автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка и исследование пространственного манипулятора параллельной структуры с тремя поступательными степенями свободы для робототехнических систем предприятий текстильной и лёгкой промышленности

ЛАРЮШКИН ПАВЕЛ АНДРЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО МАНИПУЛЯТОРА ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ С ТРЕМЯ ПОСТУПАТЕЛЬНЫМИ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ ДЛЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРЕДПРИЯТИЙ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЁГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальность 05.02.13 «Машины, агрегаты и процессы (лёгкая промышленность)»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

31 ОКТ 2013

Москва-2013

005536716

ЛАРЮШКИН ПАВЕЛ АНДРЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО МАНИПУЛЯТОРА ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ С ТРЕМЯ ПОСТУПАТЕЛЬНЫМИ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ ДЛЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРЕДПРИЯТИЙ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЁГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальность 05.02.13 «Машины, агрегаты и процессы (лёгкая промышленность)»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2013

Работа выполнена на кафедре «Прикладная механика» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

заведующий кафедрой «Прикладная механика» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии» Палочкин Сергей Владимирович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

заведующий кафедрой ТММ, ДМ и ПТМ ФГБОУ ВПО «Костромской государственный технологический университет» Корабельников Андрей Ростиславович

кандидат технических наук старший научный сотрудник ФГБУН «Институт машиноведения им. A.A. Благонравова РАН» Рашоян Гагик Володяевич

Ведущая организация ОАО «Центральный научно-исследовательский

институт технологической оснастки текстильного оборудования» (г. Москва)

Защита диссертации состоится «. X 6 » Я ¿рЯ 2013 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.144.03 при Московском государственном университете дизайна и технологии по адресу: 117997, г. Москва, ул. Садовническая, д. 33, ауд. 156.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии».

Автореферат разослан » ОчгчъсГ2013 г. Учёный секретарь

диссертационного совета Д 212.144.03 кандидат технических наук, профессор

Андреенков Е.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Разработка и внедрение новых автоматизированных робототехнических систем для выполнения различных технологических и транспортных операций является важнейшим направлением модернизации предприятий текстильной, лёгкой и других отраслей промышленности с целью повышения их производительности и конкурентоспособности.

Начиная с конца восьмидесятых годов прошлого века, активное развитие получил особый класс промышленных роботов на базе манипуляционных механизмов (манипуляторов) параллельной структуры. В настоящее время данный класс механизмов уже широко применяется на практике в различных робототехнических системах станкостроительной, авиационной, медицинской и ряда других отраслей отечественной промышленности.

Манипуляционные механизмы параллельной структуры имеют меньшую по сравнению с манипуляторами традиционной последовательной структуры рабочую зону, однако обладают при этом такими важными преимуществами как более высокая скорость и точность манипулирования, большая грузоподъемность относительно массы собственной металлоконструкции, имеющей, как правило, повышенную жесткость и малую инерцию.

На сегодняшний день на предприятиях текстильной и лёгкой промышленности весьма перспективные манипуляторы параллельной структуры практически не используются. Для их разработки и внедрения требуется учет множества факторов, начиная с возможностей самих механизмов и заканчивая спецификой технологических процессов.

Поэтому тема диссертационной работы, направленной на разработку и исследование нового пространственного манипулятора параллельной структуры для использования на предприятиях текстильной и лёгкой промышленности, является актуальной с точки зрения научной и практической значимости поставленной проблемы.

Цель работы. Разработка конструкции и исследование основных характеристик нового пространственного манипулятора параллельной структуры с тремя поступательными степенями свободы для робототехнических систем предприятий текстильной и лёгкой промышленности.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие задачи:

1. Проведён анализ опубликованных результатов исследований в области разработки манипуляторов параллельной структуры с различным числом степеней свободы и применения робототехники на предприятиях текстильной и лёгкой промышленности.

2. Выполнены структурный синтез и анализ новой конструкции пространственного манипулятора параллельной структуры с тремя поступательными степенями свободы.

3. Разработаны математические модели:

• для решения задачи о положениях и определения параметров рабочего

пространства манипулятора;

• для решения задачи о скоростях и определения особых положений манипулятора в границах его рабочего пространства;

• для решения задачи об ускорениях и исследования динамики манипулятора.

4. Созданы прикладные компьютерные программы, реализующие разработанные математические модели, и выполнены с их помощью численные расчёты по определению параметров рабочей зоны манипулятора, кинематических и динамических характеристик его конструкции.

5. Осуществлена проверка адекватности созданных математических моделей манипулятора с помощью виртуального эксперимента в компьютерной среде «МАТЬАВ / БтиНпк».

6. Выполнена экспериментальная проверка работоспособности манипулятора на физической модели механизма.

7. Разработаны рекомендации по проектированию и определению технических характеристик манипулятора.

Методы исследований. При проведении теоретических исследований использованы методы теоретической механики, теории механизмов машин и роботов, теории винтов, аналитической геометрии, дифференциального и матричного исчисления, вычислительной математики и компьютерного моделирования. Экспериментальное исследование выполнено в компьютерной среде «МАТЬАВ / 81шиНпк» с использованием встроенных численных методов анализа и средств визуализации.

Научная новизна. Научная новизна заключается в том, что разработан новый манипуляционный механизм параллельной структуры с тремя поступательными степенями свободы, проанализированы его основные свойства и определены основные технические характеристики.

В ходе выполнения диссертационной работы впервые получены и выносятся на защиту следующие результаты:

• синтезирована новая структурная схема манипулятора параллельной структуры с тремя поступательными степенями свободы;

• разработана математическая модель для решения задачи о положениях и определения параметров рабочего пространства нового манипулятора;

• построена математическая модель для решения задачи о скоростях и определения особых положений нового манипулятора в границах его рабочего пространства;

• создана математическая модель для решения задачи об ускорениях и исследования динамики нового манипулятора.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Практическую значимость имеют следующие результаты работы:

• разработаны прикладные компьютерные программы для выполнения численных расчётов по определению формы и размеров рабочего пространства, кинематических и динамических характеристик манипулятора при заданных входных параметрах его конструкции;

• создана компьютерная модель манипулятора в среде «MATLAB / Simulink» для экспериментальной проверки его работоспособности и расчётных параметров конструкции;

• предложены рекомендации по проектированию и определению технических характеристик манипулятора.

Результаты диссертационной работы приняты к использованию в системе научно-исследовательских и конструкторских работ Института машиноведения имени А.А. Благонравова Российской академии наук.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и апробированы на следующих научно-технических конференциях:

• Пятая Всероссийская конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Искусственный интеллект: философия, методология, инновации», Москва, МГТУ МИРЭА, 2011;

• Международная научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2011), Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2011;

• ХХШ Международная инновационно - ориентированная конференция молодых ученых и студентов (МИКМУС-2011), Москва, ИМАШ РАН, 2011;

• Международная научно-техническая конференция «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-2012), Иваново, ИГТА, 2012;

• Всероссийская научно-техническая конференция «Современные тенденции развития информационных технологий в текстильной науке и практике», Димитровоград, ДИТИ НИЯУ МИФИ, 2012;

« RoManSy 2012 - 19th CISM-IFToMM Symposium on Robot Design, Dynamics and Control. Paris, France, 2012;

• EUCOMES 2012 - 4th European Conference on Mechánism Science. Santander, Spain, 2012;

® Международная научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2012), Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2012;

• 65-я межвузовская научно-техническая конференция молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ производству, Кострома, КГТУ, 2013;

• Международная научно-техническая конференция «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-2013), Иваново, ИГТА, 2013.

Окончательные результаты работы доложены и обсуждены на заседании кафедры «Прикладная механика» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии».

Публикации. По результатам диссертации опубликована 21 научная работа, в том числе 4 статьи в журналах из списка ВАК, 3 статьи в зарубежных журналах, 2 патента РФ на изобретения и 1 патент РФ на полезную модель.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы и приложений. Объём диссертации составляет 169 страниц машинописного текста, включает 81 рисунок. Список использованной литературы содержит 143 наименования работ отечественных и зарубежных авторов. Приложения представлены на 23 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, поставлена цель исследования и определены задачи, подлежащие решению, отражены научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе рассмотрены вопросы применения робототехники на предприятиях текстильной и легкой промышленности, анализу уже используемого оборудования, возможности применения манипуляторов параллельной структуры, а также задачам и методам их разработки.

Анализ результатов выполненного обзора научно-технической и справочной литературы по теме диссертации показал, что автоматизация и роботизация производств текстильной и легкой промышленности осуществляется в основном с применением манипуляционных механизмов традиционной последовательной структуры. При этом в последние три десятилетия происходит активная разработка и внедрение манипуляционных механизмов параллельной структуры в различных отраслях мировой и отечественной промышленности. Для выполнения большинства транспортных и целого ряда технологических операций с полуфабрикатами и изделиями текстильной и лёгкой промышленности достаточно манипуляторов лишь с тремя поступательными степенями свободы. Параллельные манипуляторы данного класса компактнее, проще по конструкции и дешевле аналогичных механизмов последовательной структуры и механизмов параллельной структуры с большим числом степеней свободы, и поэтому находят всё более широкое использование в различных отраслях промышленности. Значительный вклад в теорию разработки и практику применения данных манипуляторов внесли такие отечественные и зарубежные ученые как Ф.М. Диментберг, А.Ф. Крайнев, В.А. Глазунов, J.-P. Merlet, J. Angeles, С. Gosselin, К. Sugimoto, X. Kong, J.-M. Herve, G. Gogu и др.

Обобщение и анализ результатов выполненного литературного обзора позволили формулировать цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена структурному синтезу и анализу, а также особенностям решения задачи о положениях и моделированию рабочей зоны параллельного манипулятора с тремя степенями свободы, обеспечивающего поступательные движения рабочего органа.

В первом разделе главы проведен структурный синтез и анализ манипулятора параллельной структуры с тремя поступательными степенями свободы на основе известной формулы Малышева

к

W = 6 + - 5ря - 4А, - Ъръ> -2p2i-Ри).

м

В результате была разработана кинематическая схема манипулятора, представленная на рис. 1.

Рис. 1

Симметричность кинематических цепей позволяет добиться симметричности пространства рабочей зоны, а использование вращательных пар - надежности и простоты конструкции манипулятора.

Во втором разделе главы при анализе синтезированной схемы установлены аналитические зависимости (уравнения связи), показывающие зависимость между координатами выходного звена механизма х, у, 2 и углами поворота входных кинематических пар в\, в2,

х + 1,

\2

•сое в,

-им

\2

Х + и

1-

у + 12

V

\1

ил-

у + 12

2- -зт в.

и. 1-

г + /2

~Г

\2

СОЭ 6/, -

У

-и 1

и

•вт! в,— —

- /, = 0,

-/,2 = О,

у \2

-/,2 = О-

В третьем разделе главы на базе полученных уравнений связи решена аналитически обратная задача о положениях (определение в\, в2, дг по заданным х, у, г) и численно решена прямая задача о положениях (определение х, у, г по заданным (9Ь в2, въ) для исследуемого манипулятора. Дана геометрическая интерпретация прямой задачи. Для решения указанных задач написаны специальные программы-функции для МАТЬАВ 7.0. Полученные результаты необходимы для решения последующих задач по исследованию рабочего пространства, кинематических и динамических характеристик механизма, а также является отправной точкой для построения системы автоматического управления приводами манипулятора.

В четвертом разделе главы представлены результаты исследования формы и размера рабочего пространства, полученные с помощью специально написанных компьютерных программ-функций, использующих решения уравнений связи. Визуальное представление полученной рабочей зоны, абсолютные размеры которой зависят только от длины второго промежуточного звена кинематической цепи, дано на рис. 2. На рис. 3 показаны сравнительные размеры рабочей зоны и конструкции манипулятора.

Рис. 2

В третьей главе представлены результаты исследования особых положений и скоростей манипулятора при помощи метода, основанного на свойствах матрицы Якоби (метод Анжелеса-Госслена) и метода, использующего винтовое исчисление, описанных в первом разделе главы.

Во втором разделе главы проведен анализ особых положений с использованием метода Анжелеса-Госслена, который базируется на уравнении, связывающем скорости выходного звена ¥х, Уу, и скорости поворота входных звеньев со ь а>2, Юз

(к) V

•V Гу а>2 = 0

1к)

Рассматривая уравнения связи как неявные функции от абсолютных (х, у, г) и обобщенных (<9Ь в2, в{) координат составлены две матрицы, вырожденность которых указывает на наличие особых положений.

' ЬР^Х,У,г,адрс.у.г.дЛ Г

дх ду дг дв,

дР2(х,у,г,в2) дР2(х,у,г,62) дР2(х,у,г,в2)

У

дх ду дг

дР3(х,у,г,в3) дР3(х,у,г,в,) дР3(х,у,г,63~) дх ду дг

Jв =

дГ2{х,у,г,в2)

дР3(х,у,г,е,) дв,

Вырожденность матрицы Уд (определитель равен нулю) указывает на наличие особого положения 1-го типа (потеря степени свободы выходным зве-

ном), вырожденность матрицы JA - особого положения 2-го типа (неуправляемое движение выходного звена), а вырожденность одновременно обеих матриц говорит об особом положении 3-го типа, сочетающем в себе свойства двух предыдущих.

В результате установлено, что особые положения 1-го и 3-го типа лежат на теоретическом краю рабочей зоны и отсутствуют внутри зоны. Для определения особых положений 2-го типа требуется дополнительный итерационный анализ вырожденности матрицы J

В третьем разделе главы проведен анализ скоростей и особых положений механизма с использованием метода, основанного на винтовом исчислении. Особые положения 1-го типа определяются по потери ранга матрицей кинематических винтов Тч, где i - номер кинематической цепи механизма, a j -

номер вращательной пары в цепи. Для примера, такая матрица (в компонентах) для первой цепи (/=1) имеет вид

'10 0 о о eos a sin а о

'Т„х ТЛу T„z Т°„х Т°„у rV

Tl2x Тпу Taz Т'пх О JV

Тах Тпу TBz Т°пх Т"„у T°„z

Т„х Т„у T„z T°ltx Т°„у T°„z

\Т„х T,sy Tez T°ax T'tiy T°,¡z

0 COS0, sin б, /,. |1

1 0 0 1 0 0

j: +/,

-sine, (/,-/,) -sin0,(j[:+/J+/J)

cosff, (/„-/,)

(х+0 ll г.нГ

V 1 К 4 J | C0SC71 '2 4, I1 f l 4 J

sinft

Особые положения 2-го типа определяются по потери ранга матрицей силовых винтов и взаимных кинематическим винтам пассивных пар каждой кинематической цепи

' IV,х Щу Щг №\х ГГ°,у "

Ко* К У Ш\0х №°10у

Ж2х Щу ТГгг Ж\х 1У\у Ш20х Щ0у 1Г20г РГ°20х Ж°20у Ж°20г 1Г3х Ж3у 1Уъг Ж\х Ж°3у Г°3г Ж30х 1Г30у Г3„г РГ°30х Г°30у Г°302

Компоненты данной матрицы определяются из условий

(т„х ТцУ Т„г Т°пх Т\у Т"„^

Тпх Тпу Tnz Т'ах T°l2y T°l2z

Т„х Т„у Taz Т\,х Т'пу Гаг

Т„х Т1Лу T„z T°ltx T'lty T°,Az

Tax TBy Tl5z Гах T\sy T°lsz)

W\x W\y W°,z W,x W,y W,z

= 0,

T„x Tj3y Tl2:

(W

т°пг'

T°„z KoZ

T°„z IV,0x

К У

)

= 0.

В результате анализа особых положений с помощью метода, основанного на винтовом исчислении, получены такие же результаты, как и для метода Ан-желеса-Госслена.

Задача о скоростях данным методом решается путем использования следующей системы уравнений

Гих-ГГ°,вхчо,=Г1 оХ.К+Ж10уУу+Жю2-К,

Т21у ■ Ж°20у ■ = Ф20х ■ Ух + Ж20у - Уу + Ж20г ■ К, Г31* ■ ■ аз = Щ0х ■ Ух + 1¥30у ■ Уу + ■ К. где Тпх, Т2]у, Г31г — компоненты кинематических винтов входных пар.

В результате решения задачи о скоростях (в частности обратной задачи, подразумевающей нахождение угловых скоростей а>\, а>2, а>3 при заданных скоростях выходного звена Ух, Уу, К.) можно рассчитать требуемые скоростные характеристики приводов.

В четвертом разделе главы проведен итерационный анализ особых положений 2-го типа двумя методами и численное решение задачи о скоростях этими же методами с использованием специально написанных компьютерных программ-функций.

В результате анализа особых положений 2-го типа, точки, соответствующие таким положениям, выявлены (при оптимальной конфигурации промежуточных звеньев) только в непосредственной близости к краю рабочей зоны и отделяют от лишь 0,27% от основного рабочего объема (рис. 4)

Численные результаты решения задачи о скоростях, как и результаты анализа особых положений, выполненные обоими методами дали хорошее совпадение.

В четвертой главе дано описание разработанной динамической модели механизма на базе метода возможных перемещений, описание которого дано в первом разделе главы.

Во втором разделе главы проведен вывод дифференциальных уравнений движения на основе указанного метода при следующих допущениях: все звенья считаются абсолютно жесткими, трение и проскальзывание в шарнирах не учитываются, массы промежуточных звеньев в кинематических цепях располагаются согласно следующей схеме (рис. 5).

Рис. 5

Динамическая модель механизма, учитывающая моменты в приводах, действие сил тяжести и сил инерции, а также моментов, создаваемыми этими силами, описана системой трех уравнений в матричном виде

J

К м2 м%

т2 + 4тА

'в,-* ( М1"™" 1УХ ртяж

8у-У + 3 Ртяж + М2Г = 0

м1""т ^ гтяж

Здесь 3 — матрица Якоби, описывающая переход от абсолютных координат к обобщенным; М\, М2, Мъ - моменты в приводах; тг, т3, т4, т5 - массы второго, третьего, четвертого промежуточных звенев и масса выходного звена, соответственно; gx, gy, - проекции вектора ускорения свободного падения на координатные оси; х, у, г - компоненты ускорения выходного звена; , М^.'™, МЪр°""ж - моменты, создаваемые силой тяжести относительно осей вращения входных пар; М%е"", М1^"", - моменты, создаваемые силами инерции относительно тех же осей.

В третьем разделе главы дается численный пример решения обратной задачи динамики на основе полученной динамической модели, а также численный пример решения обратной задачи об ускорениях, которые показывают численные значения вращающих моментов на валах приводов механизма при том или ином заданном законе движения выходного звена.

Пятая глава посвящена экспериментальным исследованиям механизма и разработке рекомендаций по основным этапам его проектирования.

В первом разделе главы дано описание виртуального эксперимента в компьютерной среде МАТЬАВ/ЗшиПпк, проведенного с целью проверки адекватности разработанных математических моделей и достоверности полученных теоретическим путем параметров рабочего пространства, а также кинематических и динамических характеристик манипулятора.

Для проведения виртуального эксперимента твердотельная модель исследуемого манипулятора была разработана в компьютерной среде ЗоПсПУогкз и импортирована в среду 81тиНпк (рис. 6).

Рис. 6

Полученные в ходе виртуального эксперимента кинематические характеристики механизма (координаты точек траектории, скорости и ускорения выходного звена) совпали с результатами теоретических исследований. Максимальное расхождение во всех случаях не превышало 10"6 %, что соответствует точности использованных численных методов. Таким образом, подтверждена адекватность разработанных математических моделей кинематики.

При анализе динамики механизма максимальное расхождение между теоретически определенными моментами в приводах (пунктирная линия на рис. 7) и этими же моментами, измеренными в процессе виртуального эксперимента (сплошная линия на рис. 7), составило 4,51% при отсутствии нагрузки на выходное звено и 0,95% при увеличении массы выходного звена на 10 кг, что эквивалентно эксперименту с перемещением груза той же массы. Собственная масса подвижных элементов твердотельной модели в процессе эксперимента составляла 3,013 кг. Наличие указанных погрешностей объясняется принятыми допущениями при расположении масс звеньев.

Рис. 7

Во втором разделе главы рассматриваются результаты экспериментальной проверки работоспособности манипулятора на основе специально изготовленной физической демонстрационной модели (рис. 8).

j мента подтверждена работоспособность исследуемой кинематической / ЩН/^^^^тг^й схемы и компоновки манипулятора,

подтверждены полученные ранее тео-f ЩиШМ ретические выводы о размере рабочей

«ШИМИЯИИ зоны и наличии особых положений 1% ., i го и 3-го типа только на краю рабочего

I ' пространства и недостижимость осо-

Р бых положений 2-го типа ввиду кон-

Л - установлено, что исследуемая модель

;: обладает грузоподъемностью не менее

Рис. 8 частей 0,4 кг.

В третьем разделе главы представлены разработанные рекомендации по основным этапам проектирования манипулятора.

Приложения содержат тексты компьютерных программ, реализующих разработанные математические модели, а также справку о внедрении результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлено, что одним из перспективных путей повышения надежности и эффективности робототехнических систем предприятий текстильной и легкой промышленности является использование в их составе манипуляторов параллельной структуры.

2. Выявлено, что для выполнения большинства транспортных и целого ряда технологических операций с полуфабрикатами и изделиями текстильной и лёгкой промышленности достаточно манипуляторов с тремя степенями свободы.

3. Предложена и проанализирована новая структурная (кинематическая) схема пространственного манипулятора параллельной структуры с тремя поступательными степенями свободы.

4. Разработаны математическая модель и реализующая ее компьютерная программа для определения формы и размеров рабочего пространства манипулятора.

5. Результаты численных расчетов позволили установить, что размеры рабочего пространства зависят только от длины второго промежуточного звена каждой кинематической цепи механизма.

6. Созданы математическая модель и реализующая ее компьютерная программа расчета кинематических характеристик и определения особых положений манипулятора в границах его рабочего пространства, необходимых при планировании технологических операций и выборе двигателей.

7. Анализ результатов аналитического исследования и численных расчётов показал:

• особые (сингулярные) положения 1-го типа, в которых механизм теряет одну или несколько степеней свободы, возможны только на краю рабочей зоны механизма независимо от конфигурации его промежуточных звеньев;

• возможное расположение внутри рабочего пространства особых положений 2-го типа, в которых происходит потеря управления манипулятором, зависит от конфигурации промежуточных его звеньев, и может быть определено с помощью численного итерационного анализа;

• при оптимальной конфигурации промежуточных звеньев манипулятора лишь порядка 0,27% рабочего объема отделено поверхностью особых положений 2-го типа от остального рабочего пространства, при этом окрестности зон указанных особых положений с большой вероятностью окажутся за пределами рабочей зоны реального механизма из-за конструктивных ограничений.

8. Разработаны математическая модель динамики манипулятора и реализующая ее компьютерная программа, учитывающие влияние сил тяжести и инерции всех звеньев механизма, для определения требуемых характеристик приводов механизма при известных нагрузках и заданных условиях эксплуатации.

9. С целью проверки математических моделей для расчета кинематики и динамики механизма проведен виртуальный эксперимент на основе твердотельной модели манипулятора в компьютерной среде MATLAB/Simulink, результаты которого подтверждают их адекватность и достаточно высокую точность.

10. Выполнены натурные испытания физической модели манипулятора, результаты которых в целом подтверждают работоспособность разработанной конструкции.

11.На базе результатов выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по основным этапам проектирования манипулятора.

12.Полученные в работе математические модели, алгоритмы и компьютерные программы приняты к использованию в системе научно-исследовательских работ ФГБУН ИМАШ РАН, г. Москва.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

В рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Хейло C.B. Определение рабочей зоны манипуляторов параллельной структуры / C.B. Хейло, П.А. Ларюшкин // Справочник. Инженерный журнал с приложением, №2. 2013.-е. 27-31.

2. Ларюшкин П.А. Решение задачи о положениях параллельного манипулятора с тремя степенями свободы / П.А. Ларюшкин, В.А. Глазунов. C.B. Хейло // Справочник. Инженерный журнал с приложением, №2. 2012. - с. 16-20.

3. Ларюшкин П.А. Рабочая зона манипулятора параллельной структуры с тремя степенями свободы / П.А. Ларюшкин, С.В, Палочкин // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности, №3. 2012. -с. 92-96.

4. Глазунов В.А. Манипулятор параллельной структуры с четырьмя степенями свободы / В.А. Глазунов, C.B. Хейло, М.А. Ширинкин, П.А, Ларюшкин, A.B. Ковальчук // Вестник нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, Часть 2, №4. 2011. - с. 92-94.

В других изданиях

5. Glazunov V. 3-DOF Translational and Rotational Parallel Manipulators / V. Gla-zunov, P. Laryushkin, S. Kheylo // New Trends in Mechanism and Machine Science: Theory and Applications in Engineering. 2013. - p. 199-207.

6. Nguyen Minh Thanh. On Translational and Spherical Parallel Manipulators with Three Degrees of Freedom / Nguyen Minh Thanh, V. Glazunov, P. Laryushkin, S. Kheylo // Problems of Mechanics, №1. 2013 -p. 50-54.

7. Ларюшкин П.А. К решению задач об ускорениях манипуляторов параллельной структуры / П.А. Ларюшкин, C.B. Палочкин // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс - 2013): сборник материалов международной научно-технической конференции. Часть 2. Иваново: ИГТА, 2013. - с. 169-170.

8. Ларюшкин П.А. Манипулятор параллельной структуры с тремя поступательными степенями свободы // Студенты и молодые ученые КГТУ - производству: материалы 65-й юбилейной межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов. В 2 т. Т. 2. Кострома: Изд-во КГТУ, 2013.-с. 89-90.

9. Laryushkin P. A New 3-DOF Translational Parallel Manipulator: Kinematics, Dynamics and Workspace Analysis / P. Laryushkin, V. Glazunov // Romansy 19 -Robot Design, Dynamics and Control. Proceedings of the 19th CISM-IFToMM Symposium. Paris,France. June, 12-15, 2012.-p. 11-18.

10.Ларюшкин П.А. Компьютерное моделирование манипулятора параллельной структуры / П.А. Ларюшкин, C.B. Палочкин // Современные тенденции развития информационных технологий в текстильной науке и практике: сборник материалов докладов всероссийской научно-технической конференции. Димитровоград: ДИТИ НИЯУ МИФИ, 2012. - с. 50-54.

11.Ларюшкин П.А. Кинематика манипулятора параллельной структуры с тремя степенями свободы / П.А. Ларюшкин, C.B. Палочкин // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс - 2012): сборник материалов международной научно-технической конференции. Часть 2. Иваново: ИГТА, 2012. - с. 29-30.

12.Ларюшкин П.А. Решение задачи о скоростях параллельного манипулятора с тремя степенями свободы / П.А. Ларюшкин, C.B. Палочкин // Международная научно-техническая конференция "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" (ТЕКСТИЛЬ-2012): тезисы докладов. Часть 2. М.: ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2012. - с. 9

13.Глазунов В.А. Бифуркация манипулятора параллельной структуры / В.А. Глазунов, C.B. Хейло, П.А. Ларюшкин // Россия: тенденции и перспективы развития. Ежегодник. Часть 1, №6. 2011. - с. 674-678.

14.Глазунов В.А. Применение манипуляторов параллельной структуры в измерительном оборудовании для объектов наноиндустрии / В.А. Глазунов, C.B. Хейло, П.А. Ларюшкин // Тезисы докладов И-й научно-практической конференции и каталог выставки "Нанотехнологии в текстильной и легкой промышленности". М.: ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2011. - с. 25-26.

15.Ларюшкин П.А. Об особенностях прямой задачи о положениях параллельного манипулятора с тремя степенями свободы / П.А. Ларюшкин, В.А. Глазунов, Чан Куанг Ньят // Искусственный интеллект: философия, методология, инновации. Материалы Пятой Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. М.: «Радио и связь», 2011. - с. 165-167.

16.Хейло C.B. Моделирование оптимальной траектории рабочего органа манипулятора / C.B. Хейло, П.А. Ларюшкин, О.В. Клочкова // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" (ТЕКСТИЛЬ-2011). М.: ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2011. - с. 213.

17.Хейло C.B. Определение рабочего пространства манипуляторов / C.B. Хейло, П.А. Ларюшкин // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" (ТЕКСТИЛЬ-2011). М.: ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2011.-с. 193-194.

18.Ларюшкин П.А. Геометрическая интерпретация прямой задачи о положениях параллельного манипулятора с тремя степенями свободы / П.А. Ларюшкин, C.B. Хейло, Чан Куанг Ньят, В.А. Глазунов // XXIII Международная инновационно-ориентированная конференция молодых ученых и студентов (МИКМУС - 2011): материалы конференции. М.: Изд-во ИМАШ РАН, 2011. -с. 114-115.

19.Патент РФ на изобретение № 2466013 / В.А. Глазунов, C.B. Палочкин, C.B. Хейло, П.А. Ларюшкин. Пространственный механизм с тремя поступательными степенями свободы. № 2011120038/02, 19.05.2011.-2 с.

20.Патент РФ на изобретение № 2466014 / В.А. Глазунов, C.B. Палочкин, C.B. Хейло, П.А. Ларюшкин, М.А. Ширинкин, Ю.Н. Артеменко, Ю.Т. Каганов. Пространственный механизм с пятью степенями свободы. № 2011120039/02, 19.05.2011.-2 с.

21.Патент РФ на полезную модель № 113193 / В.А. Глазунов, C.B. Палочкин, C.B. Хейло, П.А. Ларюшкин, М.А. Ширинкин, Ю.Н. Артеменко, Ю.Т. Каганов. Пространственный механизм с шестью степенями свободы. № 2011120036/02, 19.05.2011.-2 с.

Ларюшкин Павел Андреевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО МАНИПУЛЯТОРА ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ С ТРЕМЯ ПОСТУПАТЕЛЬНЫМИ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ ДЛЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРЕДПРИЯТИЙ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЁГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 18.10.13 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л.1,0 Заказ № 146-Т Тираж 80

Редакционно-издательский отдел МГУДТ 115093, Москва, ул. Садовническая, 33, стр.1

Отпечатано в РЙО МГУДТ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИИ»

^ 1 л / е / л £

и'*¿и I ¿□«шиз

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО МАНИПУЛЯТОРА ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ С ТРЕМЯ ПОСТУПАТЕЛЬНЫМИ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ ДЛЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРЕДПРИЯТИЙ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЁГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (лёгкая промышленность)

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

На

Ларюшкин Павел Андреевич

Научный руководитель доктор технических наук профессор Палочкин С.В.

Москва-2013

ъ

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................ 5

Глава 1

РОБОТОТЕХНИКА В СОВРЕМЕННОЙ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЁГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ....................................... 10

1.1. Промышленные роботы и манипуляторы в системах автоматизации на предприятиях текстильной и лёгкой промышленности.............................................................. 10

1.2. Манипуляционные механизмы параллельной структуры и перспективы их внедрения в текстильной и лёгкой промышленности.............................................................. 19

1.3. Основные задачи и методы разработки и исследования манипуляторов параллельной структуры.................................. 32

Выводы по главе.................................................................... 34

Глава 2

СИНТЕЗ И АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ, РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ О ПОЛОЖЕНИЯХ И МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ НОВОГО ПРОСТРАНСТВЕННОГО МАНИПУЛЯТОРА ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ С ТРЕМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ.................................................................................................. 36

2.1. Структурный синтез и анализ механизма манипулятора............. 36

2.2. Определение зависимостей (уравнений связи) между абсолютными и обобщенными координатами......................... 39

2.3. Решение задачи о положениях............................................ 43

2.4. Исследование и моделирование рабочей зоны

и конфигурации звеньев манипулятора................................... 54

Выводы по главе.................................................................... 63

Глава 3

ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТЕЙ И ОСОБЫХ

ПОЛОЖЕНИЙ МЕХАНИЗМА.............................................. 65

3.1. Методы определения скоростей и исследования особых положений параллельных манипуляторов............................... 65

3.2. Решение задачи о скоростях и исследование особых положений методом дифференцирования

уравнений связи с применением матрицы Якоби........................ 68

3.3. Решение задачи о скоростях и исследование

особых положений с применением винтового исчисления.......... 75

3.4. Численные примеры решения задачи о скоростях

и итерационное исследование особых положений..................... 82

Выводы по главе.................................................................... 90

Глава 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ МЕХАНИЗМА....................... 92

4.1. Задачи и методы исследования динамики

параллельных механизмов................................................... 92

4.2. Вывод уравнений динамики манипулятора с тремя поступательными степенями свободы................................... 93

4.3. Численные примеры решения обратной задачи об ускорениях и обратной задачи динамики

механизма с тремя степенями свободы..................................107

Выводы по главе....................................................................109

Глава 5

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МАНИПУЛЯТОРА И

РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ОСНОВНЫМ

ЭТАПАМ ЕГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ......................................110

5.1. Компьютерное моделирование работы манипулятора в системе MATLAB/Simulink и результаты

виртуальных экспериментов................................................ 110

5.2. Проверка работоспособности физической модели манипулятора................................................................... 121

5.3. Рекомендации по основным этапам проектирования манипулятора........................................................................ 125

Выводы по главе....................................................................126

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ................................ 128

ЛИТЕРАТУРА..................................................................... 131

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................... 147

ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы исследования

Разработка и внедрение новых автоматизированных робототехнических

' систем для выполнения различных технологических и транспортных опера-

ций является важнейшим направлением модернизации предприятий текстильной, лёгкой и других отраслей промышленности с целью повышения их производительности и конкурентоспособности.

Начиная с конца восьмидесятых годов прошлого века, активное развитие получил особый класс промышленных роботов на базе манипуляционных механизмов (манипуляторов) параллельной структуры. Об этом свидетельствует активный интерес научного сообщества, выражающийся в большом количестве публикуемых научных работ и докладов на профильных международных и всероссийских научно-технических конференциях по данной тематике. В настоящее время данный класс механизмов уже широко применя-' • ' » ется на практике в различных робототехнических системах станкостроитель- -ной, авиационной, медицинской и ряда других отраслей отечественной промышленности.

Манипуляционные механизмы параллельной структуры имеют меньшую по сравнению с манипуляторами традиционной последовательной структуры рабочую зону, однако обладают при этом такими важными преимуществами как более высокая скорость и точность манипулирования, большая грузоподъемность относительно массы собственной металлоконструкции, имеющей, как правило, повышенную жесткость и малую инерцию.

Однако на сегодняшний день на предприятиях текстильной и лёгкой промышленности весьма перспективные манипуляторы параллельной структуры практически не используются. Для их разработки и внедрения требуется учет множества факторов, начиная с возможностей самих механизмов и заканчивая спецификой технологических процессов.

Поэтому тема диссертационной работы, направленной на разработку и исследование нового пространственного манипулятора параллельной струк-

туры для использования на предприятиях текстильной и лёгкой промышленности, является актуальной с точки зрения научной и практической значимости поставленной проблемы.

Цель работы

Разработка конструкции и исследование основных характеристик нового пространственного манипулятора параллельной структуры с тремя поступательными степенями свободы для робототехнических систем предприятий текстильной и лёгкой промышленности.

Задачи, решаемые в работе

1. Анализ опубликованных результатов исследований в области разработки манипуляторов параллельной структуры с различным числом степеней свободы и применения робототехники на предприятиях текстильной и лёгкой промышленности.

2. Структурный синтез и анализ новой конструкции пространственного ма-

) I 1

нипулятора параллельной структуры с тремя поступательными степенями свободы.

3. Разработка математических моделей:

• для решения задачи о положениях и определения параметров рабочего пространства манипулятора;

• для решения задачи о скоростях и определения особых положений манипулятора в границах его рабочего пространства;

• для решения задачи об ускорениях и исследования динамики манипулятора.

4. Создание прикладных компьютерных программ, реализующих разработанные математические модели, и выполнение с их помощью численных расчётов по определению параметров рабочей зоны манипулятора, кинематических и динамических характеристик его конструкции.

5. Проверка адекватности созданных математических моделей манипулятора с помощью виртуального эксперимента в компьютерной среде «МАТЬАВ / 8шшНпк».

6. Экспериментальная проверка работоспособности манипулятора на физической модели механизма.

7. Разработка рекомендаций по проектированию и определению технических характеристик манипулятора.

Методы исследований

При проведении теоретических исследований использованы методы теоретической механики, теории механизмов машин и роботов, теории винтов, аналитической геометрии, дифференциального и матричного исчисления, вычислительной математики и компьютерного моделирования.

Экспериментальное исследование выполнено в компьютерной среде «МАТЬАВ / 81тиНпк» с использованием встроенных численных методов анализа и средств визуализации.

Научная новизна

Научная новизна заключается в том, что разработан новый манипуляци-онный механизм параллельной структуры с тремя поступательными степенями свободы, проанализированы его основные свойства и определены основные технические характеристики.

В ходе выполнения диссертационной работы впервые получены и выносятся на защиту следующие результаты:

• синтезирована новая структурная схема манипулятора параллельной структуры с тремя поступательными степенями свободы;

• разработана математическая модель для решения задачи о положениях и определения параметров рабочего пространства нового манипулятора;

• построена математическая модель для решения задачи о скоростях и определения особых положений нового манипулятора в границах его рабочего пространства;

• создана математическая модель для решения задачи об ускорениях и исследования динамики нового манипулятора.

Практическая значимость и реализация результатов работы Практическую значимость имеют следующие результаты работы:

• разработаны прикладные компьютерные программы для выполнения численных расчётов по определению формы и размеров рабочего пространства, кинематических и динамических характеристик манипулятора при заданных входных параметрах его конструкции;

• создана компьютерная модель манипулятора в среде «MATLAB / Simulink» для экспериментальной проверки его работоспособности и расчётных параметров конструкции;

• предложены рекомендации по проектированию и определению технических характеристик манипулятора.

Результаты диссертационной работы приняты к использованию в систе-

I

ме научно-исследовательских и конструкторских работ Института машиноведения имени A.A. Благонравова Российской Академии наук.

Апробация работы

Основные результаты работы доложены и апробированы на следующих научно-технических конференциях:

• Вторая научно-практическая конференция "Нанотехнологии в текстильной и легкой промышленности", Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2011;

• Пятая Всероссийская конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Искусственный интеллект: философия, методология, инновации», Москва, МГТУ МИРЭА, 2011;

• Международная научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2011), Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2011;

• XXIII Международная инновационно - ориентированная конференция молодых ученых и студентов (МИКМУС-2011), Москва, ИМАШ РАН, 2011;

• Международная научно-техническая конференция «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-2012), Иваново, ИГТА, 2012;

• Всероссийская научно-техническая конференция «Современные тенденции развития информационных технологий в текстильной науке и практике», Димитровоград, ДИТИ НИЯУ МИФИ, 2012;

• RoManSy 2012 - 19th CISM-IFToMM Symposium on Robot Design, Dynamics and Control. París, France, 2012;

• EUCOMES 2012 - 4th European Conference on Mechanism Science. Santander, Spain, 2012;

• Международная научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2012), Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2012;

• 65-я межвузовская научно-техническая конференция молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ производству, Кострома, КГТУ, 2013;

• Международная научно-техническая конференция «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-2013), Иваново, ИГТА, 2013.

Окончательные результаты работы доложены и обсуждены на заседании кафедры «Прикладная механика» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии».

Публикации

По результатам диссертации опубликована 21 научная работа, в том числе 4 статьи в журналах из списка ВАК, 3 статьи в зарубежных изданиях, 2 патента РФ на изобретения и 1 патент РФ на полезную модель.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы и приложений.

ГЛАВА 1

РОБОТОТЕХНИКА В СОВРЕМЕННОЙ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

л I

В данной главе рассматриваются вопросы применения робототехники на предприятиях текстильной и легкой промышленности, анализируется уже используемое оборудование, возможности применения манипуляторов параллельной структуры, а также задачи и методы их разработки.

1.1. Промышленные роботы и манипуляторы в системах автоматизации на предприятиях текстильной и легкой промышленности

В текстильной и легкой промышленности на различных технологических процессах и операциях применяются разнообразные средства автоматизации, в том числе и робототехнические комплексы.

11'П > - , ■1 1 — т

* ' Так, например, для раскроя материала на производстве применяются

специальные раскройные машины, оборудованные пластинчатыми, ленточными или дисковыми ножами. При этом машины с ленточными ножами (ЗЛ-ШВ-1, РЛ-2, РЛ-ЗА, РЛ-6) чаще всего выполняют как стационарные агрегаты, а машины с пластинчатыми (ЭЗМ-2, ЭЗМ-З, С8-529, С8-530) и дисковыми ножами (ЭЗДМ-1, ЭЗДМ-2, ЭЗДМ-З, ОМ-3) - как подвижные [1]. На рис. 1.1 представлены машины с пластинчатыми ножами, а на рис 1.2 - с дисковыми. Такие машины чаще всего управляются вручную, но при этом могут быть установлены в качестве рабочего органа манипулятора.

Помимо механического, существует также и лучевой способ раскроя текстильного материала. Здесь используется лазерный пучок мощностью до 800 Вт. Данный метод может применяться как для раскроя ткани (хлопок, лен, шерсть, шелк) так и для резки кожи и кожзаменителей, применяемых при изготовлении изделий легкой промышленности. Устройство для реализации данного способа раскроя (ЛУРМ-1600) представлено на рис 1.3.

Рис. 1.1. Раскройные машины с пластинчатым ножом

1 ]>

1О0М

V ♦

Рис. 1.2. Раскройные машины с дисковым ножом

ЧТГТ^-

Рис. 1.3. Устройство для раскроя материала лучевым способом

Устройство для раскроя материала лучевым способом состоит из горизонтальных направляющих 1, стола 2, оптического резака 3 и направляющих резака 5. При этом направляющие стола и резака перпендикулярны. Таким образом, раскрой материала 4 осуществляется путем взаимного перемещения стола с материалом и оптического резака [1].

Раскройные машины любого типа могут применяться в составе автоматизированных комплексов для раскроя материала с автоматическим формированием рулонов [2]. Пример такого комплекса представлен на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Автоматизированный раскройный комплекс

Как видно, средства автоматизации, близкие по структуре к манипуляторам, с успехом используются на раскройных операциях в текстильной промышленности. Однако наиболее широкое применение манипуляционные и подобные им механизмы находят на разнообразных подъемно-транспортных операциях.

Так, для съема и перемещения паковок на прядильных машинах используется робот-манипулятор ЭМУ-Э1 [3]. Данный манипулятор (рис. 1.5) имеет шесть степеней свободы, а его грузоподъемность составляет 3,5 кг.

Рис. 1.5. Манипулятор для съема паковок на прядильных машинах

Другим примером промышленного робота, используемого для автоматизации подъемно-транспортных операций, может служить автоматический манипулятор МУП-2 [3]. Данный робот (рис. 1.6) обладает четырьмя степенями свободы и погрешностью позиционирования порядка 1 мм. Грузоподъемность робота составляет 30 кг при собственной массе манипулятора 75 кг (без учета массы системы управления).

Рис. 1.6. Робот МУП-2

В специализированном робототехническом комплексе для упаковки наработанных текстильных бобин [3], представленном на рис. 1.7, данный робот 4 применяется для перемещения и манипуляций с продукцией, уложенной в ящики.

Рис. 1.7. Робототехнический комплекс для упаковки наработанных бобин

Кроме него в состав комплекса входят: автоматическая тележка 1 для доставки наработанных бобин из производственного цеха в цех упаковки; манипулятор 2 для съема бобин с тележки и укладки в поддон тары; два подъемных робота 3,3' для подачи на поворотный стол 6, поддонов и крышек тары; конвейеры 5, 5'; пульты управления комплексом 7, 8, 8'.

Помимо описанных роботов на различных подъемно-транспортных операциях также применяются манипуляционные механизмы, управляемые вручную оператором [4...7]. Пример такого механизма, закрепленного на подвесе и используемого для манипуляций с тяжеловесными рулонами, представлен на рис. 1.8. Манипулятор аналогичного назначения, предназначенный для работы в складских помещениях и установленный на подвижной колесной платформе, показан на рис. 1.9.

Рис. 1.8. Подвесной манипулятор, управляемый оператором вручную

Рис. 1.9. Манипулятор на колесной платформе, управляемый оператором вручную

Необходимо отметить, что большинство робототех�