз-.' тройство 2 состоит из датчика положения 21, рукоятки управления 22 и тормозного механизма 23.

г .

77777

H

ЗУ

m

21

В

-24

^22

Fl-

Эй}

in 111 I

•Vttí1 ^ tvra

к

i/

23

{2Ь й

15

■В)

Pací. ■ Принципиальной слет УУ СИ с кок$инироУннт управлением (а) и его задающего t/crnpaûcmèa(ô)

Предложенная структура УУ СМ обеспечивает возможность работы манипулятора в режиме астатического и позиционного управления. Учитывая, что позшззонный. реаим описан в главо 2, рассмотрим только режим астатического управления. В этом случае математическая модель С}Л описывается следующими уравнениями: д^уз-^у- ^д)

о(.-- агс&>г\(£>у/£/>) (7)

П(уо(. при лупах,

С II/ПВ1Л й и элитах-. (8)

' Ку оСтоу прч /пах;

Ыг-ине-ЕКа;

¿Руь/сИ = С Кру Цп )

рцЛ при руП <Р«,

р* при ру" ;

(9) (1С)

( и) (12)

гпУР^п^/сИЩ (13)

=

О Ем

при при при

Нп «40 , 5?п ^-Згм

(14)

с/ррн д=

Г , (15)"

при « ррпуруь,

при Зп^О и ррГ?«£ру/7, при 2п>о ; (1о)

о о

/[ Fifre >x)pjUmJ- кр,(с1эс/с11)/(эсоЛх); (v?) / F* ÎXo2 ^!rX)Âpz(dx/dt)/(oc

-x); (i8)

Mes dx/cH.z+ Us(clx.f<IL)^p*F;-p^-Fj-Pcs^)

IJ'XLps, (20)

где П =1,2; pyfi -давление в камере управления П -го редукцяон-ного клапана; Ki/> Кь.Кру - когфТяциенты усиления; С/нп . - начальные уровни сигнала на выходе УОСУ"; Тру - постоянная времени; Гр - площадь мембраны; Ы , С - усилие предварительного сжатия и жесткость прукины П -го клапана; Мр - масса подвижных частей клапана; Zh . ар - ход a диаметр П -го клапана; _/Мрп - коэффициент расхода; L - логическая переменная,

fï - обе полости пневмодБцгателя подключены к пневмосхеме, |р - торлозьая полость соединена с атмосферой. Систола, уравнений (6)-(20) - жесткая и решение ее с использование» процедуры Pïipa (подпрограымаОЩ^/Е ) требует 15-20 минут ыа-ишшего времени ЗШ EC-I06I. Поэтому, для обеспечения возможности проектирования в диадогозои рэквш бши получены аналитические завл-сг!.':оста, устанавливайте взаимосвязь медду параметрами дзажндя и адпотрукгпшымл дар«.:атрап! С?.!. Зависимость установившейся скорости по¿Ьмя с;?чгг.!одглгагеля от нагрузки, усилия управления и конструктивных параметров сок/еотно со значением нагрузки Pc s »пм , при кого рой лкйшодЕпгатель при номинальной величине сигнала управления ¿(»«w имеет нулоЕув скорость, определяет статическую механическую характеристику (CNiX) пневматического привода С.'-!.

Передаточная функция по скорости имеет вид:

Кпр/С Kvp* SfJ +TpS)mïs'-'TtvS '4

В результате анализа передаточной функции на плоскости двух пррачмрсь сястекн построены области заданного быстродействия. С псаоцьэ Môicsa "О - разбиения оделены области устсЦчавости. 10 • •

Из анализа статической механической характеристики пкегмопраьо-да СМ о комбинированным управлением при работе в позиционном рс::ш,;е следует, что усилие управления в наибольшей степени зависит от величины сил трения в пневматическом ИУ, стабильности напряжения на выходе УУ я давления, формируемого пропорциональными редукционными клапанам. Поэтому, в щелях уменьшения усилия управления необходимо применять в пнеЕлодьигателе уплотнительные устройства с антифрикционными покрытия™. Влияние нестабильности характеристик системы уменьшается с уменьшение^ площади шевмодвигателя, следовательно, необходимо использовать максимальное давление рабочей среды, а площадь пневмодвигателя рассчитывать из условия статического уравновэ-пщвания ИУ и объекта манипулирования.

На основании лредложенннх аналитических решений разработана программа автоматизировашого синтеза пневматических Ci,i с комбинированны.! управлением.

Результаты расчетов на ШЛ обобщенной математической модели дозволили заключить, что предложенная структура УУ пневматического Си! с комбинированным управлением дает возможность повысить еыходнш характеристики манипулятора грузоподъемностью до 250 кг', при выполнении как транспортирующих, так и оринтирущих движений: рабочего органа до рациональных значений, не ограничивающих возможностей человека-оператора.

В главе 5 изложена экспериментальная часть работы, целью которой является качественная и количественная проверю разработегешх обобщенных математических моделей и полученных аналитических зависимостей, а также оценка точностных характеристик манипуляторов при различных способах управления.

Наиболее полно изучить динамические свойства системы позволяют переходные характеристика. Поэтому, для достижения поставленной цели были разработаны установки, позволяющие: получить экспериментальные переходные характеристики при изменяемых в соответствии с планом эксперимента основных конструктивных параметрах, нагрузках и масштабах входного воздействия; оценить точностные характеристики С.',5.

При оценка точностных характеристик ОД использована типовая методика исследования каюшуляццонных эргаТИчесли систем. Зсо экспериментальные данные обработаны статистически. ' ,

Эксперименталыше исследования характеристик пневматического

II

СМ с нозициошшл управлением показали адекватность описывающей его рабсту обобщенной математической модели и удовлетворительную сходимость результатов, полученных при аналитических расчетах и экспериментально. ."максимальные' погрешности значений установившейся скорости рабочего органа и времена разгона, определенных аналитически, по отношении к экспериментальным значениям не превышали соответственно 8;1 и 25,5%.

В результате экспериментального исследования характеристик пневматического СЫ с копбинадиошшл управлением в ре;:аме астатического управления доказана удовлетворительная сходимость результатов, полученных при расчетах по обобщенной математической модели, аналитическими зависимостями и экспериментально. Погрешности расчетных значений установившейся скорости рабочего органа а длительности переходных процессов при разгона и торможении в сравнении с экспериментальными в случае использования обобщенной математической модели не превышают соответственно 8,4%, 16,7% и 17,5?. При аналитических расчетах установившейся скорости ошибка не превышает 10$. Погрешность позиционирования исследуемого С1Л с астатическим управлением (Л<у = +6 мм) примерно на порядок больше погрешности лозицирования манипулятора с лозшнонншл управлением +0,6 ш)'. Наилучшая точность была получана при исследовании И с комбинировании,! управлением = = +0,5 мм).

Усилие управления при работе Сь! с комбинированным управлением в ре.тлме астатического управления было пренобреаштельно малш (меньше 0,С ¡1), а в случае позиционного режима при осуществлении точного позиционирования его величина практически определялась суммарным значением сил трения и погрешности настройка УУ в малой окресности точ-¡с.! позиционирования и не превышало 10 Н.

Основные выводы

I. Сбалансированию манипуляторы являются перспективным универсальным средством механизации производства. Они позволяют поханизи-рогать погрузочно-р;;згрузочные, транспортно-сгладсхиэ работы и ряд основных технологических операций. Во многих случаях применение С.',! не только облегчает труд рабочего, увеличивает его производительность, но и поп-жат ¡»честно изделий.

1!з сопоставления характеристик эл<зктро;,;е?:аначескнх, гпдрагли-чосгах и пнеьматпчоегдх С',! следует, что пневматические СМ характе-12

ризуются высокими эксплуатационными свойствами, надежностьюпожаро-бозопасностью и низкой стоимостью. У пневматических СМ при грузоподъ-емностях, превышающих 250 кг,происходит резкое возрастание усилия управления и ухудстение динамических характеристик.

2. Разработаны обобщенные математические модели пневматических СМ с позиционным и астатическим управлением, учитывающие процессы происходящие в УУ и пневматическом приводе и позволяющие исследовать манипуляторы, построенные по основным кинематическим схемам, которые в настоящее время используются в СМ.

В результате исследования пневматических СМ с позиционным управлением, а именно анализа математической модели, механической харах?--тернстики и паралэтров движения на различных этапах, следует:

- для уменьшения влияния погрешностей пневматически аппаратуры на выходные характеристик СМ, а таете, получения наибольшей скорости при заданном усилии управления, необходимо использовать максимальное давление воздуха в пневмосистеме, а площадь двигателя рассчитывать

из усилия статического уравновешивания ИУ СМ и рабочего органа с 'объектом манипулирования;

- с увеличением грузоподъемности ухудшается динамические характеристика СМ, увеличивается усилие управления и влияние погрешностей пневматической аппаратуры;

- позиционный способ управления целесообразно использовать при выполнении ориентирующих движений рабочего органа.

Аналогичное исследование пневматических СМ грузоподъемностью до 250 кг с астатическим управлением показало, что при выполнении транспортирующих перемещений рабочего органа удается повысить выход-пне характеристики манипулятора до рациональных значений. В связи с низкой точностью позиционирования выполнение ориентирующих движений рабочего органа затруднительно.

3. Предложена структура УУ СМ на основе комбинированного пози-цяонно-астатаческого управления и автоматического уравновешивания веса груза. Важным достоинства,! структуры являются расширенные тех-' пологические возможности СМ, позволяющие использовать его для механизации основных технологических операций.

• 4. Разработана обобщенная математическая модель СМ с комбинированным управлением, учитывающая процессы, происходящие в УУ и пневматическом приводе при астатическом, и позиционном режимах работы, и позволяющая исследовать манипуляторы, построенные по основным

кинематическим схемам.

Их анализа статической механической характеристика пневмопривода СУ с комбинированный управлением при работе в позиционном реяиме следует, что усилие управления в наибольшей степени зависит от величины сил трения в пневматическом ИУ, стабильности напряжения на выходе УУ и давления, формируемого пропорциональными редукционными клапанами. Длияние нестабильности характеристик системы уменьшается с ■ уменьшением площади пневчодвагателя, поэтому, необходимо использовать максимальное давление рабочей среди, а площадь пненлодвигателя рассчитывать из условия статического уравновешивания ИУ и объекта манипулирования.

Результаты расчетов на ЦШ обобщенной математической модели позволили заключить, что предложенная структура УУ пневматического СЛ с комбинированным управлением дает-возмс:кнссть повысить выходные характеристики манипулятора грузоподъемностью до 250 кг при выполнении как транспортирующих, так а ориентирующих движений рабочего органа до рациональных значений, не ограничивающих возможностей человека-оператора.

5. На основе анализа соответствующих обобщенных математических моделей предложены аналитические зависимости (статические механические характеристики, линеаризованные передаточные функции, области устойчивости и заданного быстродействия, уравнения кривой переходного процесса) для автоматизированного расчета характеристик движения и выбора конструктивных параметров пневматического привода и УУ СМ

с позпьиоиным, астатическим и комбинированным управлением, В результате, удалось снизить затраты малинного времени ЗЕК ЕС IQ6I на расчет одного варианта до 10-15 секунд вместо 10-40 минут, необходимых при использовании обобщенной математической модели, что позволяет при проектировании осуществлять диалоговый реким работы и проводить оптимизацию с помощью одного из самых элективных методов - метода ЛП<£- поиска. Разработан пакет прикладных программ автоматизированного синтеза пневматических сбалансированных манипуляторов.

6. Исследования экспериментальных стевдов пневматических СМ с позиционным и комбинированным управлением, созданных на основе полученных в диссертация результатов, подтвердили работоспособность разработанного конструктивного решения УУ СМ, адекватность предложенных обобщенных математических неделей и удовлетворительную сходимость результатов расчетов по аналитическим зависимостям и экспериментальных характеристик.

14

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. ДнеLijanrческде манипуляторы для механизации погрузочно-разгрузочкых работ/Донской A.C., Романов П.И., Кизилов А.Б. и др.// Робототахнические системы в текстильной и легкой промышленности: Тез. докл.Всесоюзн.научно-техн.конф. - Л., 1284.

2. Окрасочный'пневматический промышленный робот/Донской A.C., Романов П.И., Черпухин О.А.//Промышленные роботы и их применение. -Л.'.ДДНШ, 1934.

3. Королев Б.А., Розанов П.Я. Применение биотехнических мани-пуляционных роботов для обслуживания технологических процессов ыехано-обработкп/Л1ути повышения эффективности работы высокопроизводительного и специального оборудования: Тез. докл. каучно-техн.коттф. - Хабаровск, IS8G.

4. Королев В.А., Романов П.И., Иноземцев А.К. Биотехнический манипуляциснншЧ робот П поколвния//Проблемше вопросы технического перевооружения предприятий края: Тез.докл.научно-техн.конф. -■ Краснодар, 1985.

5. Королев В.А., Романов П.И., Кизилов А.Б. Система управления сбалансированным манилулятором//НнешоаЕтоматика. Тез.докл.ХУ Всесо-азного совещания. - M., 1985.

6. Применение сбалансированных манипуляторов для подготовительных работ в ГАЛ/Королев AB.А,, Романов П.И., Сергэев С.М.и др.//Роб-кон 3: Тез. докл.Международной конф.по проблемам управления промышленными роботами. - Варна, 1985.

7. Королев В.А., Романов Д.И., Сергеев С.М. Система автоматизированного проектирования пневматических сбалансированных машшулято-ров//У Всесоюзный сишозяум до пневматическим (газовым) системам в приводам упрашения: Тез.дом. - Тула, 1936.

8. Королев В.А., Романов П.Я. Модульный пневматический прпвод сбалансированного манипулятора для ГАЛ//Систеш робототехник и гибкие автоматические производства: Докл.Всесоюзной научно-техн.конф. -Куйбышев, 1987.

9. Романов П.И., Королев В.А. Применение сбалансированных манипуляторов в ГАП//Элестроилm и информатика в ГАП: Тэз.докл.Всесоюзной научно-техн.конф. - Пермь, 1287.

10. Королев В.А., Романов П.И. Разработка пнешатических сбаяан-сированных манипуляторов второго поколония//Яблонна 88: Докл.XI i.îex-дународной конф.по фпоиднке. - Содгия, 1988.

11. Романов П.И. Расчет параметров пнешатических сбалансировав ных машшуляторов с астатическим улравленаем//Лроблемы создания а освоения новой техники и технологии в промышленности края: Гез.докл, научно-техн.конф. - Краснодар, 1989.

12. Исследования психологических особенностей операторов, работающих со сбажлсированшаш манипуляторам на предприятиях лесной псомышленности/Кородев В.А., Русак О.Н., Романов П.И. и др.//Эргономика и научно-технический прогресс в лесной промышленности: Тез.докл. Всесоюзного научно-техн.совещания. - l.i., 1989.

13. Романов П.И., Королев В.А. Расчет параметров универсальных пневматических сбалансированных манипулятрров/Ред.журы. "Станки и инструмент". - ¡Д., 1262. - 13 с. -деа.в ЫШИИ, 1939, J6 3 (209).

14. Королев Б.А., Романов П.И. Система автоматизированного проектирования сбалансированных ыанипуляторов//Конструкгорско-гех-нологическая информатика, автоматизированное создание машин и технологий: Докл.Всесоюзной kohJ. - I9S9.

15. Романов II.П., Королев В.А., Зеленко A.C. Сбалансированные ¡манипуляторы - универсальное средство механизации тяжелого ручного трудаУ/Электротахническоа производство. 1Ь89,'йЗ.

16. Кормов В.А., Романов II.И., Аграновский С.Г. Сбалансировании ü манипулятор с ручки»! управлением. Поло;.ситэльное решение Госкомитета C3GÎ по долам изобретений и открытий на заявку не изобретение

.;4£3üVG/ü8 ПО 51£ от 19.05.89.

lo ::.пспчо к г пат и 14.оз.оо. м»зх1в4. Тирая ICO экз.

¿ак?з 39». Бесплатно

0"-м*п?а?1') на ротопрантв Mi им.'Д.Л.Калигеша

П Г-KI, Лгачнгрпд, Полнтехнпчясгая ул., 29.