Повышение точности программного управления технологическим оборудованием на основе построения и идентификации кинематических моделей

• Автор: Ивановский, Станислав Павлович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 110 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН И СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ТОЧНОСТИ МЕТОДАМИ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

1.1. Кинематика исполнительных механизмов технологических МАШИН.

1.1.1. Многокоординатные поворотные шпиндельные головки.

1.1.2. Многокоординатные поворотные столы.

1.1.3. Смешанные решения для обрабатывающих центров.

1.1.4. Более сложные варианты исполнительных механизмов.

1.2. Программное управление исполнительными механизмами

1.2.1. Методы моделирования кинематики механизмов.

1.2.2. Алгоритмы управления многозвенными механизмами.

1.3. Идентификация параметров кинематических моделей исполнительных механизмов
1.3.1. Метод измерения координат механизма
1.3.2. Методы вычисления параметров модели по проведенным измерениям.
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ МНОГОЗВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ С ПОМОЩЬЮ РАСШИРЕННОЙ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ...
2.1. Принципы построения модели механизма
2.2. Преобразования координат в модели механизма.
2.3. Модель сенсорной системы механизма
3. ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ МЕХАНИЗМАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАСШИРЕННЫХ КИНЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
3.1. Организация программного управления механизмом
3.2. Функциональная декомпозиция механизма.
3.2.1. Ориентирующий механизм
3.2.2. Транспортный механизм.
3.2.3. Комбинация механизмов.
3.3. Обратное преобразование координат для механизмов различной структуры
3.3.1. Методы решения
3.3.2. Обратное преобразование координат для ориентирующего механизма
3.3.3. Обратное преобразование координат для транспортных механизмов.
4. МЕТОД САМОКАЛИБРОВКИ ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗМОВ
4.1. Основные принципы идентификации параметров
4.2. Измерение координат механизма в процессе идентификации параметров.
4.3. Методсамокалибровки.
4.4. Условие идентифицируемости параметров модели
4.4.1. Звенья с перпендикулярными осями сочленений.
4.4.2. Звенья с параллельными осями сочленений.
4.5. Линеаризация кинематической модели механизма
4.5.1. Линеаризация уравнений модели относительно
геометрических параметров.
4.5.2. Линеаризация уравнений модели относительно
кинематических параметров.
4.6. Идентификация параметров механизма
4.7. Экспериментальная проверка метода самокалибровки
4.7.1. Результаты сравнения с программой ЯоЪоСаI Ггрмания.
4.7.2. Результаты самокалибровки сварочного кантователя в составе автоматизированной сварочной ячейки
5. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ПРАКТИЧЕСКОЕ
ПРИМЕНЕНИЕ ПРЕДЛОЖЕННЫХ МЕТОДОВ
5.1. Библиотека кинематического моделирования БКМ
5.2. Функции, реализованные в БКМ
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ II РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Этот подход связан с наименьшими затратами, так как реализуется полностью программными средствами, не требуя конструктивных изменений или модернизации оборудования, а также является наиболее гибким, поскольку улучшение характеристик оборудования, уже находящегося в эксплуатации, сводится к совершенствованию математического аппарата и к доработке программного обеспечения системы управления. Периодическая корректировка параметров кинематических моделей, используемых в алгоритмах управления, позволяет учитывать износ и пластические деформации механизма, накапливаемые в процессе эксплуатации, что может существенно продлить срок службы конкретной технологической машины. Однако широкое практическое использование подобных методов сдерживается отсутствием универсальных алгоритмов, параметрически настраиваемых на управление механизмами с различными кинематическими структурами. Существующие системы управления технологическими машинами, как правило, работают по упрощенным кинематическим моделям механизмов. Кроме того, они не предусматривают возможность автоматической настройки кинематической модели по результатам измерения положений исполнительных элементов машины. Цель работы - обеспечение качества автоматического управления технологическим оборудованием с компьютерными системами управления за счет повышения точности программных движений исполнительных механизмов. Методы исследования. При анализе механизмов и построении кинематических моделей использованы методы и положения теоретической механики, аналитической геометрии, теории механизмов и машин. Научная новизна работы. Реализация результатов работы. Разработанный метод «самокалибровки» был применен для повышения точности двухкоординатного сварочного кантователя, использующегося в составе автоматизированной сварочной ячейки, разработанной в Центре физико-технологических исследований МГТУ «СТАНКИН» по договору с ООО «Вулканкомплект» (г. Одинцово Московской области). ЧПУ на базе комплекта РМАС фирмы Delta Таи (США), созданную на ОАО «Савеловский машиностроительный завод» (г. UCS v4. ЦФТИ МГТУ «СТАНКИН» по договору с АО «АВТОВАЗ» (г. Апробация работы. Результаты работы были доложены на 4 российских и международных научно-технических конференциях, а также на заседаниях кафедры «Высокоэффективные технологии обработки» МГТУ «СТАНКИН». В году результаты работы были удостоены серебряной медали Третьего Московского международного салона инноваций и инвестиций. Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 4 печатные работы. Работа выполнялась на кафедре «Высокоэффективные технологии обработки» под руководством заведующего кафедрой, профессора, д. Григорьева Сергея Николаевича. Автор выражает благодарность научному руководителю работы, преподавателям и сотрудникам кафедры «Высокоэффективные технологии обработки» а также сотрудникам Центра физикотехнологических исследований МГТУ «Станкин» за помощь, оказанную при выполнении работы. Прежде всего необходимо проанализировать особенности использования исполнительных механизмов в различных технологических машинах, используемых в автоматизированных механообрабатывающих производствах. Наиболее сложную кинематическую структуру имеют исполнительные механизмы многофункциональных 5-координатных обрабатывающих центров. Прочие многокоординатные технологические машины (например, лазерные, электроэрозионные и гидроабразивные станки с программным управлением) имеют меньшее число координат и их исполнительные механизмы кинематически проще. Задачей исполнительных механизмов всех подобных машин является обеспечение заданных программой взаимных перемещений обрабатывающего инструмента относительно обрабатываемой детали. Сегодня на рынке промышленного оборудования представлено большое число производителей, предлагающих целые модельные ряды обрабатывающих центров самых различных размеров и конструктивного исполнения. Однако, несмотря на такое разнообразие, в действительности на практике используются всего лишь несколько кинематических структур, повторяемых разными разработчиками в различных вариантах. Рассмотрим эти структурные решения. Прежде всего следует заметить, что 5-координатные обрабатвающие центры в большинстве своем строятся на базе 3-координатных многоцелевых станков и часто представляют собой просто модификации последних, дополненные необходимыми навесными узлами.