Модели и алгоритмы управления технологическим роботом автоматизированного комплекса гидроабразивной резки нефтепроводов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.05, кандидат наук Абу Махфуз Ахмад Аталлах Салем

• Абу Махфуз Ахмад Аталлах Салем
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Абу Махфуз Ахмад Аталлах Салем

Введение

Глава 1. Актуальные задачи автоматизации процесса гидроабразивной резки нефтепроводов и нефтехранилищ

1.1. Анализ труб и хранилищ нефтепроводов как объектов гидроабразивной резки

1.2. Анализ процесса гидроабразивной резки

1.3. Технологии процесса гидроабразивной резки

1.4. Структура автоматизированного технологического комплекса гидроабразивной резки нефтепроводов и нефтехранилищ

1.5. Задачи исследований

Глава 2. Анализ технологических роботов и выбор кинематической схемы

2.1. Анализ технологических роботов

2.2. Выбор кинематической схемы технологического робота

2.3. Анализ рабочих зон технологического робота

2.4. Выводы

Глава 3. Разработка алгоритмов управления технологическим роботом

3.1. Обобщенный алгоритм управления РТК

3.2. Алгоритм согласования осей технологического робота и объекта

3.3. Алгоритм выхода в точку по нормали к поверхности

3.4. Алгоритм ориентации рабочего органа

3.5. Алгоритмы межкоординатной коррекции траектории движения рабочего органа

3.6. Выводы

Глава 4. Разработка аналитических и имитационных моделей технологического робота

4.1. Разработка аналитической модели манипулятора технологического Робота

4.2. Имитационная модель технологического робота

4.3. Анализ технологических профилей и имитационные модели устройств

задания

4.4. Выводы

Глава 5. Исследование движения рабочего органа ТР по технологическим траекториям

5.1. Исследование движений по технологическим траекториям

5.2. Исследование алгоритмов межкоординатной коррекции траектории движения рабочего органа

5.3. Выводы

Заключение

Список литературы

Приложение А (акт внедрения)

Приложение Б (акт внедрения)

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и алгоритмы управления технологическим роботом автоматизированного комплекса гидроабразивной резки нефтепроводов»

Актуальность работы

Постоянно возрастающие мировые объемы добычи нефти требуют увеличения мощностей ее доставки до потребителей и переработчиков. Эта тенденция также характерна для России и стран Ближнего Востока. В процессе эксплуатации нефтепроводов и нефтехранилищ возникает необходимость очистки резервуаров нефтехранилищ и труб нефтепроводов, резания труб, осмотра состояния, инспекции. Это требует вырезания отверстий больших размеров и сложных форм. При этом отложения и горючие материалы на внутренних поверхностях не позволяют применения для их резки способов, сопровождающихся искрой и пламенем, таких как резка металлическим и абразивным инструментом, а также лазерная, газовая и электрическая резки. Здесь эффективно применение процесса резки водной струей с абразивом (далее по тексту «процесс гидроабразивной резки (ГАР)») на основе автоматизированного робототехнического технологического комплекса (РТК). Комплекс представляет собой совокупность транспортной системы с расположенными на ней технологическим роботом и силовой энергетической установкой гидроабразивной резки. При построении системы управления технологического робота (ТР) необходимо учитывать следующие факторы недетерминированности, подлежащие парированию: не определенность расположения труб нефтепровода относительно ТР; не идеальность поверхности резания (деформации, отложения загрязнения, сварочные швы и др.).

Цель работы состоит в повышении эффективности автоматизированного комплекса гидроабразивной резки нефтепроводов и нефтехранилищ для выполнения ремонтных и профилактических работ за счет разработки моделей и алгоритмов управления технологическим роботом в условиях не полной определенности расположения труб нефтепроводов и не идеальности поверхности резания, обусловленной деформациями, сварными швами, загрязнениями и др.

При этом необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ труб нефтепроводов и резервуаров нефтехранилищ и процесса гидроабразивной резки с позиции роботизации процесса.

2. Выделить круг задач управления, отражающих процесс в целом - выход транспортной системы (в автономном режиме мобильного робота) на рабочую позицию и управлением процесса движения рабочего органа (РО) (головки гидроабразивной резки, расположенной в РО) технологического робота по нормали к поверхности резания по требуемой фигуре при выделенных выше особенностях объекта резания.

3. Провести анализ кинематических схем технологического робота и рабочих зон для различных вариантов расположения нефтепроводов и нефтехранилищ и видов вырезаемых поверхностей.

4. Разработать алгоритмы управления технологическим роботом, среди которых согласование осей трубопровода и технологического робота; движение по заданной поверхности резания с учетом её не идеальности; межкоординатной коррекции при рассмотрении системы приводов технологического робота, построенной по принципу вложенных контуров и др.

5. Разработать математические модели ТР и задатчиков рабочих траекторий движения и провести компьютерное моделирование и исследование динамики и алгоритмов межкоординатной коррекции в различных режимах работы.

Работа выполнялась в период с 2010 по 2016 г. в ВлГУ (Владимирский государственный университете имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых). Исследования проводились также в плане НИР, выполняемой по заказу ООО «Грот» № 49/13 «Анализ возможности роботизации процесса гидрорезания нефтепроводов» в период 01.07.13 - 30.11.14.

Научная новизна. При выполнении настоящей работы получены следующие научные результаты.

1. Обоснована и предложена кинематическая схема технологического робота, с использованием измерительной системы в виде дифференциальной вилки.

2. Предложен обобщенный алгоритм управления мобильного технологического робота, основанный на частных составляющих, определяющих особенности

выполнения процесса резания на всех его стадиях.

3. Разработан алгоритм согласования осей и систем координат объекта резания и технологического робота.

4. Введен комплексный показатель перпендикулярности оси струи к поверхности резания и расстояния до нее и разработан алгоритм его стабилизации при движении по технологической траектории.

5. Разработаны математические и компьютерные модели ТР и задатчиков движения рабочих траекторий. Проведено компьютерное моделирование и исследованы алгоритмы межкоординатной коррекции, основанной на представлении многокоординатной системы в виде вложенных контуров.

Практическая значимость работы состоит в следующем.

1. Повышается эффективность процесса гидроабразивной резки нефтепроводов и нефтехранилищ за счет исключения подготовительного времени и универсальности в части формы вырезаемых полостей.

2. Определены рабочие зоны с включением в них объектов резания (труб).

3. Разработанные математические и компьютерные модели технологического робота и контроллеры задания управляющих воздействий могут использоваться для исследования алгоритмов управления ТР при вырезании полостей.

4. Результаты работы используются: в ООО «ГРОТ», одном из ведущих организаций по гидроабразивной резке в РФ, и могут быть применены при создании РТК гидроабразивной резки объектов нефтепроводов и нефтехранилищ; в учебном процессе ВлГУ по направлению «Мехатроника и робототехника».

Объект исследования - автоматизированный технологический комплекс гидроабразивной резки нефтепроводов и нефтехранилищ.

Предмет исследования - модели и алгоритмы управления технологическим роботом в условиях не полной определенности расположения труб нефтепроводов и не идеальности поверхности резания.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на 14 научных конференциях: XIX Международная научно-практическая конференция «Теоретические и методологические проблемы

современных наук». Новосибирск: ЦСНИ, 2016; Международная научно-практическая конференция, посвященная памяти профессора И.Н. Аринина «Актуальные проблемы эксплуатации автотранспортных средств». Владимир: ВлГУ, 2016; Международная научно-практическая конференция «Теоретические и прикладные вопросы образования и науки». Тамбов: иКОМ, 2014; XVI Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы эксплуатации автотранспортных средств». Владимир: ВлГУ, 2014; XI Международный симпозиум «Интеллектуальные системы». М.: РУДН, 2014; Международная научно-техническая конференция «Информационные системы и технологии». Н. Новгород: НГТУ, 2014; XXVII Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-27». Тамбов: ТГТУ, 2014; Международная научно-техническая конференция молодых ученых «Новые материалы, оборудование и технологии в промышленности». Могилев: БРУ, 2013; Международная конференция по математической теории управления и математике. Суздаль: ВлГУ; М.: МИАН, 2013; XXVI Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-26». Нижний Новгород: ННГ-ТУ, 2013; XV Международная научно-практическая конференция, посвященная памяти профессора И.Н. Аринина «Актуальные проблемы эксплуатации автотранспортных средств». Владимир: ВлГУ, 2013; VI Международная научно-практическая конференция «Инженерные системы - 2013». Москва: РУДН, 2013; Международная научно-техническая конференция молодых ученых «Новые материалы, оборудование и технологии в промышленности». Могилев: БРУ, 2012; XVIII научно-техническа конференция с международно участие «Транспорт, Еко-логия - устойчиво развитие». Варна. Технически университет, 2012.

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 23 печатных работах, в т.ч. в 7 статьях в журналах по перечню ВАК, из которых 4 статьи в журналах рекомендованных для группы научных специальностей 05.02.05 и 3 статьи в других журналах по перечню ВАК, 2 статьях в международных изданиях и 14 опубликованных докладов на международных конференциях.

Глава 1. Актуальные задачи автоматизации процесса гидроабразивной резки

нефтепроводов и нефтехранилищ

1.1. Анализ труб и хранилищ нефтепроводов как объектов

гидроабразивной резки

Постоянно возрастающие мировые объемы добычи нефти требуют увеличения мощностей ее доставки до потребителей и переработчиков. Эта тенденция также характерна для России и стран Ближнего Востока. При эксплуатации нефтепроводов и нефтехранилищ возникают вопросы очистки, врезки труб, инспекции состояния. Проведем анализ состояния нефтепроводов и нефтехранилищ как объектов резания при роботизации процесса их гидроабразивной резки.

При этом рассмотрим следующие вопросы:

- состояние сетей нефтепроводов и газопроводов;

- особенности конструкции нефтепроводов и нефтехранилищ;

- особенности эксплуатации и виды ремонтных работ;

- дефекты поверхностей трубопроводов.

Россия занимает лидирующее положение в мире по добыче нефти и газа. Общий объем по итогам 2013 года соответственно составляет 355 млн. тонн и 2345 млрд. м3 [74, 86]. Основные районы добычи нефти и газа - северо-восток европейской части, северо-запад Сибири, Дальний Восток, остров Сахалин. Продукты нефтепереработки и газ используются в России и за рубежом. Поставка, в основном, идет в промышленно развитые районы Сибири, центральную часть России и в Западную Европу, а также страны Кавказа, Средней Азии и Китай.

Большие расстояния между регионами добычи нефти и газа и их переработчиками, потребителями требуют соответствующей сети доставки. Для доставки нефти и нефтепродуктов потребителям используются три вида транспорта [86]: трубопроводы - 90%; железнодорожный транспорт - 6%; автомобильный транспорт - 4%.

Основные объемы нефти и нефтепродуктов передаются нефтепроводами. Только в 2013 году трубопроводным транспортом было доставлено

558 млн. тонн нефти и нефтепродуктов. Основные данные по нефтепроводам и газопроводам представлены в таблице 1.1 [58, 74, 86].

Таблица 1.1 - Сведения по нефтепроводам и газопроводам СССР и России

1913 1928 1940 1950 1960 1990 2000 2005 2010 2011 2012 2013

Эксплуатационная длина, тыс. км. СССР 1,6 4,1 5,4 17,3 86

Россия 1.1 0,7 1,7 3,6 15 68 64 65 65 71 75 75

Объем перекачки, млн.т. СССР 1,1 7,9 15,3 130 611

Россия 0,4 0.4 5 12 123 558 318 482 524 576 555 558

Грузооборот млрд.т.км. СССР 0.7 3,8 4,9 51,2 1310

Россия 0,3 0,1 1,5 3,4 49 1240 668 1156 1123 1120 1188 1224

Страны Ближнего Востока входят в состав так называемого «арабского мира», который включает в себя 23 страны с совокупным населением около 345 млн. человек и общей площадью приблизительно 13 млн. кв. км. Общий объем добычи нефти в 2011 году составил 735031,422 млн. тонн, распределение по странам представлено в таблице 1.2. [86].

Таблица 1.2 - Длины нефтепроводов и газопроводов стран Ближнего Востока

№ Страна Газ, км Сжиженный газ, км Нефть, км Нефтепродукты, Км

1 Саудовская Аравия 2102 1183 4,521 1,148

2 Ливия 882 3,425 6,956 1870

3 Кувейт 269 - 540 57

4 ОАЭ 3428 300 2,950 156

9 Ирак 2,250 918 5,509 1,637

6 Катар 531 2501 741 87

7 Алжир 1,532 13,861 6,878 2,408

8 Судан 156 - 4,070 1,613

9 Оман 4,126 - 3,558 -

10 Египет 483 957 5,518 895

11 Йемен 71 22 1,309 -

12 Сирия 2,794 - 2,000 -

13 Тунис 2,665 - 1,235 353

14 Бахрейн 20 - 25 -

15 Марокко 720 - 439 -

16 Иордания 426 - 49 -

В Иордании, кроме добываемых объемов, разрабатываются перспективные районы нефтедобычи [94]:

1. Бассейн Азрака (Azraq) в стадии разработки составляет примерно 1500 кв. км. По оценкам экспертов около 430 млн. баррелей нефти были получены из WS-2 в области Азрака.

2. Поле Хамза содержит 15.2-22.5 млн. т. товарной нефти.

3. Район Мертвого моря составляет около 3750 кв. км., однако, добыча нефти по экологическим проблемам в данном районе не производится.

4. Сланцевая нефть. По оценке, проведенной USGS еще в 2005 г., в Иордании находятся 26 месторождений, 0,5 трлн. баррелей.

Одна из особенностей эксплуатации нефте и газопроводов обусловлена сложным рельефом местности, включающим водные преграды, горы и пески. Приоритетным является расположение нефтедобывающего и обслуживающего оборудования на гусеничных транспортных средствах.

Нефтепровод - это целый комплекс сооружений. Однако транспортом для нефти являются трубы, по которым нефть движется со скоростью до 3м/с (рисунок 1.1). Нефтепроводы по расположению можно разделить на три вида: подземные, наземные на грунте или поднятые над уровнем поверхности, подводные.

Плечо трубопровода между насосными станциями составляет 70-150 км. На расстоянии 10-30 км в трубопроводах устанавливают специальные задвижки, которые позволяют, при аварии, выключать отдельные участки. Обычно внутренний диаметр труб составляет от 300 до 1600 мм, толщина стенок 5-20 мм. Материал -высокопластичные стали, способные выдержать температурные, механические и химические воздействия. В последнее время начали применять армированные пластические трубы. Они не подвержены коррозии и имеют практически неограниченный срок эксплуатации.

По назначению нефтепроводы делят на три группы:

1. Магистральные - для транспортировки нефтепродуктов из районов добычи, производства или хранения до мест конечного потребления.

2. Технологические - для транспортировки нефтепродуктов в пределах какого-либо промышленного предприятия или группы предприятий.

3. Промысловые - для соединения нефтяной скважины с рядом объектов и установок, использующихся для подготовки нефти на промыслах.

Рисунок 1.1 - Общий вид наземного магистрального трубопровода

Как и на всех промышленных объектах, предусмотрены ремонтные работы нефтепроводов, которые делят на плановые и внеплановые (производятся, как правило, при аварийных ситуациях). Установлены виды выполняемых работ разного характера, сроки их реализации, которые включают:

- контроль и инспекция трубопроводов, которые нуждаются в необходимом ремонте, замену поврежденных труб и необходимых запчастей;

- наложение слоя подходящего покрывающего изоляционного материала;

- внутреннюю очистку трубы от различных типов веществ отложений таких как парафина, коррозии и др.;

- замену предохранительных элементов трубы, таких как запорная и регулирующая арматура и клапаны.

Конструкции нефтехранилищ для приема, хранения, выдачи нефтепродуктов, воды и других жидкостей в различных климатических условиях бывают двух видов: вертикальные стальные цилиндрические (диаметр: 4 730-60 700 мм, высота: 6 000-18 000 мм) и горизонтальные стальные цилиндрические (диаметр: 2 2003 240 мм, длина: 3 310-13 100 мм); толщина стенок 5-20 мм. Виды ремонтных ра-

бот аналогичны таковым для трубопроводов. Для профилактических и ремонтных работ производят вскрытие резервуаров. На рисунке 1.2 приведено фото резервуара с вырезанной поверхностью прямоугольного сечения с использованием процесса гидроабразивной резки и специальных приспособлений (предоставлено ООО «Грот»).

- *

Рисунок 1.2 - Вырезанная поверность на нефтехранилище

На процесс гидроабразивной резки нефтепроводов и построение системы и алгоритмов управления ТР наиболее существенное влияние оказывает отклонение поверхности резания (трубы) от идеальной формы, что определяется ее дефектами. Выделяют два типа дефектов - дефекты геометрии труб и сварного шва.

Дефекты труб определяются документом РД-23.040.00-КТН-090-07 [73], который их классифицирует на следующие виды: вмятина, гофр, дефект типа «сужение», коррозионная потеря металла, механическое повреждение типа «риска», расслоение с проявлением на поверхности трубы, расслоение в зоне приваривания, трещина, механический дефект из-за трещинстойкой коррозии. В конечном итоге, они приводят к неидеальности поверхности. В аналитическом плане каждый вид описывается своей функциональной зависимостью (прямая,

гипербола, парабола и др.). Принципиально, что функции, описывающие дефект, являются гладкими.

Типы и характеристики деформаций и дефектов сварных соединений регламентируются соответствующими нормативными инструкциями.

К безупречным деформационным дефектам процесса сварного шва имеет отношения [12, 18, 67, 73, 77]:

- различные аспекты дефектов в виде несплошности металла в процессе сварки-сварные возмущения, такие как внезапные трещины, несплавление материала трубы со сварочной горелкой, непровар и др. Эти данные номинируются согласно ВИП как «разрыв планарного типа» по всей продольной и спиральной сварке;

- неравномерность, аномалия и аномалия различных форм сварки - продольная, поперечная, спиральная; это шлаковые включения, поры, подрез, чешуйчатость утяжина, превышение проплава, наплывы;

- оплавление кромок во время сварки;

- наличие наклонных и не идеальных соединений - сварные стыковые соединения определенной трубы с другой трубой, где продольные оси двух труб находятся под другим углом друг к другу.

При аналтитическом рассмотрени сварного шва используется его геометрия в виде рисунка 1.3, где обозначено: Ь - линия поверхности поперечного сечения сварного шва; е - ширина шва; g - высота выпуклости; ^ - площадь поперечного сечения наплавленного металла; ф - угол перехода от выпуклости к основному металлу.

Рисунок 1.3 - Параметры геометрии сварного шва

Парметром, оказывающим наибольшее влияние на траекторию движения сопла гидрореза, является линия выпуклости шва Ь, которая согласно гидростатической модели описывается системой из трех уравнений с шестью переменными [18]. Используются также кривые второго порядка (эллипс, гипербола, парабола), описываемые выражением, в котором коэффициенты А, В и С не равны нулю одновременно, например вида [14].

Лх2 + 2Вху + Су 2 + 20х + 2Еу + ^ = 0. Ширина шва у основания составлет 5-15 мм, высота - 5-10 мм [73].

Выделим особенности, труб нефтепроводов и резервуаров нефтехранилищ, определяющие структуру и алгоритмы управления технологическим роботом при автоматизации процесса их гидроабразивной резки.

1. При эксплуатации нефтепроводов и нефтехранилиц предусмотрены профилактические и ремонтные работы, а также контроль и инспекция, что тебует их вскрытия или вырезания поверхностей определенной формы.

2. Недопустимо применение методов абразивной электро- и газорезки по условиям взрывоопасности.

3. Большой диапазон диаметров труб нефтепроводов и их расположение (наземные, подземные на эстакаде, подводные). Нефтехранилища имеют существенно большие размеры по диаметру, высоте (длине).

5. Толщина стенок изменяется в зависимости от диаметра труб и нефтехранилищ и колеблется в пределах 5-20 мм, что определяет разные скорости резания.

6. Имеет место неравномерность поверхности, обусловленная сварными швами, деформациямим, загрязнениями.

7. Вырезаемые профили:

а) для нефтехранилищ: прямоугольник при виде по нормали к боковой поверхности с размерами в пределах 2000*4000 мм; прямоугольник или окружность для плоской поверхности (на торце или крыше);

б) для вырезания труб нефтепроводов:

- окружность на боковой поверхности (цилиндре);

- пересечение двух цилиндров с разными диаметрами;

- прямоугольный профиль при виде по нормали к боковой (цилиндрической) поверхности.

8. Расположение нефтепроводов в трудоступных районах.

9. На поверхности труб имеются сварные швы (ширина 5-15 мм, высота 5 -10 мм) и могут быть дефекты в виде вмятин, гофр, коорозии металла и др.

1.2. Анализ процесса и технологии гидроабразивной резки

Процесс гидроабразивной резки появился в конце пятидесятых годов практически одновременно в СССР и США. В основу теоретических и прикладных вопросов гидроабразивной резки и технологических процессов на его основе положены труды советских ученых Верещагина Л.Ф., Семерчана А.А., Никонова Г.П., Тихомирова Р.А., Петухова Е.Н. и др. За рубежом в этом направлении работали Франц Н., Ли Д.Р., Лавойе и др. Сначала обрабатывались неметаллические и пластмассовые материалы и легкие сплавы на основе алюминия, меди и др. Обработка твердых материалов и сплавов (гранит, высокопрочные и легированные стали) требовала большей разрушительной силы, сверхскоростной струи. Решением стало введение в водяную струю частиц высокотвердого материала - абразива на основе кварцевого песка, гранита и др. В технике гидроабразивной резки эти процессы получили названия:

WJC - Water Jet Cutting - резка водяной (или водно-абразивной) струей; AWJC - Abrasive Water Jet Cutting - абразивная водоструйная резка.

Реализация процесса гидроабразивной резки требовала создания и своей элементной базы на уровне комплектных устройств. Это, в первую очередь, гидронасосы высокого давления с непрерывным циклом создания струи, гидросопла с малым сечением и высокой стойкостью, система трубопроводов подачи воды и абразива с герметичным соединением. В России теоретическими и прикладными вопросами в этой области занимаются Коржов Е.Н., Степанов Ю.С., Барсуков Г.В., Протасов Ю.И., Латыпов Р.Р., Терегулов Н.Г., Петухов Е.Н., Архипов А.Н. и др.

Среди первых работ в области теории и практики создания гидрооборудования для резки водяной струи высокого давления отметим работы, проводимые во Владимирском политехническом институте под руководством Тихомирова Р.А. Была создана экспериментальная установка гидроабразивной резки, и решены принципиальные вопросы по созданию насоса высокого давления с непрерывной струей. Далее, в содружестве с СКТБ прецизионного оборудования «Вектор» (СКТБ ПО «Вектор») была создана промышленная установка для гидроабразивной резки пластиков, стеклопластиков и легких металлических сплавов. В дальнейшем группа разработчиков выделилось в предприятие ООО «Грот», которое занимается разработкой и внедрением установок в различные области народного хозяйства, в том числе для гидроабразивной резки нефтепроводов, используя для этого специальное технологическое оборудование (приспособления). Выпуск промышленных установок освоили ЗАО «Лазерные комплексы» (г. Шатура), ОАО «Туламашзавод», ОАО ЭНИМС (Москва), белорусское СП ООО «СПожиток», институт горного дела (г. Хабаровск), украинское НПП «Индрис» и некоторые другие предприятия и организации [55]. Иностранными производителями оборудования и компонентов для гидроабразивной резки являются фирмы: Flow International Corporation (США); Water Jet Sweden AB (Швеция); Waterjet Corporation (Италия); PTV (Чехия); Bystronic (Швейцария); Sato Schneidsysteme (Германия), Aliko (Финляндия), Trenntec (Германия), ESAB Welding & Cutting Productions (Швеция), Digital Control (Франция); Ingersoll Rand (США). Достигнутые показатели - давление воды 4000 бар, сапфировые сопла с диаметром проходного сечения 0,08-0,5 мм, скорость струи 900 м/с. Основные теоретические и практические аспекты гидроабразивной резки рассмотрены в работах [11, 14, 16, 50, 72, 79, 80, 82]. Преимущества гидроабразивной обработки по сравнению с другими видами (механообработка, лазерная резка, электрорезка, газорезка), применяемыми для подобных целей: низкая температура нагрева объекта резания (60-90)°С и, как следствие, отсутствия термического воздействия на материал объекта резания; меньшие потери материала; большой ассортимент разрезаемых материалов с толщиной (до 150—300 мм и более); отсутствие плавления материа-

лов на краях обработанных и сварных деталей и в прилегающих зонах; взрыво-безопасность всего процесса; поддержание условий экологической чистоты и полное отсутствие вредных газов; высокое качество резания объекта; (шероховатость кромки Ra 1,6) [79].

Основные эксплуатационные характеристики системы ГАР (на примере

разработок ООО «Грот»):

- энергопотребление, кВт.................................................32

- диаметр сечения сопла, мм ...........................................0,5

- расстояние среза сопла до поверхности резания, мм.............5

- требование перпендикулярности оси сопла

к поверхности резания по двум плоскостям, град...............3-5

- толщина материала резания до, мм...................................20

- давление в магистрали насоса

высокого давления, МПа...........................................350-400

1.3. Технологии процесса гидроабразивной резки

В настоящее время используются следующие технологии гидроабразивной

резки.

1. Оператором с помощью навесных приспособлений

Ниже приведены фотографии, иллюстрирующие проведение работ по гидроабразивные резки (предоставлены ООО «Грот»). Вариант резки прямоугольного сечения на поверхности нефтехранилища показан на рисунке 1.4. На подъемнике находятся два оператора и подвижная часть средства гидроабразивной резки. Приспособление для головки процесса гидроабразивной резки расположенной на поверхности нефтехранилища по требуемой форме резки. Фото, иллюстрирующее процесс гидроабразивной резки по образующей окружности, приведено на рисунке 1.5. Анализ выполняемого процесса характеризуется следующим: 1) процедура вырезания поверхности достаточна сложна и трудоемка, выполняется оператором; 2) приспособления на поверхности предмета резания и несущие сопло гид-

роабразивной резки являются очень сложными; 3) отсутствуют элементы автоматизации.

Рисунок 1.4 - Вырезание прямоугольного профиля в нефтехранилище

Рисунок 1.5 - Гидроабразивная резка по образующей окружности трубы

2. С помощью автоматических навесных на поверхности резания приспособлений

Специальные мобильные приспособления установлены на поверхности резания, при движении выполняется требуемая фигура резания, рисунок 1.6 [19,103]. Ограничение - плоская или с малой кривизной поверхность резания.

Рисунок 1.6 - Резка с помощью автоматических навесных на поверхности резания

3. На основе стационарных установок и специальных станков для гидроабразивной резки

Стационарные установки и специальные станки для гидроабразивной резки используются в стационарных условиях. Труба, на поверхности которой требуется вырезать требуемую полость подводится к месту стационарной системы гидроабразивной резки - станок. Стационарная установка, выполняющая несколько окружностей на поверхности трубы представлена на рисунке 1.7 [97, 98].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Абу Махфуз Ахмад Аталлах Салем, 2018 год

- - 1 -

х 102 I с

0 1 2 3 4 5 6 7

Рисунок 5.28 - Моменты реакции во втором звене манипулятора: графики 1, 2, 3 - моменты реакции относительно осей X, Г, 2 соответственно

Nаxq3, Nаyq3, №о2д3, Нм

1 ____./77 3

/ ы™

1 --- --- \ 2 к.

1 ------

-- - - - -

х 102 Ь, с

1 2 3 4 5 6 7

Рисунок 5.29 - Моменты реакции в третьем звене манипулятора: графики 1, 2, 3 - моменты реакции относительно осей X, Г, 2 соответственно

Noxq4, Noyq4, Nozq4, Нм 15

-10

х 102 с

0 1 2 3 4 5 6 7

Рисунок 5.30 - Моменты реакции в четвертом звене манипулятора: графики 1, 2, 3 - моменты реакции соответственно относительно осей X, У, 2

5.2. Исследование алгоритмов межкоординатной коррекции траектории

движения рабочего органа

В главе 3 рассмотрен метод межкоординатной коррекции, основанный на представлении многокоординатной САУ в виде вложенных контуров (рисунок 3.13). Проведем моделирование и исследование алгоритмов адаптации применительно к рассматриваемому в работе технологическому роботу. Алгоритмы (3.24) основаны на введение дополнительного автономного управления Ag в функции нерасчетного возмущения «предыдущей» координаты. Оценим принципиальную возможность реализации межкоординатной коррекции. Для упрощения будем рассматривать взаимодействие исполнительных приводов, отвечающих за угловые перемещения по обобщенным координатам q2, q3, что соответствует контурам 2, 3. Причем при их перекрестной коррекции рассматривается динамика и точность работы манипулятора технологического робота в целом. При моделировании задавалось постоянное возмущение в виде дополнительной составляющей для выходной координаты второго звена, что в приведение к параметру h составляло 5 мм. Это смещение рассматривается как дополнительное нерасчетное возмущение для второй А/2 координаты. С использованием модели привода по возмущению М2(р) эта составляющая д/ выделяется во втором контуре. Далее через контур адаптации К23(р) вводится в третий контур, как дополнительная составляющая Аg3. В качестве моделей контуров по возмущению использовались статические зависимости первого и второго коэффициента ошибки по моменту. Рассмотрим работу контура адаптации при движении по трем выделенным типовым технологическим траекториям (три случая) [5, 33, 34, 37, 38, 39, 51].

Случай 1. Движение по окружности на плоской поверхности

Траектории движения РО по технологической траектории (окружности радиусом 0,6 м) в проекции на горизонтальную плоскость ХОУ приведена на рисунке 5.31, где цифрами обозначены: 1 - траектория движения РО манипулятора без динамиче-

ской коррекции; 2 - траектория движения с применением адаптации. Графики изменения выходной угловой координаты привода в третьем сочленении манипулятора без коррекции представлены на рисунках 5.32-5.33. Изменение координат РО при движении по окружности представлено на рис. 5.32, где цифрами обозначено: 1 -график изменения координаты РО; 2 - график задания координаты РО; 3 - координатная ошибка.

У, м

1.5

1.0

0.5

! с X, м

0 0.5 1.0 1.5 '

Рисунок 5.31 - Проекция технологической траектории движения РО в плоскости ХОУ

X, Дх м 1.8

1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2

....../.

/ /

1 // /

......... 7

\ 2 /7 ________г. 3

У ________ 7....... /

Г _1_

0

2

4

10

12

х 1021 с 14 1' с

а)

8

6

У, Ду, м 1.6

1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2

.....[..........

; 1

/ • тч \ | \ V

I \\ /г V

.......1......V к\....... ......./

. 3 | Л. У/

1 ч

|—

[11111

0

2

4

2, Дх, м 0.8

0.6 0.4 0.2 0 -0.2

68 б)

10

х 102

12 14

и с

2 / 1 г

;

1

| 3.......;

|

х 102

0

2

4

г, с

6 8 10 12 14

в)

Рисунок 5.32 - Характеристики обобщенной координаты без коррекции

а) график изменения координаты X и координатной ошибки РО манипулятора;

б) график изменения координаты У и координатной ошибки РО манипулятора;

в) график изменения координаты X и координатной ошибки РО манипулятора

дз, д3, рад

3.0

2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0

-0.5

1 2

У/ \ // | V

// / \ N V \

/7

3

10

12

х 102 г, с

Рисунок 5.33 - Характеристики обобщенной координаты д3 без коррекции: графики 1, 2, 3 соответственно - изменения задающего воздействия; изменения выходной координаты САУ при движении с постоянной скоростью без контура адаптации; траекторная ошибка

8

0

4

6

2

Как следует из рисунков 5.31-5.33, траекторные ошибки достигают недопустимых значений - до 2,5 мм. Характеристики обобщенной координаты д3 при введении контура адаптации представлены на рисунке 5.34, а на рисунке 5.35 приведен график ошибки в увеличенном масштабе.

Ц3, дз, рад 3.0

2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0

-0.5

2

1

3......

1 } Г

10

12

х 102 г, с

Рисунок 5.34 - Характеристики обобщенной координаты д3 без коррекции в режиме движения с постоянной скоростью: графики 1, 2, 3 соответственно - изменения задающего воздействия; изменения выходной координаты САУ при движении с постоянной скоростью с контуром адаптации; траекторная ошибка

2

4

6

8

0

дз, рад 0.02

0.015

0.01

0.005

0

-0.005 -0.01 -0.015 -0.02

x 102

и, с

Рисунок 5.35 - Траекторная ошибка после коррекции управляющего воздействия

Как следует из приведенных характеристик, введение контура адаптации парирует ошибку до значения 0,008 рад. Характеристики САУ второй координаты и контура перекрестной корректирующей связи в виде дополнительной составляющей управления Ag3 для привода третьей координаты приводе приведены на рисунке 5.36.

д2, дд2, Дgз 0.5

-0.5

x 102

I С

Рисунок 5.36. - Характеристики привода второй координаты и перекрестной компенсирующей связи: графики 1, 2, 3 соответственно - изменения ошибки контура управления д2 второго сочленении; моментной составляющей ошибки второго контура дД£2; изменения дополнительной составляющей управления Ag3 в третьем контур

0

Анализ полученных результатов свидетельствует о целесообразности применения в канале адаптации блока с переменным коэффициентом передачи, характеристика которого зависит от радиуса вырезаемой окружности. Вопрос синтеза динамического коэффициента контура адаптации представляет самостоятельную задачу и в настоящей работе не рассматривается.

Случай 2. Движение по траектории, образованной пересечением двух цилиндров

Проведем анализ характеристик приводов второй и третьей обобщенных координат при движении по технологической траектории, образованной пересечением двух цилиндров без контура и с контуром адаптации. Проекции траектории движения РО (Я = 1,6 м, г = 1,2 м) в координатных плоскостях представлены на рисунке 5.37, где обозначено: 1 - траектория движения РО манипулятора без применения динамической коррекции; 2 - с адаптацией [45, 54]. Введение контура адаптации повышает точность движения РО по заданной траектории в случае изменения комплексного показателя H (рисунок 5.38). Анализ показал необходимость изменения коэффициента передачи в канале адаптации в функции радиусов сопрягаемых цилиндров [5, 38, 51].

X, м 1.5

1.0

0.5

0.5

1.5

У, м

в)

Рисунок 5.37 - Проекции траектории движения РО манипулятора: а) в плоскости ХОУ; б) в плоскости ХОХ; в) в плоскости УОХ

дз, Зз, рад

2.5 2.0 1.5 1.0

0.5 0

-0.5

10 12

х 102 ^ с

Рисунок 5.38 - Траекторная ошибка РО после коррекции управляющего воздействия при введении контура адаптации: графики 1, 2, 3 соответственно - изменения задающего воздействия; изменения выходной координаты при движении с постоянной скоростью с контуром адаптации; траекторная ошибка.

0

0

4

6

8

0

2

Случай 3. Движение по прямоугольному профилю

Проведем анализ эффекта введения контура адаптации межкоординатной коррекции при движении по технологической траектории вида прямоугольник. Проекция траектории движения РО манипулятора в координатных плоскостях представлена на рисунке 5.39, где обозначено: 1 - траектория движения РО манипулятора без

применения динамической коррекции; 2 - траектория движения, полученная с применением метода адаптации.

У, м 1.2

1.0

0.8

0.6 0.4 0.2 0

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

X м

а)

2, м 1.0

0.8

0.6 0.4

0.2 -

0

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

X, м

б)

2, м 1.0

0.8

0.6 0.4

0.2 -

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

У, м

в)

Рисунок 5.39 - Проекции траектории движения РО робота: а) в плоскости ХОУ; б) в плоскости Х02; в) в плоскости У02

Были проведены исследования в режимах движения, аналогичные как при движении по окружности в плоскости и пересечении двух цилиндров. Итоговые характеристики, иллюстрирующие повышение точности при введении адаптивного контура межкоординатной коррекции приведены на рисунке 5.40. График изменения ошибки в увеличенном масштабе дан на рисунке 5.41.

¿3, рад

2.5 2.0 1.5 1.0 0.5

1 2 3 4 5 6 7 8

х 102 9 ^ с

Рисунок 5.40 - Характеристики в режиме движения с постоянной скоростью: графики 1, 2, 3 соответственно - изменения задающего воздействия; изменения выходной координаты САУ при движении с постоянной скоростью с контуром адаптации; тра-

екторная ошибка

¿3, рад 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 0

-0.002 -0.004 -0.006 -0.08 -0.01

2 3

5 6

8 9

х 102 t, с

Рисунок 5.41 - Траекторная ошибка при введении коррекции управляющего воздействия

0

0

0

4

7

Проведенные исследования показали, что введение контура межкоординатной коррекции, формирующего дополнительную составляющую на функции ошибки «предыдущей» координаты, повышает точность движения по заданному контуру.

Проведенные исследования в среде SimMechanics алгоритмов межкоординатной коррекции подтвердили их работоспособность для парирования деформации поверхности резания 5-15 мм, которая в общем случае может изменяется и в больших пределах.

5.3. Выводы

1. Разработанные аналитическая и имитационная модели технологического робота, позволяют на этапе проектирования с помощью методов моделирования осуществлять оценку динамических нагрузок, действующих на манипулятор в процессе отработки типовых траекторий с целью построения рациональной системы управления.

2. Выбранная кинематическая схема манипулятора обеспечивает движение РО с заданной точностью по всем технологическим траекториям: окружность в плоскости, пересечение двух цилиндров труб (в варианте врезки второй трубы), прямоугольный профиль на поверхности цилиндра (трубы).

3. Моменты двигателей приводов в сочленениях всех звеньев находятся в допустимых пределах, не выходя за границы номинальных значений в установившихся режимах, и не превышают максимальных значений в режимах разгон-торможение.

4. Процесс гидроабразивной резки при движении, а именно момент включения струи, должен осуществляться после завершения переходных процессов в приводах исполнительной системы манипулятора с целью предотвращения ошибок при движении по технологической траектории. В противном случае необходимо применять алгоритмы изменения скорости в режимах разгон-торможение.

5. Межкоординатная коррекция, реализующая формирование дополнительного управления в функции ошибки «предыдущего» контура для систем с последовательной кинематической схемой; позволяет снизить ошибку от внешнего возмущения.

6. Алгоритм адаптивного управления эффективно работает вне зависимости от вида технологической траектории. Адаптивный контур межкоординатной коррекции реализуется программно и не вносит в структуру системы существенных усложнений.

7. Введение адаптивного контура межкоординатной коррекции может эффективно использоваться как во вновь разрабатываемых приводах манипулятора технологических роботов, так и при модернизации.

Заключение

При выполнении диссертационной работы получены следующие результаты:

1. Анализ объекта и техпроцесса гидроабразивной резки труб нефтепроводов и поверхностей нефтехранилищ резания выявил принципиальные особенности при его роботизации: ограниченная точность выхода мобильного робота в исходную точку в рамках < 200 мм; не соответствие осей пространственного взаимного расположения технологического робота и поверхности резания (трубы, резервуара); не идеальность поверхности резания, обусловленная сварными швами, деформациями, загрязнением и др.).

2. Обоснована базовая кинематика технологического робота: 6-ти степенной робот с угловой системой координат, дополненная измерительной системой из двух датчиков, образующих в совокупности с измеряемым объектом дифференциальную вилку, и расположенной на последнем звене.

Размеры рабочей зоны - две пересеченные сферы с радиусами Лл= 3440мм, Я2=1191мм при резки наземного нефтепровода с диаметром .0=1200 мм. Сформулированы требования к плечам основания расположения датчиков дифференциальной вилки из условия измерения расстояния до поверхности резания с точностью ± 0,20,5мм, это: ± 100мм относительно оси РО, вылет относительно линии плеч 50мм.

3. Разработан обобщенный алгоритм управления ТР, представляющий последовательность выполнения основных операций, выделенных по технологическим признакам (движение, поиск определенных условий, вид выполняемой операции и др.). При разработке локальных алгоритмов использован принцип декомпозиции.

4. Разработан способ и алгоритм согласования осей ТР и объекта вида трубопровод. Поисковые движения определены из условия точности расположения трубы на участке резания 0,5мм. Точность определения углового положения в вертикальной и горизонтальной плоскостях составила не хуже 0,05 град.

5. Введен комплексный показатель Н для оценки ориентации оси струи по нормали и расстояния поверхности сопла относительно поверхности трубы. Для его стабилизации использованы алгоритмы межкоординатной коррекции. Для точности стабилизации ± 0.2мм погрешность отклонении от перпендикулярности продольной оси РО угла качания а и в относительно осей X, Y в пределах ± 1 град.

6. Разработаны математические и компьютерные модели для исследования алгоритмов управления ТР при движении по технологическим траекториям и деформации поверхности резания. Проведенные исследования в среде SimMechanics алгоритмов межкоординатной коррекции подтвердили их работоспособность для парирования деформации поверхности резания 5-15мм, которая в общем случае может изменяется и в больших пределах.

Список литературы

1. Абу Махфуз, А. Алгоритмы коррекции управляющего воздействия в многокоординатных приводах с перекрестными связями / А. Абу Махфуз // Международная научно-техническая конференция молодых ученых «Новые материалы, оборудование и технологии в промышленности». - Могилев. БРУ, 2012. - 149 с.

2. Абу Махфуз, А. Выбор кинематики технологического робота для гидрорезания нефтепроводов /А. Абу Махфуз // Международная научно-техническая конференция молодых ученых «Новые материалы, оборудование и технологии в промышленности». - Могилев. БРУ, 2013. - 8 с.

3. Агеев, В. Авиакомпании переводят на отечественные метеосводки / В. Агеев // Известия, № 078 от 30.04.2014. URL:

http: //www. delpress. гц/газета/Известия/архив/2014/8294.

4. Александров, А.Г. Оптимальные и адаптивные системы. - М.: Высшая школа, 1989. - 262 с.

5. Анализ возможности роботизации процесса гидрорезания нефтепроводов. Отчет по НИР. Тема № 49/13. Научн. рук. Кобзев А.А. Владимир: ВлГУ, 2014. - 92с.

6. Антонов, В.Н. Адаптивное управление в технических системах / В.Н. Антонов, В.А. Терехов, И.Ю. Тюкин. С.Пб.: СПбГУ. 2001. - 224с.

7. Андрейчиков, Б.И. Динамическая точность систем программного управления станками. - М.: Машиностроение, 1964. - 368 с.

8. Архипов, А.Н. Анализ роботизации процесса гидрорезания нефтепроводов / А.Н. Архипов, А.А. Кобзев, А.В. Лекарева, А.А. Махфуз, Е.Н. Петухов // Современные проблемы науки и образования. 2014. - N6. URL: http://www.science-education.ru/120-15697.

9. Архипов, А.Н. Согласование осей объекта и манипулятора при гидрорезании нефтепроводов / А.Н. Архипов, А.А. Кобзев, Е.В. Еропова, А.В. Лекарева, А.А. Махфуз // Фундаментальные исследования. - 2015, №2. - С. 29-34.

10. Бабич, А.В. Промышленная робототехника / А.В. Бабич, А.Г. Баранов, И.В. Калабин. - Под ред. Шифрина Я.А. - М.: Машиностроение, 1982. - 415 с.

11. Барзов, А.А. Ультраструйные технологии жидкостей и суспензий / А.А. Барзов, А.Л. Галиновский, В.С. Пузаков. - Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009, 250 с.

12. Березовский, Б.М. Смачивание и растекание сварочной ванны на поверхности металла / 12.Березовский, Б.М. // Автоматическая сварка. - 1983. - №10 (367). - С. 3134.

13. Болотоходы // Пневмоход.ру «Вездеходы, снегоболотоходы и болотоходы». URL: http://www.pnevmohod/

14. Бреннер, В.А. Гидроабразивное резание горных пород / В.А. Бреннер, А.Б. Жабин, А.Е. Пушкарев, М.М Щеголевский. - Москва, Изд-во Московского государственного горного университета, 2003, 279 с.

15. Бурдаков, С.Ф. Системы управления движением колесных роботов / С.Ф. Бурдаков, И.В. Мирошник, Р. Э. Стельмаков // СПб. : Наука, 2001. - 232c.

16. Галиновский, А.Л. Минимизация технологической себестоимости гидроабразивного резания с учетом стоимостных и технологических параметров процесса обработки / А.Л. Галиновский, В.А. Тарасов, В.М. Елфимов // Известия ВУЗ. Машиностроение, 2011. - N4. - С. 46-54.

17. Герасун, В.М. Синтез манипулятора для мобильного робота на гусеничном шасси / В.М. Герасун, А.Ф. Рогачёв, И.А. Несмиянов, В.Е. Павловский // Мехатро-ника, автоматизация, управление, 2011. - N5. - С. 51-54.

18. Головачёв, А.А. Исследование концентрации напряжений в тонкостенных конструкциях со сверхнормативными дефектами формы и материала и создание технологии оценки условий их эксплуатации/ А.А. Головачёв, О.Ю. Сметанников // Вестник ПГТУ. Механика. - 2009. - №1 - С. 93-102.

19. Градецкий, В.Г. Движение мобильного робота по горизонтальным, наклонным и вертикальным поверхностям при наличии возмущений и подвижных препят-

ствий / В.Г. Градецкий, М.М. Князьков, Е.А. Семёнов, А.Н. Суханов // Мехатроника автоматизация управление, 2015.- №.-Том16. - C.166-172.

20. Гудвин, Г.К. Проектирование систем управления / Г.К. Гудвин, С.Ф. Грабе , М.Э. Сальгадо. - М.: БИНОМ. Лаборатория базовых знаний, 2004. - 912 с.

21. Датчики // Алл Импекс 2001 «Оборудование для контроля и управления технологическими процессами». URL: http://www.all-impex.ru/about.html/ .

22. Датчики // Измерительные технологии «Датчики и автоматизация промышленного оборудования». URL: http://mtels.ru/index.html/.

23. Дорф, Р. К. Современные системы управления, К.Р. Дорф, Р.Х. Бишоп. -М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2004. - 832 с.

24. Егоров, И.Н. Позиционно-силовое управление робототехническими и ме-хатронными системами / И.Н. Егоров // Владимир: ВлГУ, 2010. - 192с.

25. Егоров, И. Н. Принципы построения и управления манипуляционных систем лазер-роботов / И. Н. Егоров, В. П. Умнов // Мехатроника, автоматизация и управление. 2004. - N11. URL : http://novtex.ru/mech/arch2004_11.htm

26. Егоров, И.Н. Управление робототехническими системами с силомомент-ным очувствлением / И.Н. Егоров, А.А. Кобзев, Ю.Е. Мишулин, В.А. Немонтов // Владимир.: ВлГУ. 2005. 276с.

27. Зеленский, А.А. Способ повышения точности интерполяции сложного контура для мехатронных модулей и промышленных роботов / А.А. Зеленский, Ю.В. Подураев, Д.В. Бондарь // Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2011. - N9. - С. 44-48.

28. Зенкевич, С.Л. Основы управления манипуляционными роботами / С.Л. Зенкевич, А.С. Ющенко: учеб. пособие, 2-е изд. - М. : Изд-во МГТУ им. Баумана, 2004.- 479 с.

29. Игнатьев, М.Б. Об инвариантности голономных автоматических систем. Теория инвариантности в системах автоматического управления. - М.: Наука, 1964.

30. Климчик, А.С. Разработка управляющих программ промышленных роботов / А.С. Климчик, Р.И. Гомолицкий, Ф.В. Фурман, К.И. Сёмкин - Минск.: БГУ-ИР, 2008.- 31 с.

31. Кобзев, А.А. Адаптация управляющего воздействия в приводах сборочного робота/ А.А. Кобзев // Известия ВУЗ. Электромеханика, 1991. - N12. - С.73-79.

32. Кобзев, А.А. Коррекция программного движения в системах управления сборочными роботами/ А.А. Кобзев // Известия ВУЗ. Приборостроение, 1992. - N3. - С.15-20.

33. Кобзев, А.А. Алгоритмы управления технологическим манипулятором Гидрорезания нефтепроводов с учетом специфики выполняемого процесса / А.А. Кобзев, А.В. Лекарева, А.А. Махфуз // Динамика сложных систем - XXI век. - 2016. -№ 4. - С. 36-45.

34. Кобзев, А.А. Анализ алгоритмов коррекции программной траектории в устройстве формирования управляющего воздействия для приводов робототехниче-ских систем / А.А. Кобзев, А.А. Махфуз, А.В. Лекарева, Н.А. Новикова // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - N6 URL: http://www.science-education.ru/120-15702/.

35. Кобзев, А.А. Задачи управления мобильным технологическим роботом гидрорезания нефтепроводов / А.А. Кобзев, А.В Лекарева, А.А. Махфуз, О.В. Оби-динина // XVI МНТК «Актуальные проблемы эксплуатации автотранспортных средств». Владимир: ВлГУ, 2014.- С. 330-332.

36. Кобзев, А.А. Информационное обеспечение роботов для гидрорезания нефтепроводов / А.А. Кобзев, А.А. Махфуз // Международная научно-техническая информация «Информационные системы и технологии». Н. Новогород: НГТУ, ИСТ. 2014. - С. 151-152. URL:http://berestneva. am.tpu.ru/IST/4_1_%E9%F3/151_%EB%CF% C2%DA%C5%D7_ 2.doc.

37. Кобзев, А.А. Исследование алгоритмов динамической коррекции в робото-технических системах / А.А. Кобзев, Н.А. Новикова, А.В. Лекарева, А.А. Абу

Махфуз // Современные проблемы науки и образования. 2014. - N3. URL http://www.science-education.ru/.

38. Кобзев, А.А. Исследование методов динамической коррекции управляющего воздействия в приводах технологического робота гидрорезания на основе принципа вложенных контуров / А.А. Кобзев, Н.А. Новикова, А.В. Лекарева // Динамика сложных систем - XXI век. - 2015. - №3, т. 9. - С 14-19.

39. Кобзев, А.А. Исследование привода с симулятором межкоординатных возмущений / А.А. Кобзев, Н.А. Новикова, А.В. Лекарева, А.А. Махфуз // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-27. - Тамбов: Тамбовск. Гос. ун-т, 2014. - С. 129-133. ISBN 978-5-7433-2386-9.

40. Кобзев, А.А. Концепция роботизации процесса гидрорезания нефтепроводов / А.А. Кобзев, Е.Н. Петухов, А.А. Махфуз // Труды XI Международного симпозиума «Интеллектуальные системы». М.: РУДН, 2014. - С. 356-359.

41. Кобзев, А.А. Обоснование и выбор кинематической структуры манипулятора гидрорезания нефтепроводов / А.А. Кобзев, А.В. Лекарева, А.А. Махфуз // Фундаментальные исследования. 2016. - № 10 (часть 1). - С.53-61.

42. Кобзев, А.А. Особенности реализации четвертой формы инвариантности в системах программного управления / А.А. Кобзев, А.А. Абу Махфуз // Известия ВолгГТУ, серия «Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах», Выпуск 18. Волгоград: Волг ГТУ, 2013. - N22. -С. 102-105.

43. Кобзев, А.А. Особенности роботизации процесса гидрорезания нефтепроводов /А.А. Кобзев, А.А. Абу Махфуз // Теоретические и прикладные вопросы образования и науки. Часть 4. Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции. Тамбов: UKOM, 2014.- 65 c.

44. Кобзев, А.А. Обоснование и выбор кинематической структуры технологического манипулятора гидрорезания нефтепроводов / А.А. Кобзев, А.В. Лекарева, А.А. Махфуз // Фундаментальные исследования. 2016, № 10 (часть 1). - С. 53-61.

45. Кобзев, А.А. Программное управление мобильными технологическими роботами / А.А. Кобзев, В.А. Немонтов, Ю.Е Мишулин, А.А. Абу Махфуз // XV Международная научно-практическая конференция , посвященной памяти профессора И.Н. Аринина «Актуальные проблемы эксплуатации автотранспортных средств». Владимир: ВлГУ, 2013. - C. 66-68.

46. Кобзев, А.А. Система автоматического управления с межкоординатной коррекцией / А.А. Кобзев, В.А. Немонтов, А.А. Абу Махфуз // XXVI Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях: ММТТ-26». - Нижний Новгород. - ННГТУ, 2013. Том 1. - С. 57-59.

47. Кобзев, А.А. Согласование осей мобильного технологического робота и объекта манипулирования / А.А. Кобзев, А.В. Лекарева // Оборонная техника. -2015. - №11-12. - С. 201-205.

48. Кобзев, А.А. Структурная реализация модифицированной четвертой формы инвариантности / А.А. Кобзев, Абу Махфуз // Международная конференция по математической теории управления и математике. М.: МИАН, 2013.- С.129 -132.

49. Кобзев, А.А. Способ согласования осей технологического робота и объекта манипулирования / А.А. Кобзев, Е.В. Еропова, А.А., А.В. Лекарева, А.А. Махфуз // Заявка на патент №2016135606 от 01.09.16.

50. Коржов, Е.Г. Некоторые особенности водоструйной обработки материалов «Water jet-технология» / Е. Г. Коржов // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2006. - N3 - С. 373-387. - ISBN 0236-1493.

51. Лекарева, А.В. Обеспечение инвариантности ошибки по возмущению в системах автоматического управления траекторными перемещениями технологических объектов/ А.В. Лекарева // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2016. -Т. 16. № 5. -С. 787-795. - doi: 10.17586/2226-14942016-16-5-787-795.

52. Логинов, А.В. Оптимизация динамических свойств многокоординатных обрабатывающих центров с гибридной кинематической структурой / А.В. Логинов,

Ю.В. Подураев, К. Харцбекер, Ш. Иленфельдт // Мехатроника, автоматизация, управление, 2010. - N9. - С. 19-26.

53. Лопота, В.А. Экстремальная робототехника и мехатроника. Принципы и перспективы развития / В.А. Лопота, Е.И. Юревич // Мехатроника, автоматизация, управление, 2007. - N 4. - С. 37-42.

54. Лукинов, А.П. Проектирование мехатронных и робототехнических устройств. - С.Пб. Лань, 2012. - 606с.

55. Макаров, И.М. Направления развития МБТР: Интеллектуальные робото-технические системы: тенденции развития и проблемы разработки. Часть 1 / И.М. Макаров, В.М. Лохин, С.Н. Манько, М.П. Романов, П.А. Большаков, Е.А. Мордко-вич, А.В. Семенов // Мехатроника, автоматизация управление, 2004. - N9.- С. 24-32.

56. Медведев, В.С. Системы управления манипуляционных роботов / В.С. Медведев, А.Г. Лесков, А.С. Ющенко // М.: Наука, 1978.

57. Мирошник, И. В. Методы координации в задачах планирования и управления пространственным движением манипуляционных роботов / И.В. Мирошник, В.О. Никифоров // Анализ и управление нелинейными колебательными системами -под ред. Г.А. Леонова и А.Л. Фрадкова. СПб.: Наука, 1998.

58. Народное хозяйство СССР в 1990 году. - Москва: Финансы и статисти-ка,1991. - 752c. - ISBN 5-279-00603-3.

59. Никифоров, В.О. Адаптивное и робастное управление с компенсацией возмущений. СПб: Наука, 2003.

60. Никифоров, В.О. Управление в условиях неопределенности: чувствительность, адаптация и робастность / В.О. Никифоров, А.В. Ушаков. СПб: СПбГУ ИТ-МО, 2002.

61. Новоселов, Б.В. Управление многокоординатными приводами инерционных объектов на основе принципа вложенных контуров / Б.В. Новоселов, А.А. Коб-зев, В.А. Немонтов, А.А. Бессонов // Оборонная техника, 2006 . - N8. - С. 17-20.

62. Новоселов, Б.В. Автоматы-настройщки следящих систем / Б.В. Новоселов, Ю.С. Горохов, А.А. Кобзев, А.И. Щитов. М.: Энергия, 1975 - 264с.

63. Патент РФ № 2012109152, МКП B23Q15/12, 20.09.2014 Способ адаптивной обработки изделий на станках с ЧПУ/ Хрустицкий К. В.// Патент РФ № 2012109152. 2014. Бюл. № 12.

64. Патент РФ № 2084820, МКП в01В11/26, 20.07.1997 Способ ориентации инструмента манипулятора относительно поверхности /Жеребятьев К.В., Нестеров В.Н.// Патент РФ № 2084820. 1998. Бюл. № 20.

65. Патент РФ № 2163189, МКП B25J5/00, 07.12.1999 Устройство для автоматической технологической обработки деталей/ Акинфиев Т.С., Армада Мануэль, Гонзалес де Сантос Пабло, Пановко Г.Я. и [др.] // Патент РФ № 2163189. 1999. Бюл. № 11.

66. Петров, Б.Н. Принципы построения и проектирования самонастраивающихся систем управления / Б.Н. Петров, Ю.В. Рутковский, И.Н. Крутова. М.: Машиностроение, 1972. 260 с.

67. Петров, П.Ю. Глава 20. Описание линии выпуклости сварного шва кривыми второго порядка / П.Ю. Петров //Инновационные подходы в науке и образовании: теория, методология, практика. Пенза: МЦНС «Наука и Просвещение». - 2017. - С. 232-247.

68. Подураев, Ю.В. Проектирование систем компьютерного управления для манипуляционного робота РЦМЛ-560 на основе критерия функционально структурной интеграции / Ю.В. Подураев // Мехатроника, автоматизация, управление, 2003. -N2. - С. 22 - 28.

69. Подураев, Ю.В. Основные аспекты создания отечественных робототехни-ческих комплексов лазерной сварки с адаптивной системой управления / Ю.В. Подураев, Ю.В. Илюхин, С.Ф. Яковлев, А.В. Возжинский // Мехатроника, автоматизация, управление, 2011. - N11. - С. 18-22.

70. Пол, Р. Моделирование, планирование траекторий и управление движением робота-манипулятора. - М.: Наука, 1976. - 104 с.

71. Притыкин, Н.Ф. Методы и технологии виртуального моделирования движений адаптивных роботов с использованием средств компьютерной графики / Н.Ф. Притыкин // Мехатроника, автоматизация, управление, 2011. - N6. - С. 34-41.

72. Протасов, Ю.И. Разрушение горных пород. - М.: Издательство Московского горного университета, 2002.

73. РД-23.040.00-КТН-090-07. «Классификация дефектов и методы ремонта дефектов и дефектных секций действующих магистральных нефтепроводов». ОАО «АК «Транснефть». Москва, 2007.

74. Российский статистический ежегодник. 2012 год. - Москва: Росстат, 2012. -786с. ISBN 978-5-89476-352-1.

75. Роботизация сборочных процессов. Под ред. Д.Е. Охоцимского. М.: Наука, 1985. - 256с.

76. Рубцов, И.Н. Динамика мобильного робота при движении по пересеченной местности / И.В. Рубцов, И.Н. Егоров, В.И. Коротков // Труды МГТУ им. Н.Э Баумана, Серия. Специальная робототехника. М.: МГТУ, 2013. - С. 38-44.

77. Саруев, А.Л. Прочность оборудования газонефтепроводов и хранилищ / А.Л. Саруев // Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. - 120 с.

78. Сафонов, Ю. М. Электроприводы промышленных роботов М.: Энергоато-миздат. 1990- 176 c.

79. Степанов, Ю.С. Современные технологии гидро- и гидроабразивной обработки заготовок / Ю.С. Степанов, Г.В. Барсуков, Е.Г. Алюшин // Наукоёмкие технологии в машиностроении, 2012. N6. - С.15-20.

80. Тарасов, В.А. Проблемы и перспективы развития гидроструйных технологий ракетно-космического машиностроения / В.А. Тарасов, А.Л. Галиновский //Наука и инновации, 2013. N3. URL: http: //engj ournal .ru/catalog/machin/rocket/636.html

81. Тихомиров, Р.А. судостроительных материалов / Р.А. Тихомиров, В.Ф. Бабин, Е.Н. Петухов, И.Д. Стариков, В.А. Ковалев // Л.: Судостроение, 1987. - 164с.

82. Тищенко, Л.А. К вопросу о повышении производительности оборудования гидроабразивной обработки / Л.А. Тищенко, Д.В. Афанасьев, И.А. Нотин // Известия ВУЗ. Машиностроение, 2012. - N5. - С.64-67. ISSN: 0536-1044.

83. Фархатдинов, И.Г. Экспериментальное исследование дистанционного управления мобильным роботом с применением системы отражения усилий с переменным коэффициентом обратной связи / И.Г. Фархатдинов, Ю.В. Подураев // Вестник МГТУ Станкин, 2011. - N1. - С. 17-21.

84. Цыкунов, А.М. Адаптивное и робастное управление динамическими объектами по выходу. М.: Физматлит. 2009. - 268с.

85. Шахинпур, М. Курс робототехники. - М.: Мир, 1990. - 527 с.

86. Шульга, В.А. Основные нефтепроводы России и СНГ. Учебное пособие для ВУЗов. URL: http://lib/znate/ru/docs/index109756/html.page=27/ .

87. Юревич, Е.И. Фундаментальные задачи робототехники / Е.И. Юревич // Мехатроника, автоматизация, управление, 2011. - N2. - С. 2-5.

88. Ющенко, А.С. Методы нечеткой логики в управлении мобильными ма-нипуляционными роботами / А.С. Ющенко // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Приборостроение , 2012. C.29-43.

89. Ющенко А.С. Основы управления манипуляционными роботами: Учебник для вузов / А.С. Ющенко, С.Л., Зенкевич // - 2-е изд., исправ. и доп. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. - 480 с.

90. Ahmad, A. Mahfouz Mechatronics Design of a Mobile Robot System / Ahmad A. Mahfouz, Ayman A. Al, Farhan A. Salem // I.J. Intelligent Systems and Applications, ijisa. URL: http://www.mecs-press.org/)/. D0I:10.5815. 2013. - P. 23-36.

91. Ahmad A. Mahfouz Mechatronics Subsystems' Classification, Role, Selection Criteria and Synergistic Integration in Overall System Design / Farhan A. Salem, Ahmad A. Mahfouz // American Journal of Educational Science.

92. Ahmad, A. Mahfouz Modeling, Simulation and Dynamics Analysis Issues of Electric Motor, for Mechatronics Applications, Using Different Approaches and Verification by MATLAB- Simulink / Ahmad, A. Mahfouz , Mohammed M. K., Farhan A. Salem // I.J. Intelligent Systems and Applications. URL: (http://www.mecs-press.org/). 2013. -P. 39-57.

93. Alexander, Kobzev, Systems of multi coordinated drives of the technological equipment with cross diverse communications / Alexander Kobzev, Aby Maxfus // « Транспорт, Екология, устойчиво, развитие»: Т.У. Варна, ЕКО - ВАРНА , 2012. - Том 19. - р. 487-492.

94. BP Statistical Review of World Energy // Oil reserves , Gas reserves, Coal Reserves , Nuclear Energy, 2014. URL: http://www.bp.com/statisticalreview/.

URL: http://people.math.sfu.ca/~stockie/weld/weld.pdf . ISSN 1061-5733 .1998. - P. 1-9.

95. John M. Stockie The Geometry of Intersecting Tubes Applied to Controlling a Robotic Welding Torch / John M. Stockie // MapleTech.

96. Sensors // Leuze electronic «Sensors and corresponding accessories for industrial automation ». URL:http://leuze.com/en/deutschland/produkte/index.php.

97. https://www.google.ru/search?q=hand+done+water+jet+cutting&newwindow=1 &tbm=isch&q=pipes+water+jet+cutting+&imgrc=vl28eOUqHBb6GM:

98. https : //www.google.ru/search?q=hand+done+water+j et+cutting&newwindow=4 DYTRBIM9EZY-YkUrkMNG&imgrc=LXjVTDoUHUTeZM:

99. https://www.google.ru/search?q=hand+done+water+jet+cutting&newwindow== ++water+jet+cutting+pipes+with+robots&imgrc=eSpfgQesxqzmqM:

100. http : //www.fanucamerica.com/

101. http://www.bohr-edison.ca/products/five-axisintelligentwaterjet/20.html

102. http : //servo star.ru/

103. www.uniprofit.ru/catalog/plasmennaya rezka/cg2/

АКТ

использования результатов кандидатской диссертации Абу Махфуз Ахмад на тему «Модели и алгоритмы управления технологическим роботом автоматизированного комплекса гидрообразивной резки нефтепроводов»

Диссертационная работа выполнена в рамках совместной с ВлГУ НИР по договору № 49/13 «Анализ возможности роботизации процесса гидрорезания нефтепроводов». В работах предприятия используются следующие результаты диссертационной работы:

- анализ объектов гидрорезания (нефтепроводы и нефтехранилища) с позиции автоматизации процесса гидрорезания на основе технологического роботизированного комплекса;

- особенности выбора кинематики технологического робота с введением измерительной системы типа дифференциальной вилки;

- специфика и спектр задач управления мобильными робототехническими комплексами гидрорезания в условиях не полной определенности внешней среды и положения объекта гидрорезания;

- обобщенный алгоритм управления технологическим роботом и некоторые частные алгоритмы (согласования осей объекта резания и технологического робота, выхода в заданную точку поверхности и до.) в условиях не полной определенности расположения объект зости ее поверхности.

в ООО «ГРОТ»

Директор ООО «ГРОТ»

А.Н. Архипов