автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Повышение производительности ГПС листовой штамповки за счет увеличения быстродействия исполнительных модулей углового перемещения промышленных роботов на основе зубчато-цевочных циклоидальных механизмов

РГ6 од

Надеждин Игорь Валентинович

На правах рукописи

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ГПС ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ ЗА СЧЕТ УВЕЛИЧЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ УГЛОВОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ НА ОСНОВЕ ЗУБЧАТО-ЦЕВОЧНЫХ ЦИКЛОИДАЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рыбинск - 1997

Работа выполнена в Рыбинской государственной авиационной технологической академии.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

[Соддаткин Е.П-1

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

академик Академии проблем качества, Кравченко Н.Ф. кандидат технических наук Кочетков В.А.

Ведущее предприятие - АО "Рыбинск-Полиграфмаш"

Защита состоится 10 декабря 1997 г. в 12.00 на заседании диссертационного совета К 064.42.02 в ауд. 237 главного корпуса Рыбинской государственной авиационной технологической академии по адресу: 152934, г.Рыбинск, Яросл.обл., ул. Пушкина, 53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Рыбинской государственной авиационной технологической академии.

Автореферат разослан " 6 " ноября 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Иванов Ю.Н.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Эффективность работы гибких производственных систем (ГПС) в холодной листовой штамповке (ХЛШ) во многом определяется быстродействием промышленных роботов (ПР), в которых наибольшее распространение получили пневмоприводы, как наиболее простые, дешевые и надежные, способные работать в тяжелых условиях. Вместе с тем, их быстродействие уже не удовлетворяет современному уровню скоростей кузнечно-прессового оборудования. Следовательно, насущной задачей в области ГПС холодной штамповки является исследование и разработка практических методов повышения быстродействия пневмоприводов ПР и поиск таких передаточных механизмов, которые обеспечат максимальное быстродействие при наличии ограничений на максимальные уровни ускорений и точность позиционирования. Этой задаче в большей степени отвечают разработанные автором пневмомеханические зубчато-цевочные циклоидальные механизмы (ЗЦЦМ), широкое использование которых в настоящее время сдерживается из-за отсутствия разработанных методов анализа и синтеза этих механизмов, а также достоверной информации о их качественных характеристиках с учетом особенностей динамики самого механизма и пневмопривода, а также предельном быстродействии при ограничениях на максимальные уровни ускорений и прочностные показатели.

Цель работы - повышение производительности ГПС ХЛШ за счет увеличения быстродействия манипуляторов ПР с комбинированными пневмомеханическими ЗЦЦМ на основе анализа динамической модели, а также разработка методов их расчета и создание теоретической базы для автоматизированного проектирования с использованием математических методов и средств вычислительной техники.

Общая методика исследований. Основные расчетные зависимости получены в результате аналитического исследования соответствующих геометрических, кинематических и динамических моделей. Проверка адекватности моделей произведена с помощью экспериментальных методов исследования с использованием аппарата математической статистики. При разработке критериев качественной оценки применялись методы теории подобия и анализа размерностей. В основу создания алгоритма оптимизационного синтеза ЗЦЦМ положены методы многокритериальной оптимизации.

Научная новизна. Решена задача повышения производительности ГПС ХЛШ за счет увеличения быстродействия механизмов углового перемещения (МУП) манипуляторов ПР на основе разработанных ЗЦЦМ.

Выполнен анализ существующих конструкций и исполнительных устройств (ИУ) манипуляторов ПР с различным типом привода, применяемых в настоящее время в ГПС ХЛШ, по критериям быстроходности и быстродействия. Получены условия осуществления "безударных" законов движения МУП. Разработана обобщенная методика и алгоритм оптимизационного синтеза ЗЦЦМ нескольких видов, учитывающие геометрические, кинематические, динамические и прочностные условия связи.

Разработана математическая модель в физических и безразмерных параметрах, описывающая динамику ЗЦЦМ с учетом пневмопривода и упругости звена, соединяющего ведомое звено и ИУ ПР. Разработана методика силового и динамического расчетов для различных вариантов исполнения ЗЦЦМ.

Новизна подтверждена полученными авторскими свидетельствами и патентом РФ.

На защиту выносятся: Анализ существующих конструкций манипуляторов ПР по критериям быстроходности и быстродействия. Обобщенная кинематическая схема ЗЦЦМ и его модификации. Условия осуществления "безударных" законов движения МУП со сложным движением цевки. Методика и алгоритм оптимизационного синтеза ЗЦЦМ, учитывающие геометрические, кинематические, динамические и прочностные условия связи. Математическая модель, описывающая динамику ЗЦЦМ с учетом пневмопривода и упругости звена, соединяющего ведомое звено и исполнительное устройство ПР. Конструкция быстродействующего ПР "Икар-0,16" с ЗЦЦМ и его модификации.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Разработанные ЗЦЦМ и методы их оптимизационного синтеза могут найти применение при проектировании и освоении высокопроизводительных манипуляторов ПР с цикловой системой управления (ЦПУ), предназначенных для автоматизации листоштамповочных операций в ГПС.

Применение ЗЦЦМ, взамен широко известных МУП пневматических ПР типа рейка-зубчатое колесо или шарнирно-рычажных механизмов с силовыми цилиндрами, повышает быстродействие привода в 2-2,5 раза за счет реализации "безударных" законов движения, характеризуемых нулевыми скоростями и ускорениями в точках позиционирования, и позволяет исключить тормозные устройства и повысить надежность привода.

Результаты исследований реализованы в конструкции промышленного образца ПР "Икар-0,16" и его модификациях, внедренных на Новокузнецком заводе "Металлоштамп" в робототехнологической линии РТЛ-ЛС-40 для изготовления методом ХЛШ широкой номенклатуры изделий массой до 0,1 кг, в

АО "Октябрь" и АО "Заря" Нижегородской области в виде конструкторской документации на многоцелевой гибкий производственный модуль.

Разработанные методы, алгоритмы оптимизационного синтеза ЗЦЦМ и программные средства используются в научно - исследовательских организациях и конструкторских бюро в алюминиевой и угольной промышленности, дорожном и полиграфическом машиностроении, а также в учебном процессе.

Апробация работы. Основные положения и практические результаты работы докладывались автором и обсуждались на 15 научных конференциях в г. г. Москве, С.- Петербурге, Ярославле, Одессе, Пензе, Нальчике, Алуште, Рыбинске и др., на научно-методических семинарах кафедр "Основы конструирования машин" РГАТА и "Теория механизмов и машин" МГТУ СТАНКИН. Разработанный и изготовленный промышленный образец ПР "Икар -0,16" экспонировался на международной выставке "Конверсия-94", где получил высокую оценку специалистов. Результаты работы используются в учебном процессе при чтении курсов "Механика промышленных роботов", "Основы САПР" в РГАТА и МГТУ СТАНКИН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ, получено 5 авторских свидетельств и патент РФ на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов по работе и приложений, изложена на 242 страницах, содержит 57 рисунков и 19 таблиц, список использованных источников из 125 наименований.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приводится анализ путей повышения быстродействия ПР, применяемых в ГПС ХЛШ, дается обзор литературы по теме, формулируется постановка задачи.

Анализ типовых компоновок робототехнологических комплексов ХЛШ и соответствующих им траекторий перемещения заготовок в рабочем пространстве выявил ряд требований к ПР, определяющих их экономическую целесообразность: быстродействие - 60-70 циклов в минуту для сверхлегких ПР и 20 -30 циклов в минуту для легких ПР; число степеней подвижности - 2 - 4 (три транспортные и одна ориентирующая); привод - пневматический или электромеханический; погрешность позиционирования - ±(0,1 - 2,0) мм; система управления - цикловая; малые габариты и низкая стошюсть. В результате анализа установлено, что около 77% ПР, применяемых в отечественных и зарубежных ХЛШ,имеют пневматический привод и цикловой способ управления.

Средняя производительность ПР сверхлегкого типа составляет 16-18 дет/мин; максимальная- 30-40 дет/мин (модели ПР "КМ-0,63 Ц4212", "Краб-рекупер", "Гейм").

Таким образом, повышение производительности ГПС холодной штамповки может быть достигнуто за счет увеличения быстродействия ПР. Чтобы искусственно не снижать производительность прессового оборудования следует повысить быстродействие манипуляторов ПР в 1,5-2 раза.

Разработке вопросов повышения быстродействия ПР с ЦПУ посвящены труды ряда российских ученых: Архипенко H.A., Клюкина В.Ю., Кравченко Н.Ф., Нахапетяна Е.Г., Семенова Е.И., Суетиной М.П., Шифрина Я.А. и др. Эти исследования ведутся по следующим основным направлениям (рисунок 1): увеличение скоростей перемещения звеньев; уменьшение колебаний звеньев в крайних положениях; оптимизация циклограммы ПР; оптимизация компоновочных решений.

Анализ показывает, что важнейшим резервом повышения быстродействия ПР является уменьшение времени успокоения колебаний на режимах разгона и торможения при угловом позиционировании за счет реализации "безударных" законов движения, имеющих следующие особенности: увеличение участков разгона и торможения и обеспечение их симметричности; исключение участка установившегося движения (неравномерный закон движения); равенство нулю скорости и ускорения в моменты начала и конца движения.

Важность исследования МУП манипуляторов ПР определяется следующими факторами:

- функционирование в наиболее напряженном режиме работы, вследствие высоких инерционных нагрузок;

- время поворота МУП составляет около 60% от общего времени цикла движения манипулятора;

- время успокоения колебаний в конце хода составляет (50-60)% от общего времени поворота;

- характеризуются наибольшей погрешностью позиционирования;

- значительно (на порядок) уступают по быстродействию механизмам линейного перемещения.

Решению поставленной задачи в большей степени отвечают предложенные автором ЗЦЦМ. Однако, вопросы разработки методики анализа и синтеза, динамики и определения качественных характеристик ЗЦЦМ являются не исследованными.

Рисунок Классификация основных способов повышения быстродействия ПР

Основные пути решения данной задачи.

1. Разработка обобщенной методики анализа и синтеза ЗЦЦМ манипуляторов ПР методом математического моделирования.

2. Изучение влияния пневматического привода на динамику ЗЦЦМ.

3. Разработка методики оценки качества работы ЗЦЦМ.

4. Разработка методики оптимизационного синтеза ЗЦЦМ по прочностным критериям.

5. Экспериментальное определение динамических характеристик ЗЦЦМ.

6. Разработка конструкций быстродействующего ПР "Икар-0,16" с ЗЦЦМ и его модификаций, а также робототехнологической линии на базе вышеуказанных ПР для ГПС ХЛШ.

Во второй главе разрабатываются методы параметрического анализа и синтеза ЗЦЦМ на основе обобщенной теории "безударных" механизмов.

Анализ условий осуществления "безударных" законов движения МУП со сложным движением цевки показал, что отсутствие ускорений ведомого звена в крайних положениях 1/(0,7) = 0 предполагает выполнение одного из условий: У(0,Т)=0, р(0,Т)=оо, где V - скорость центра цевки, р - радиус кривизны траектории цевки, Т - продолжительность поворота ведомого звена. Последнее условие справедливо в точках перегиба или спрямления кривой, реализуемой с помощью ЗЦЦМ, обобщенная кинематическая схема которого приведена на рисунке 2.

У

1 - ЗЦЦМ I;

2 - ЗЦЦМ II

Рисунок 2 - Обобщенная кинематическая схема ЗЦЦМ

В зависимости от положения оси вращения ведомого звена возможны два варианта построения механизма. В первом случае (ЗЦЦМ I), предложенном В.М. Абрамовым, ось вращения ведомой кулисы О] расположена в точке пересечения касательных, проведенных к циклоиде в точках перегиба Ст. Траектория движения цевки А в процессе поворота кулисы приближается к ее оси вращения, что является неблагоприятным в силовом отношении. Во втором варианте (ЗЦЦМ II) ось вращения кулисы расположена в точке пересечения касательных, проведенных к циклоиде в точках перегиба Ст. Траектория движения цевки удаляется от центра вращения ведомого звена О2, что, несомненно, более выгодно с точки зрения динамики механизма.

Из условия отсутствия ускорений в начале и конце движения получены зависимости, являющиеся общими для синтеза кулисных механизмов, законы движения ведомого звена которых зависят от вида траектории центра цевки.

Для каждой из схем построения ЗЦЦМ приводятся аналитические зависимости в безразмерном виде, определяющие кинематику и кинетостатику ведомого звена; дана сравнительная оценка полученных законов движения. На основе критериев качественной оценки законов движения В, С, D и Е, где В= UaMU; C=U2y£F,MU\ £>= U1 E=U\ijm< Щ - суммарный угол

поворота ведомого звена; tpz - угол полного перемещения ведущего звена при W> <JW £,,№ Jmu. Nmu - соответственно константы пиков угловой скорости, ускорения, пульса и кинетической мощности (Л'„=«„£») ведомого звена дан сравнительный анализ семейства "безударных" механизмов периодического движения. Из сравнения качественных характеристик следует, что наилучшими кинематическими и динамическими свойствами обладает ЗЦЦМ И, закон движения которого является в некотором смысле оптимальным, так как уменьшение пиков ускорений не связано с ростом пиков кинетической мощности и при этом в меньшей мере, чем у других механизмов, увеличиваются пики скоростей. Качественные характеристики ЗЦЦМ I занимают среднее положение в группе "безударных" механизмов, за исключением критерия D, величина которого значительна, особенно при щ > 90°. Разработанные таблицы критериев позволяют облегчить выбор оптимального типа ЗЦЦМ.

В работе рассмотрены вопросы кинетостатического анализа ЗЦЦМ. Получены зависимости в безразмерном виде величин максимального давления ведущей цевки на стенку паза ведомого звена, суммарной мощности и крутящего момента, потребного на поворот ведущего звена, усилия на штоке пнев-моцилиндра, мгновенного КПД. Анализ показал, что с точки зрения уменьшения потерь на трение и энергетических затрат более предпочтительным яв-

ляется ЗЦЦМII, у которого цикловой КПД наибольший, а силы нормального давления и потребная суммарная мощность - наименьшие.

Третья глава посвящена исследованию динамики ЗЦЦМ с учетом пневмопривода.

Математическая модель ЗЦЦМ с учетом пневмопривода описывается системой уравнений в безразмерных параметрах:

0(1 + a0)+sign№\ Ь0 =С/-2 (сг, - сг2П- %),

da.

1,4

dr

da, 1,4

r7IPv_ Ft .a-^-TJ-l^^UBZL.P-^.Ti-h-a-lSL.h.-i&iL-

lf*cZ~ " - —i;—-J-7Г77' be ~ "77' 11 — с ' "о ~ ti" э >

Л.А МгЛ, ■ S, V PAH H S, тпгг rnnr

U0 - безразмерный конструктивный параметр; ^-безразмерная нагрузка; О- коэффициент пропускной способности соединительных линий привода; дг -коэффициенты расхода подводящей и выхлопной линий; П - отношение площадей Si и Sj горцов поршня; г - безразмерное время; & - начальный обьем полости; <Т]=р/рм, <?2=р2/ря, Острен, ра - атмосферное давление; рм - давление воздуха в магистрали; Fs = Fi+M^ca/1 - суммарная приведенная сила, обусловленная моментом сопротивления Мт и силами трения F1 в цилиндре; h и тп - приведенные момент инерции и масса; г - радиус зубчатого колеса; Н -ход поршня; щ, Nu - инварианты подобия угловой скорости и кинетической мощности ведомого звена.

Для решения данной системы с помощью ПЭВМ разработана программа "DINPR" динамического анализа ЗЦЦМ с учетом пневмопривода, включающая подпрограмму "PRESS" определения расходных функций ip(o,¡), начальных координат Xoi и х02, силы трения в уплотнениях поршня.

В результате моделирования динамики установлено, что по критерию быстродействия ЗЦЦМ имеют преимущество перед механизмами углового позиционирования с постоянным передаточным отношением a^const, например, рейка-зубчатое колесо (ПР мод.МП-9,МП-11, РП-5 и др.), и с механизмами с качающейся кулисой (ПР мод. РФ-202 и др.). Эти преимущества проявляются в большей степени с ростом нагрузок. Безразмерная скорость | штока

ЗЦЦМ II наибольшая.

С целью осуществления равномерного движения решена задача синтеза [араметров пневмопривода, которая заключалась в выборе эффективной шощади поршня S и эффективных проходных сечений каналов подводящей fg¡ i выхлопной fo2 магистрали по заданной скорости поршня.

В работе показано, что с учетом упругости звена, соединяющего ведомое вено и ИУ ПР, последнее при Ушт = const после остановки в точке позицио-шрования и фиксации колонны, совершает свободные затухающие колеба-шя. Решение уравнения динамики ЗЦЦМ с учетом упругости показывает, что фодолжительность "успокоения" ведомой массы зависит от частоты и коэффициента демпфирования собственных колебаний системы.

В четвертой главе описаны экспериментальные исследования характеристик ЗЦЦМ манипулятора ПР.

Содержание экспериментальных исследований включало изучение дина-пики и точности углового позиционирования при раздельной и совместной заботе приводов степеней подвижности манипулятора. Проверялись основные результаты моделирования динамики ЗЦЦМ. Кроме этого, были получе-иы сведения по динамике поворота колонны манипулятора с учетом изменения нагрузки, времени поворота, длины вылета руки, давления питания воздуха, а также упругости звеньев. Исследования проводились на промышленном образце ПР "Икар-0,16", который был переоборудован в испытательный стенд, с применением стандартной аппаратуры ВИ6-6ТН. Управление приводами осуществлялось посредством микропроцессора МПЦУ-2-48-2. Для сравнительного анализа динамики поворота ЗЦЦМ использованы критерии качества, предложенные Е.Г. Нахапетяном.

Проверка ЗЦЦМ на рабочих режимах показала хорошее совпадение результатов экспериментальных исследований и математического моделирования при низком и среднем быстродействии и умеренных нагрузках. При повышенном быстродействии (tBoe <0,3с) и максимальной нагрузке (т = 0,15 кг) вследствие зазоров в кинематических парах и упругости руки манипулятора величины ускорений торможения руки резко возрастают по сравнению с моделью.

При совместном движении по степеням подвижности (поворот-выдвижение руки ПР) резко возрастают динамические нагрузки на звенья механизма из-за возникающего кориолисова ускорения, линия действия которого совпадает с направлением тангенциальной составляющей ускорения поворота руки. Более предпочтительным в динамическом отношении является совмещение движений поворот-втягивание руки. Наилучшая динамика и максимальное

быстродействие соответствует режиму поворота с втянутой рукой ПР.

Результаты экспериментов свидетельствуют о благоприятных динамич ских характеристиках и высокой быстроходности экспериментального обра ца МУП манипулятора ПР "Икар-0,16". Полученное максимальное значен! сосро=7,85 с1 является в настоящее время недоступным для МУП современнь ПР с различным типом привода. Высокая плавность и безударность движен! ИУ ПР, характеризуемая низким коэффициентом динамичности, подтверди! возможность исключения в конструкции МУП манипулятора тормозных ус ройств.

Пятая глава посвящена решению задачи оптимизационного синте ЗЦЦМ, которая является типичной задачей нелинейного программирования формулируется следующим образом. Определить такой вектор искомых пар метров х*, чтобы

/(г*) = min max/(x, /) ,

jceX ter

где/- целевая функция; X- область возможных значений искомых парам« ров, определяемых габаритными ограничениями и условиями взаимного рг положения

Ф,(Х)<0 (¡ = 1,2...),

а также дополнительными критериальными ограничениями

ft(x.t)*fk*u (k=],2...).

Для ЗЦЦМ в качестве целевой функции приняты касательные напрял ния w в высшей кинематической паре "цевка-паз кулисы"

W = 0,304 2и к/2 fr1'2 г' Л1'2.

где ZM - коэффициент, учитывающий свойства материалов; для ста 1М - 271 (Hj/2/mm); ка = Р~лчи / кц - безразмерный коэффициент контактных i пряжений; F^u - константа пика силы нормального давления; кц= гч/ г ; Ь, рабочая ширина и радиус цевки; А = 0,51пса 1П - приведенный момент иж ции ведомых масс; а); - угловая скорость зубчатого колеса.

Очевидно, что износостойкость данного сопряжения будет максимаг НОЙ, если Тгаа ШШ.

В качестве независимых конструктивных параметров ЗЦЦМ примем: ра-1ус Лк и толщину кулисы Ь, диаметр цевки с1ц, ширину кончика кулисы Ос-шьные геометрические параметры ЗЦЦМ являются зависимыми и опреде-потся по расчетным зависимостям.

Дополнительные критериальные ограничения разделяются на прочност-ме и геометрические. К прочностным относятся: прочность оси цевки на из-16 (сгиоУ, условие ограничения удельного давления на ось цевки (д0)\ проч-эсть паза кулисы на изгиб (аиг).

Геометрические ограничения включают проверку условий взаимного асположения звеньев ЗЦЦМ: условие соседства цевки и вала кулисы; условие зседства цевки и вала зубчатого колеса; кулисы и вала ведущего зубчатого элеса.

Учитывая, что при синтезе ЗЦЦМ заданы значения: у/Е, 1„, Мсп, 1по, (У^) для материалов цевки и паза кулисы известны величины [до], [<гио], свободные параметры Кк, Ь, йц и выбирают таким образом, чтобы удовлетворись вышеприведенные ограничения. Найденный по этим условиям допусти-ый вариант может быть уточнен по конкретным конструктивным соображе-иям. Очевидно, что задача поиска носит многокритериальный характер и ги получения допустимого варианта необходимо использовать ПЭВМ. В ка-естве метода оптимизации был применен метод Дэвидона-Флетчера-Пауэлла использована стандартная подпрограмма "БАУШ", включенная в качестве одуля в головную программу оптимизационного синтеза ЗЦЦМ, блок - схе-а алгоритма которой изображена на рисунке 3.

Приведен пример оптимизационного синтеза параметров ЗЦЦМ с уче-эм пневмопривода и заданном быстродействии. Разработаны справочные аблицы наибольших допускаемых крутящих моментов, передаваемых ведо-ыми звеньями ЗЦЦМ II, для грех вариантов конструктивного исполнения зла крепления ведущей цевки и принятого типоразмерного ряда значений ее [ирины и диаметра.

В шестой главе приведены технические данные разработанных на основе ЦЦМ и внедренных в производство конструкций быстродействующего зерхлегкого манипулятора ПР "Икар-0,16" и его модификаций, а также робо-отехнологической линии РТЛ-ЛС-40 для изготовления в автоматическом ре-:име методом ХЛШ широкой номенклатуры изделий из штучных заготовок ассой до 0,1 кг. Максимальное быстродействие ПР "Икар-0,16" составляет 60 иклов в минуту; РТЛ-ЛС-40 - 40 изделий в минуту.

( Пуск у 1

—2-1-

Ввод исходных данных

тип ЗЦЦМ, ц^Л

тип роликоопоры цевки, Евр, о.,. о,, ¡0^1, /о«/,

Область возможных значений варьируемых параметров

кн«,

< Ъ <

1<- ■ £ 1с £ к

л ¿ш'я ^ Ькт ¡я

5— ф = 0.<Ргя,Л Л - шаг

гб-

и=г

Определение размеров, киненатикв и диизмихи ЗЦЦМ

Расчет тйаг, ^ил?а^»1

^аОтаХ' ^ихтах1 9{}тах\

Печать Ек

Т та*' ®икгпбх> ® иОтах^ ЯОтаХ' ^ птах- ^шгтах-

Коне

Рисунок 3 - Блок-схема алгоритма программы оптимизационного синтезг

ЗЦЦМ

В приложении диссертации приведены таблицы параметров отечественных и зарубежных ПР, используемых в ГПС ХЛШ; таблицы кинематических зараметров ЗЦЦМ I и ЗЦЦМ И, осциллограммы результатов экспериментальных исследований; программа управления робототехнологической лини-;й РТЛ-ЛС-40; материалы о результатах внедрения научных исследований.

3. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертации решена задача повышения производительности ГПС листовой штамповки за счет увеличения быстродействия исполнительных модулей углового перемещения ПР на основе разработанных ЗЦЦМ.

В процессе выполненных исследований получены следующие основные результаты.

1. Сформулированы и научно обоснованы требования к ПР, применяемым в ГПС ХЛШ. Показано, что с учетом экономической целесообразности предел быстродействия для сверхлегких ПР должны быть не менее 60-70 циклов в минуту; для легких ПР - 20-30 циклов в минуту. Показано, что по критериям быстродействия и быстроходности среди ИУ манипуляторов ПР с различным типом привода наименьшую быстроходность имеют МУЛ, причем быстроходность последних примерно на порядок меньше быстроходности механизмов линейного перемещения. Наиболее быстроходными являются МУП ПР с пневмоприводом.

2. Установлено, что существенным резервом повышения быстродействия ПР является уменьшение времени успокоения колебаний на режимах разгона и торможения за счет реализации "безударных" законов движения. Рассмотрены условия осуществления "безударных" законов движения МУП со сложным движением цевки. На основе анализа кинематических зависимостей обобщенной модели ЗЦЦМ определены особенности реализуемого закона движения различных схем механизмов. На основе критериев качественной оценки закона движения ведомого звена ЗЦЦМ дан сравнительный анализ характеристик семейства "безударных" механизмов циклического движения. Получены зависимости в безразмерном виде величин максимального давления ведущей цевки на стенку паза кулисы, суммарной мощности и крутящего момента, потребного на поворот ведущего звена, усилия на штоке пневмоцилин-дра, мгновенного КПД ЗЦЦМ.

3. Разработана математическая модель в физических и безразмерных параметрах, описывающая динамику ЗЦЦМ с учетом пневмопривода и упругости звена, соединяющего ведомое звено и ИУ ПР. Показано, что продолжи-

тельносгь "успокоения" ведомой массы, упруго связанной с колонной манип лятора ПР, зависит от частоты и коэффициента демпфирования собственнь колебаний системы. Установлено, что по критерию быстродействия ЗЦЦ1 имеют преимущество перед МУП с постоянным передаточным отношение! Эти преимущества проявляются в большей степени с ростом нагрузок. Реше( задача синтеза параметров пневмопривода для осуществления равномерно) движения поршня с учетом составляющих заданного времени углового поз; ционирования ИУ ПР.

4. Выполнены экспериментальные исследования динамики ЗЦЦМ, по, твердившие адекватность разработанной и реальной модели при низком среднем быстродействии и умеренных нагрузках. При повышенном быстр действии и максимальной нагрузке ПР, ввиду зазоров в кинематических пар; и упругости руки манипулятора, величины ускорений торможения резко во растают по сравнению с данными моделирования. Показано, что при совм стном движении по степеням подвижности, например, поворот-выдвижен: руки ПР, резко возрастают динамические нагрузки на звенья механиз» вследствие возникающего кориояисова ускорения. Более предпочтительнь по критерию быстродействия и в динамическом отношении является совм щение движений поворот-втягивание руки. Высокая плавность движения И ПР подтвердили возможность исключения в конструкции МУП манипулято] тормозных устройств.

5. Разработаны методика и алгоритм оптимизационного синтеза и реш на задача поиска оптимальных соотношений и размеров звеньев ЗЦЦМ. П лучены обобщенные зависимости, учитывающие геометрические, кинематич ские, динамические и прочностные условия связи. Разработаны справочш таблицы наибольших допускаемых крутящих моментов, передаваемых вед мыми звеньями ЗЦЦМ.

6. Разработаны и внедрены конструкция базовой модели ПР "Икар - 0,1 с ЗЦЦМ, имеющего предел быстродействия 60 циклов в минуту, и роботот« нологическая линия РТЛ-ЛС-40 на базе ПР "Икар-0,16" для изготовления т варов народного потребления. Максимальная производительность линии менее 40 изделий в минуту.

4. ПУБЛИКАЦИИ ПО РАБОТЕ

1. A.C. 1273669 СССР, МКИ FI6H27/06. Механизм поворота автоопе{ тора / И.В. Надеждин, В.В. Михрютин // Открытия. Изобретения.-1986. -№4 С.140.

2. A.C. 1315698 СССР, МКИ F16H27/06. Кантователь / И.В. Надеждин,

B.М. Абрамов, В.В. Михрютин // Открытия. Изобретения.-1987. -№21.- С.154.

3. A.C. 1481054 СССР, МКИ B25J11/00. Механизм поворота исполнительного органа манипулятора / И.В. Надеждин, В.М. Абрамов, Ю.Д. Жаботин-ский, В.А. Ларионов, М.Д. Чистяков //Открытия. Изобретения. - 1989.-№19,-

C.62.

4. А.С.1483139 СССР, МКИ F16H27/06. Устройство для преобразования вращательного движения в колебательное / И.В. Надеждин, В.М. Абрамов // Открытия. Изобретения.-1989.-№20.- С.125.

5. Пат. 1646848 Россия, МКИ B25J9/08, B25J11/00. Модуль поворота манипулятора / И.В. Надеждин, Е.П. Солдаткин // Открытия. Изобретения,-1993.-№17.- С.130.

6. Надеждин И.В. Диалоговая система машинного проектирования механизмов позиционирования транспортных систем II Проблемы автоматизации проектирования и изготовления изделий в машино- и приборостроении: Тездокл. Всесоюз. конф., Алушта, окт., 1986. - Москва, 1986,- С.ЗО.

7. Надеждин И.В. Диалоговый хомплекс программ машинного проектирования механизмов позиционирования приводов манипуляторов промышленных роботов// Использование вычислительной техники и САПР в научно-исследовательских и опытных разработках: Тез. докл. респ. науч. техн. конф., Владимир,май, 1987.-С.20-21.

8. Егоров О.Д., Надеждин И.В. Применение мальтийских механизмов в промышленных роботах//Станки и инструмент,-1988. -№11.-С.36-38.

9. Надеждин И.В., Солдаткин Е.П. Пути повышения быстродействия манипуляторов РТК листовой штамповки // Промышленные роботы и опыт их применения в народном хозяйстве: Тез. докл. н-т. семинара. - Л., окт. 1988. -С.15-16.

10. Егоров О.Д., Надеждин И.В. Конструирование механизмов дискретного позиционирования роботов. Уч. пособие. Мосстанкин- М., 1989.-98с.

11. Надеждин И.В., Солдаткин Е.П. Проектирование быстродействующих манипуляторов робототехнических комплексов листовой штамповки П Проблемы создания и внедрения гибких производственных и робототехнических комплексов на предприятиях машиностроения: Тез.докл.Всесоюз. н,- пр. конф., Одесса, окт., 1989.-г.М., 1989. -С.72-73.

12. Надеждин И.В., Поляков Ю.Б. Промышленный робот. Рекламный листок №16-89Р, Ярославль: ЦНТИ, 1989. - Зс.

13. Надеждин И.В. Проектирование оптимальных по быстродействию

механизмов углового перемещения промышленных роботов с цикловым пр граммным управлением II Разработка путей интенсификации и повышен эффективности учебного процесса в вузе: Тез. докл. XV науч. метод, kohi Ярославль, 1990. - С. 173.

14. Надеждин И.В., Солдаткин Е.П. Быстродействующие циклоидальн; манипуляторы для ГПС листовой штамповки мелких деталей II Состоян! опыт и направление работ по комплексной автоматизации на основе ГП! РТК и ПР: Тез. докл. зон. семинара. - Пенза, ноябрь, 1990. - С.14-15.

15. Надеждин И.В., Солдаткин Е.П. Обобщенная теория быстроде» вующих циклоидальных манипуляторов ¡1 Ресурсо-, энергосберегающие наукоемкие технологии в машино- и приборостроении: Тез. докл. Всесоюзн н.-т. конф.-Нальчик, май, 1991.г.-М.-1991.-С.85.

16. Надеждин И.В., Виноградов В.Е. Робототехнологическая линия из1 товления столовых приборов. Информ. листок №190-93, Ярославль: ЦНТ 1993. -Зс.

17. Надеждин И.В., Солдаткин Е.П. Опыт создания и внедрения высо] эффективных роботизированных комплексов на базе быстродействуюш циклоидальных манипуляторов II "Technology -94". Тез. докл. междунар< конф.-С.-Петербург, 1994.-С.123.

18. Надеждин И.В. Математическое и программное обеспечение СА1 исполнительных модулей углового перемещения быстродействующих пневи тических промышленных роботов//Наукоемкие технологии в машиностроен и приборостроении: Тез. докл. Российской н.-т. конф. -Рыбинск, 1994.-С.2 215.

19. Надеждин И.В., Солдаткин Е.П. Проблемы создания высокопроиз] дательных автоматизированных комплексов в моторостроении на базе бы родействующих циклоидальных промышленных роботов// Информатизаци моторостроении: Тез. докл. Всемирного конгресса "Информацион! измерительные и вычислительные системы специального назначения. -I 1995.- С.12-13.