Методы разработки, моделирования и управления штукатурным роботом

• Автор: Цветкова, Ольга Леонидовна
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 168 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Анализ технологических особенностей и средств автоматизации штукатурных операций. Постановка задач исследований
1.1. 'Анализ технологических особенностей выполнения штукатурных работ
1.2. Анализ средств автоматизации и роботизации штукатурных работ
1.2.1. Оборудование для автоматизированного выполнения штукатурных работ
1.2.2. Роботы для выполнения штукатурных работ
1.3. Задачи роботизации штукатурных работ. Требования к штукатурному роботу
1.4. Анализ методов управления роботами с силовым воздействием
1.5. Постановка задач исследований
1.6. Выводы по главе
2. Разработка структурной схемы и построение математических моделей штукатурного робота
2.1. Разработка структурных схем штукатурного робота и их сравнительный анализ
2.2. Метод параметрического синтеза манипуляционной системы штукатурного робота
2.3. Структурная организация рабочего инструмента штукатурного робота и его математическая модель
2.4. Математические модели штукатурного робота
2.4.1. Кинематическая модель штукатурного робота
2.4.2. Динамическая модель штукатурного робота
2.5. Выводы по главе
3. Разработка методов и алгоритмов управления штукатурным
роботом
3.1. Геометрический метод построения траекторий движения штукатурного робота
3.2. Метод планирования движений рабочего инструмента, обеспечивающий обход запретных зон
3.3. Алгоритм управления скоростью движения при нанесении раствора с учетом неровностей поверхности
3.4. Метод структурно-параметрической коррекции усилий нажатия рабочего инструмента на поверхность
3.5. Структурно-параметрический синтез законов управления приводами робота
3.6. Структура системы управления штукатурного робота
3.7. Выводы по главе
4. Техническая и программная реализация штукатурного комплекса. Экспериментальные исследования
4.1. Предложения по технической реализации комплекса
4.2. Прикладной программный пакет для моделирования движений штукатурного робота и процессов оштукатуривания поверхностей
4.3. Экспериментальные исследования и результаты моделирования
4.4. Выводы по главе 4 Выводы по работе Список литературы Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Штукатурные работы отличаются сложной технологией и использованием в большом объеме ручных методов работы. Несмотря на развитие средств механизации, объем-ручных операций на штукатурных работах остается значительным и достигает в отдельных случаях 60%. В настоящее время созданы установки для приема; приготовления, транспортировки и

перекачки растворов, установки для нанесения штукатурных растворов на по-верхность, а также штукатурно-затирочный инструмент. Это позволило получить значительный экономический эффект и снизить трудоемкость работ. Однако операции нанесения грунта, накрывки и затирки требуют обязательно участия человека. Кроме того, выполнение штукатурных работ связано с повышенной влажностью, распылением раствора, вибрацией, что делает этот вид работ вредным для здоровья и мало привлекательным. В связи с этим во многих странах проводятся работы по механизации и автоматизации штукатурных операций, связанных с подготовкой растворов, нанесением штукатурных растворов на поверхность, их разравниванием и затиркой. Устранить ручной труд, значительно повысить производительность и улучшить качество штукатурных работ возможно на основе комплексной механизации и автоматизации операций. Одним из направлений решения этой задачи является использование манипуляционных роботов и построение на их основе автоматизированных штукатурных комплексов. Решение проблемы роботизации штукатурных работ делают тему диссертационной работы актуальной как в научном, так и в техническом плане.
С середины 80-х годов ХХ-го столетия задачи роботизации и автоматизации строительных работ становятся в центре внимания ученых и специалистов научно-исследовательских и строительных организаций; Среди них ведущую роль занимают ВНИИстройдормаш, МГСУ, ЮРГТУ (НПИ), РГСУ и др. Решение проблемы автоматизации и роботизации строительных операций, в частности штукатурных, базируются на трудах ученых Макарова И.М., Фролова К.В;,, Попова Е.П., Юревича Е.И., Кулешова А.И., Ющенко A.C., Тимофеева A.B., Подураева Ю.В., Бурдакова С.Ф., Каляева И.А. и др., внесших значительный

нейное управление, которое скомпенсирует инерционные составляющие в этом уравнении, то есть должен быть выбран разделяющий компенсатор в виде:
M = D(â)'Ddiag-q)-Û, (1.1)
где М — вектор управляющих моментов в разделенной модели робота; Dd,ag(q) = diaë[DY °22 - Ат]; А, — диагональные элементы матрицы
D(q).
При'реализации управления (1.1) модель разделяется на ряд подсистем: А, 4i - М,, каждая из которых соответствует одной степени подвижности робота. Используя уравнения приводов системы можно записать управляющий сигнал в виде: JTEi(p)-gi =[WEi(p) + Wgi(p))-qi +WMi(p)-Du p2qi, где
WEi(p), Wqi(p), WMi(p) — передаточные функции исполнительной.системы.
Разделенная модель является разомкнутой и очень простой, однако она имеет ряд недостатков. Самый существенный" недостаток заключается в том, что поскольку используемая модель очень приближенная, такое управление не может компенсировать многие динамические эффекты. Если бы за основу была принята полная, нелинейная модель робота, независимое управление было бы существенно сложнее.
Авторами [12, 92, 84] была развита концепция декомпозиции системы управления манипулятором, при которой по отдельности формируются сигналы, локального управления подсистемами и сигналы динамической коррекции. При этом сигнал локального управления каждой подсистемой предлагается формировать в виде:
К(р) ёюс = (К(р) + Wq(p) q + WM{p) Ddiag{q) p2q, (1.2). a сигнал динамической коррекции с учетом динамики исполнительной'системы: WK{р) gdm = WM (p) ip(q) - Ddiag(q))- p2q , или
К (P) San = WM (P) (D(ÏÏ) Ddiag~l (iq)-E) Ddiag (q) p2q, (1.3) где (üÇq) Ddiag~](q)-E) — матрица, характеризующая перекрестные связи,