Обоснование структуры и кинематических параметров параллельно-последовательного манипулятора с гибкими звеньями

• Автор: Толстунов, Олег Глебович
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Шахты
• Количество страниц: 169 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ОБЗОР И АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ, МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРАМИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ
1.1 Обзор и анализ конструкций подъемно-транспортного оборудования, традиционно применяемого для перемещения грузов
1.2 Обзор и анализ манипуляторов с параллельной кинематической структуры с гибкими звеньями

1.3 Критический анализ современного оборудования применяемого для

перемещения грузов различного назначения в пространстве рабочей зоны

1.4 Выводы
2 КИНЕТОСТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МАНИПУЛЯТОРА ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ С ГИБКИМИ ЗВЕНЬЯМИ
2.1 Основные кинетостатические особенности параллельнопоследовательного манипулятора с гибкими звеньями
2.2 Исследование рабочей зоны параллельно-последовательного манипулятора с гибкими звеньями
2.3 Решение задачи планирования траектории перемещения схвата манипулятора параллельно-последовательной структуры с гибкими звеньями
2.4 Выводы
3 МЕТОДЫ ПЛАНИРОВАНИЯ ТРАЕКТОРИИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ СХВАТА И ОЦЕНКА ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО МАНИПУЛЯТОРА
3.1 Исследование эффективности методов планирования траектории схвата манипулятора параллельно-последовательной кинематической структуры
3.2 Оценка динамических параметров манипулятора параллельнопоследовательной структуры с гибкими звеньями
3.3 Выводы
4 РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЫТНОГО МАКЕТА ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО МАНИПУЛЯТОРА С ГИБКИМИ ЗВЕНЬЯМИ
4Л Конструкция опытного макета параллельно-последовательного манипулятора
4.2 Синтез системы управления параллельно-последовательного манипулятора с гибкими звеньями
4.3 Разработка программно-аппаратного комплекса подсистемы планирования траектории
4.4 Разработка САР положения звена манипулятора
4.5 Экспериментальное исследование статических нагрузок в звеньях опытного макета параллельно-последовательного манипулятора.
4.6 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Традиционно, задачи перемещения объектов различного назначения в пространстве рабочей зоны решаются с применением манипуляционных роботов имеющих последовательную кинематическую структуру, однако повышение требований к механической жесткости, грузоподъемности, массогабаритным и скоростным показателям привело к появлению новых классов роботов-манипуляторов, использующих параллельную схему соединения звеньев. Замкнутая кинематическая цепь таких манипуляторов обеспечивает более высокую жесткость всей конструкции, а сокращение массы подвижных частей уменьшает нагрузки на приводы, что приводит к повышению динамики и точности позиционирования схвата, а также повышает энергоэффективность процесса перемещения грузов.
Диссертация основывается на результатах исследований в области робототехники и мехатроники, отраженных в трудах Ю.В. Подураева, И.А. Каляева, С.А. Кузнецова, A.B. Башарина, В,И. Полищука, B.C. Кулешова, Е.П. Попова, В.А. Глазунова, В.Х. Пшехопова, Г.Я. Пятибратова, Е.Д. Теряева, Д.А. Поспелова, C.JI. Зенкевича, A.B. Лопоты, В.М. Лохина, И.М. Макарова, А.Ю. Чистякова, A.C. Ющенко и других российских ученых.
Среди зарубежных ученых следует отметить научные исследования Дж. Альбуса, М. Вукобратовича, Р. Вильямса, Р. Люмиа, В. Гауфа, К. Ханта и других ученых.
Для существенного расширения зоны обслуживания параллельных роботов-манипуляторов их жесткие звенья заменяют гибкими, что приводит к ещё большему повышению их технико-эксплуатационных показателей. Однако применение таких манипуляторов в действующих производственных цехах и закрытых складских помещениях весьма ограничено, что обусловлено стремительным ростом сил натяжения звеньев с увеличением высоты подъема груза, а также их недостаточной манипуляционной способностью.

законом изменения близким к гиперболическому. Зависимость усилия в опорном звене от габаритов полной зоны обслуживания можно определить из соотношения, полученного автором работы [9]:
где Тое - модуль силы натяжения опорного звена в точке экстремума, ре -зенитный угол опорного звена в точке экстремума.
Определив значения через геометрические параметры зоны обслуживания и координаты положения груза в точке экстремума уравнение
(1.15) можно представить в виде, представленном в работе [9]:
где XgYg - размеры зоны обслуживания по координатам X, Y соответственно, Zе - расстояние от точки подвеса груза до плоскости крепления шкивов.
В работе [9], автором определена потребная установленная мощность электропривода одного звена по методике расчета мощности электродвигателя подъемного мостового крана. Зона обслуживания 70 х 15 х бм, Ze = 12м (соответственно в условных единицах 700 х 150 х 60, Ze = 120). Вес груза Р = тд = 1т, скорость перемещения V = 1м/с, общий КПД электромеханической системы равен 0,85. Усилие в опорном звене, соответствующее номинальному весу груза, принимается исходя из графика распределения усилий для этого случая, представленного на рисунке 1.18 в точке экстремума на уровне FT = 1600кг.
Как утверждает автор работы [9], режим холостого хода каждого из электроприводов звеньев составляет более 50% от времени работы. Можно принять = 13,9 кВт. Полная установленная мощность электроприводов манипулятора при этом составляет Ру = 55,3кВт, что почти в десять раз превышает мощность аналогичного по технологическим параметрам мостового крана. Как объясняет автор научной статьи [9], такое превышение
(1.16)
Рк = ■ 1(Г3 = 18,4кВт.
(1.17)