Элементы системы управления сварочным манипулятором интегрированной системы (стр. 4 из 4)
Составим структурную схему механической части манипулятора по одной координате.
Механическая часть между валом двигателя и последующей подвижной платформой или инструментом имеет упругие связи и люфты, что приводит к механическим колебаниям инструмента при набросе (или снятии) скачка нагрузки. Не вдаваясь детально во все причины возникновения этих колебаний, в соответствии с [11], [44], [45] и др., в первом приближении, примем, что механические колебания по каждой координате описываются дифференциальным уравнением 2-го порядка.
Для дальнейших расчетов примем [7], [34]:
; 
.  |
Рисунок 2.3 – Структурная схема механической части манипулятора по одной координате
2.5 Моделирование АСУ манипулятором по одной координате
Уравнения состояния в векторно-матричной форме записи имеют следующий вид:
, (2.11)где
– матрица состояния (динамическая); 
– матрица управляющих воздействий (матрица входа).Для определения элементов матрицы
и составим схемы моделирования, в соответствии с алгоритмической схемой (рис. 2.2).Рассмотрим контур скорости.
Режим разгона при переносе инструмента
иллюстрируется схемой модели на рис. 2.4. 
Рисунок 2.4 – Схема моделирования скорости в режиме переноса инструмента
Дифференциальные уравнения в режиме переноса инструмента примут вид:
(2.12) 
.Следовательно:
. (2.13)После подстановки в (2.13) численных значений, получим
.Режим переноса инструмента при
( 
) описывается уравнением: 
. (2.14)Схему моделирования контура положения в режиме переноса электрода построим на рис. 2.5.
Рисунок 2.5 – Схема моделирования контура положения в режиме переноса электрода
Дифференциальное уравнение режима разгона при переносе инструмента
имеет вид: 
(2.15) 
.Получим матрицы
и 
. (2.16)После подстановки численных значений матрицы
и примут вид: 
.Схему математической модели механической части манипулятора по одной координате составим в соответствии с ее структурной схемой (рис. 2.3).
Рисунок 2.6 – Схема моделирования механической части манипулятора по одной координате
В режиме переноса инструмента при разгоне
, следует принять: 
(2.17) 
; 
,а после разгона:
; 
.Графики переходных процессов показаны на рис. 2.7 – 2.10.
Рисунок 2.7 – Переходный процесс по скорости электрода, под нагрузкой
Рисунок 2.8 – Переходной процесс по положению электрода, под нагрузкой
Выводы
В процессе выполнения бакалаврской квалификационной работы, была достигнута её цель, заключающаяся в расчёте системы управления манипулятором промышленного робота «Универсал-5.02» при выполнении сварочных работ.
В первом разделе дипломной работы, после изучения специальной литературы был проведен анализ технического задания, включающий:
– приведение основных понятий и определений робототехники;
– динамические свойства асинхронного электромеханического преобразователя при питании от источника тока;
– характеристики промышленного робота «Универсал-5.02».
Во втором разделе работы, после детального изучения принципа действия, был произведен расчёт системы управления манипулятором, включающий следующие этапы:
– исследование линейной математической модели манипулятора;
– расчёт АСУ электроприводом манипулятора по одной координате;
– составление структурной схемы манипулятора в режиме переноса инструмента;
– моделирование АСУ манипулятором по одной координате;
– стабилизацию механических колебаний манипулятора при сварочных работах.
Результатом работы стала модель системы управления манипулятором, удовлетворяющая техническим требованиям, выдвигаемым к выполнению сварочных работ, а именно: необходимая точность позиционирования электрода достигается через 1,5 с, при этом – амплитуда колебаний шва не превышает 3 – 4% от планируемой траектории.
Перечень ссылок
1. Гантмахер Ф.Р. Лекции по аналитической механике. – М.: Физматгиз, 1960.
2. Парс Л. Аналитическая динамика / Пер. с англ. – М.: Наука, 1971.
3. Лурье А.И. Аналитическая механика. – М.: Физматгиз, 1961.
4. Козлов В.В., Макарычев В.П., Тимофеев А.В., Юревич Е.И. Динамика управления роботами. – М.: Наука, 1984.
5. Попов Е.П., Верещагин А.Ф., Зенкевич С.Л. Манипуляционные роботы: динамика и алгоритмы. – М.: Наука, 1980.
6. Виттенбург И. Динамика систем твердых тел / Пер. с англ. – М.: Мир, 1980.
7. Вукобратович М., Стокич Д. Управление манипуляционными роботами: теория и приложения / Пер. с серб.-хорв. – М.: Наука, 1993.
8. Пол Р. Моделирование, планирование траекторий и управление движением робота-манипулятора / Пер. с англ. – М.: Наука, 1976.
9. Белецкий В.В. Двуногая ходьба. Модельные задачи динамики и управления. – М.: Наука, 1994.
10. Охоцимский Д.Е., Голубев Ю.Ф. Механика и управление движением автоматического шагающего аппарата. – М.: Наука, 1984.
11. Алферов Г.А., Кулаков Ф.М., Неокесарийский В.Н. Кинематические и динамические модели исполнительной системы робота. – Л.: ЛГУ, 1983.
12. Бордюг Б.А., Ларин В.Б., Тимошенко А.Г. Задачи управления шагающими аппаратами. – К.: Наукова думка, 2004.
13. Слиеде П.Б., Аузиньш Я.Н., Иткин В.М. Алгоритм расчета на ЭЦВМ колебательных характеристик манипуляционных роботов // Машиноведение. – 1984. – №2 .
14. Формальский А.М. Перемещение антропоморфных механизмов. – М.: Наука, 1992.
15. Иовлев В.Ю., Смольников Б.А. Исследование колебательных свойств двузвенного робота // Робототехника. – Л.: ЛПИ, 1977.
16. Корытко О.Б., Юдин В.И. К расчету собственных частот манипулятора промышленного робота в общем случае // Управление робототехническими системами и их очувствление. – М.: Наука, 1983.
17. Судникович Г.Б., Челпанов И.Б. Задачи и методы определения упругих колебаний манипуляторов // Динамика управляемых колебательных систем. – Иркутск: ИПИ, 1983.
18. Вукобратович М., Потконяк В. Численный метод моделирования динамики манипулятора с упругими свойствами // Изв. АН СССР. Техн. Кибернетика. – 1991. – №5.
19. Слиеде П.Б., Аузиньш Я.Н., Иткин В.М. Алгоритмы математического имитационного моделирования упругих манипуляторов на ЭЦВМ // Symposium Grundlagen der Dynamik und Steuerung von Industriorobotern. Vortrage. Band. 1. – Berlin, 1985.
20. Сунада В., Дубовски С. Применение метода конечных элементов к динамическому анализу гибких пространственных и плоскопараллельных систем // Контруирование и технология машиностроения. – 1981. – №3.
21. Сунада В., Дубовски С. Об исследовании динамических характеристик промышленных роботов-манипуляторов с упругими звеньями // Конструирование и технология машиностроения. 1983. – №1.
22. Якубович В.А. Адаптивное управление манипуляторами с массовыми приводами // Робототехника. – Л.: ЛПИ, 1988.
23. Хейман Б., Лоозе Х., Шмидт К.Д., Роте Х., Любушин А.А. Динамика и оптимальное управление роботами-манипуляторами // Успехи механики. – 1984. – Т.7. Вып. 4.