Совершенствование электромеханической силокомпенсирующей системы шарнирно-балансированного манипулятора с пантографным исполнительным устройством тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Алтунян Лермонт Левикович

• Алтунян Лермонт Левикович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Алтунян Лермонт Левикович

ВВЕДЕНИЕ

1 ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ МАНИПУЛЯТОРОВ

1.1 Особенности применения современных манипуляторов для механизации производственных процессов

1.2 Существующие конструкции манипуляторов, применяемых при механизации и автоматизации производственных процессов

1.3 Достоинства и области рационального применения шарнирно-балансирных манипуляторов с силокомпенсирующими системами

1.4 Проблемы и задачи совершенствования электромеханических силокомпенсирующих систем шарнирно-балансирных манипуляторов

1.5 Определение требований к электроприводу и системе управления перспективного шарнирно-балансирного манипулятора

1.6 Актуальность и направления совершенствования электромеханических систем управления усилиями перспективных силокомпенсирующих манипуляторов

1.7 Постановка задачи исследования

2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ СИЛОКОМПЕНСИРУЮЩЕГО МАНИПУЛЯТОРА

2.1 Методы и способы математического описания силовых и кинематических взаимодействий в механизмах многозвенных манипуляторов

2.2 Описание механизмов перемещения шарнирно-балансирного манипулятора ШБМ-150М

2.3 Экспериментальные исследования электромеханической системы перспективного шарнирно-балансирного манипулятора ШБМ-150М

2.4 Анализ влияния особенностей конструкции манипулятора на математическое описание механической части

2.5 Расчетная схема шарнирно-балансирного манипулятора

2.6 Кинематический анализ пантографного механизма манипулятора

2.7 Анализ изменения параметров механической части при функционировании манипулятора

2.8 Математическое описание механической части манипулятора ШБМ-150М

2.9 Проверка адекватности математической модели и исследование упруго-диссипативных свойств ИУ манипулятора

2.10 Математическое описание системы управления электропривода

2.10.1 Математическое описание электропривода

2.10.2 Математическое описание управляющей части системы

2.11 Разработка обобщенной математической модели электромеханической системы СКСМ типа ШБМ-150М

Выводы

3 СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИЛОКОМПЕНСИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ПЕРСПЕКТИВНОГО ШАРНИРНО-БАЛАНСИРНОГО МАНИПУЛЯТОРА

3.1 Постановка задачи синтеза системы управления усилиями в силокомпенсирующей системе манипулятора

3.2 Анализ и сопоставление современных методов синтеза электромеханических систем управления усилиями механизмов

3.3 Обоснование рациональной структуры силокомпенсирующей электромеханической системы управления шарнирно-балансирного манипулятора

3.4 Преобразование трёхмассой структурной схемы силокомпенсирующей системы манипулятора

3.5 Исследование влияния изменения обобщённых параметров механизмов на работу манипулятора

3.6 Синтез структуры и параметров управляющего устройства системы вертикальных перемещений груза шарнирно-балансирным манипулятором

Выводы

4 РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОКОМПЕНСИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРА

4.1 Выбор электропривода и элементов системы управления вертикальными перемещениями силокомпенсирующего манипулятора ШБМ-150МИ

4.2 Технические решения по реализации системы управления усилиями в ИУ шарнирно-балансирного манипулятора

4.3 Экспериментальные исследования ШБМ-150МИ в различных режимах и условиях работы

4.4 Анализ возможностей импортозамещения электрооборудования перспективного шарнирно-балансирного манипулятора

4.5 Перспективные направления дальнейшего совершенствования электромеханических систем силокомпенсирующих манипуляторов пантографного типа

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Расчет конструкции элементов исполнительного устройств

манипулятора в Ansys Mechanical

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акты внедрения результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование электромеханической силокомпенсирующей системы шарнирно-балансированного манипулятора с пантографным исполнительным устройством»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Промышленные манипуляторы и роботы находят широкое применение для обслуживания технологических линий и погрузочно-разгрузочных работ. Они широко используются для комплексной механизации операций перемещении грузов во многом определяя производительность основного технологического оборудования. Многообразие конструкций и типов манипуляторов, обусловлено требованиями и условиями применения в конкретном технологическом процессе.

В промышленности широко применяются шарнирно-балансирные манипуляторы (ШБМ), имеющие сложную многозвенную структуру исполнительных устройств (ИУ) пантографного типа, которые обеспечивают перемещение объектов при помощи электроприводов (ЭП), которые управляются в основном изменением задающего воздействия на скорость движения перемещаемого объекта (ПО).

Необходимость повышения производительности и качества функционирования современных ШБМ требует совершенствования их электромеханических систем (ЭМС).

В последнее время значительно повысилось быстродействие современных ЭП, что определяет необходимость учёта влияния на их работу упругости конструкций и механических передач, которые обуславливают появление в полосе пропускания частот ЭМС полигармонических колебаний. Колебания упругих механических передач оказывают отрицательное влияние на качество управления ШБМ, увеличивают динамические нагрузки механизмов и приводят к повышенным колебаниям скорости ПО, снижая точность их установки в технологических позициях.

Исследования показали, что для повышения производительности и расширения функциональных возможностей ШБМ необходимо использовать новые способы управления. В последнее время в технике расширилось применение принципа силокомпенсации для управления различными производственными

механизмами, манипуляторами, робототехническими системами, испытательными стендами и тренажёрными комплексами. Использование способа активной силокомпенсации применительно к ШБМ позволит ЭП осуществлять компенсацию до заданных значений веса подвижных звеньев и ПО, что при приложении к ПО небольших усилий рабочего обеспечит требуемые перемещения и позиционирование технологических объектов. Для этого необходимо создавать силокомпенсирующие системы манипуляторов (СКСМ), которые с помощью ЭП могут осуществить высокоточное управление усилиями, обеспечить компенсацию веса ПО, сил сухого и вязкого трения, препятствующие требуемому движению ПО, а также обеспечить ограничение динамических нагрузок и демпфирование колебаний упругих механизмов.

Комплексное решение актуальной задачи по созданию электромеханических СКСМ позволит улучшить технические характеристики ШБМ: гибкость и удобство эксплуатации; возможность перемещения груза по требуемой траектории при приложении минимальных усилий рабочего; повысить точность установки груза в технологические позиции, транспортировать крупногабаритные и хрупкие объекты.

Исследования в диссертационной работе выполнены:

- по научному направлению ФГБОУ ВО «ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова» «Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы»;

- при поддержке гранта РФФИ в рамках научного проекта № 19-38-90047 на тему «Теоретические и экспериментальные методики исследования силовых взаимодействий в многозвенных упругих механизмах»;

- при выполнении хоздоговора по модернизации системы управления шарнирно-балансирного манипулятора ШБМ-150М (договор между АО «БОМЗ» (г. Боровичи) и «ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова» №542/1443-ФУ от 28.12.2016).

Степень разработанности темы исследования. Разработкой и созданием ШБМ, применяемых для механизации производственных процессов, занимались научные коллективы под руководством: Владова И.Л., Данилевского В.Н., Ионова П.Б. Разработке и исследованию ЭМС с упругими механизмами грузоподъёмных и

других рабочих машин посвящены работы Богославского Е.М., Борцова Ю.А., Герасимяка Р.П., Ключева В.И., Мещерякова В.Н, Соколовского Г.Г. Существенный вклад в развитие теории и практики создания и совершенствования ЭМС управления усилиями в упругих механизмах манипуляторов внесли: Кузнецов В.М., Пятибратов Г.Я., Сухенко Н.А., Хасамбиев И.В, Даньшина А.А. В зарубежной технической литературе приведены результаты исследований по рассматриваемой тематике, выполненные учёными: Ahrens D., Brandenburg G., Christen G., Kaneko Kenji, Luweg H., Ohnishi Konhei, Raatz E.

Разработкой и созданием манипуляторов и систем управления ими в России занимаются: НПО «Технология» (г. Москва), АО «Боровичский опытный машиностроительный завод» (г. Боровичи), а за рубежом фирмы: «System Control Technolgoy Inc.» (США), «Scaglia Indeva Spa» (Италия), «Gorbel Inc.» (США), «Stanly» (США), «Knight Global» (США).

Анализ показал, что, несмотря на выполненные исследования, вопросы создания и практического применения ЭМС, использующие ЭП для компенсации силы тяжести перемещаемого ПО и подвижных звеньев манипуляторов, проработаны недостаточно.

Объектом исследования являются ШБМ, имеющие сложную многозвенную структуру механизмов пантографного типа, звенья подвижности которых в виде плеча и руки управляются одним ЭП.

Предметом исследования являются электромеханические СКСМ управления усилиями, обеспечивающие компенсацию веса звеньев ИУ, ПО, сил трения и инерции передаточных механизмов, а также активное демпфирование колебаний упругих механизмов ШБМ.

Цель диссертационной работы: улучшить технические характеристики и расширить функциональные возможности ШБМ, благодаря применению электромеханической СКСМ управления усилиями в упругих передаточных механизмах.

Для достижения цели диссертационной работы были решены следующие задачи:

- выполнен анализ достоинств и недостатков существующих манипуляторов, определены возможные направления и способы совершенствования их ЭМС;

- обоснована целесообразность применения силокомпенсирующего управления усилиями и активного демпфирования с помощью ЭП колебаний упругих механизмов многозвенных ШБМ;

- разработана математическая модель, описывающая силовые взаимодействия в электромеханической СКСМ с учетом изменения веса ПО и положения звеньев подвижности ШБМ, экспериментально подтверждена её адекватность;

- решена задача синтеза структуры и параметров управляющего устройства ШБМ, обеспечивающего компенсацию веса звеньев подвижности и ПО, а также активное демпфирование ЭП колебаний в упругих многозвенных механизмах при изменении положения и веса ПО;

- разработаны рекомендации по выбору силовой и управляющей части ЭП и предложены технические решения по практической реализации разработанной системы управления ШБМ;

- выполнено создание и внедрение разработанной СКСМ для серийно выпускаемого манипулятора ТТТБМ-150МИ и экспериментально доказана эффективность предложенных технических решений.

Научная новизна представленной диссертационной работы заключаются в следующем:

- впервые научно обоснована необходимость и возможность применения способа активной силокомпенсации инерционности и веса ПО для многозвенного шарнирно-балансирного манипулятора пантографного типа ТТТБМ-150МИ;

- разработана трёхмассовая математическая модель электромеханической СКСМ, отличающаяся тем, что учитывает изменение приведенных к валу двигателя жесткостей и момента инерции ИУ ТТТБМ пантографного типа при вертикальном и радиальном движении ПО различного веса;

- впервые установлено, что при решении задачи синтеза СКСМ по возмущающему воздействию в трехмассовой электромеханической системе (ТЭМС) необходимо учитывать влияния дополнительного колебательного звена второго порядка, которое уменьшает полосу пропускания частот, коэффициент передачи корректирующего канала и увеличивает фазовое отставание требуемого управляющего сигнала;

- разработана методика синтеза адаптивной системы управления усилиями в ИУ манипулятора, отличающаяся тем, что одновременно решает задачи требуемой компенсации силы тяжести ПО и активного демпфирования колебаний в упругих ИУ при учёте реального изменения положения звеньев подвижности манипулятора и фактического веса ПО.

Теоретическая значимость диссертационной работы состоит:

- обосновании целесообразности комплексного применения принципа силокомпенсации и активного способа демпфирования ЭП колебаний многозвенных упругих механизмов ШБМ, что позволило улучшить их технические характеристики и расширить функциональные возможности;

- разработанном математическом описание многозвенного ШБМ пантографного типа с двумя параллелограммными механизмами, которое учитывает сложные изгибные деформации плеча и руки, приводящие к возникновению низкочастотных многорезонансных упругих колебаний, параметры которых зависят от положения и веса ПО;

- определена структура силокомпенсирующей системы управления усилиями в упругих механизмах ШБМ и решена задача синтеза требуемого адаптивного управления, обеспечивающего заданную компенсацию веса ПО и требуемое активное демпфирование колебаний ИУ;

- получены аналитические выражения, позволяющие определить требуемые параметры компенсирующего звена и КУ при реализации адаптивной СКСМ, учитывающей изменение жёсткости, инерционных свойств ИУ, веса ПО, при работе ШБМ.

Практическая значимость диссертационной работы:

- впервые предложено и реализовано силокомпенсирующее управление ШБМ, обеспечивающее требуемую компенсацию веса звеньев подвижности и ПО, а также активное демпфирование колебаний упругих ИУ;

- предложен комбинированный способ идентификации структуры и параметров многозвенных механизмов ШБМ, основанный на применении современных инструментов автоматизации моделирования сложных механизмов, аналитических и экспериментальных методов исследований, которые позволили определить упруго-диссипативные свойства структурно-сложных механизмов;

- предложены технические решения по реализации адаптивной СКСМ с многофункциональным КУ, параметры которого определяются с помощью полученных аналитических выражений, учитывающих изменение параметров механической части системы, обусловленных изменением положения и веса ПО, что позволило повысить качество работы манипулятора ШБМ-150М;

- разработан комплекс программ для ПЭВМ, позволяющий автоматизировать расчёты по выбору силовой части ЭП, и получены аналитические выражения, необходимые для расчета параметров КУ системы управления усилиями в упругих механизмах ШБМ.

Результаты диссертационной работы были использованы:

- при создании системы управления шарнирно-балансирного манипулятора типа ШБМ-150МИ, серийно выпускаемого АО «Боровичский опытный машиностроительный завод» (Новгородская область г. Боровичи) (договор №542/1443-ФУ от 28.12.2016 г.);

- внедрены в ООО МИП "Тик "Политех" при создании манипулятора для загрузки/выгрузки изделий для вертикально-фрезерного обрабатывающего центра Vesta 1000 производства фирмы «HWACHEON MACHINE TOOL., LTD»;

- в учебном процессе Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И. Платова при обучении магистрантов направления подготовки 13.04.02 «Электроэнергетика и

электротехника» и аспирантов направления 13.06.01 «Электро- и теплотехника», направленности «Электротехнические комплексы и системы».

Методология и методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использованы методы теории ЭП, систем автоматического управления, вычислительной математики, активной идентификации параметров, частотные методы исследования, программные продукты систем SoHdWorks, ANSYS и MATLAB.

Положения, выносимые на защиту:

1. Обоснование целесообразности применения силокомпенсирующего способа управления усилиями в упругих механизмах многозвенных ТТТБМ, что повысило их качество работы и расширило функциональные возможности.

2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований по созданию и эффективному применению адаптивной СКСМ управления усилиями в ИУ манипуляторов, обеспечивающей компенсацию веса звеньев и ПО, а также требуемое активное демпфирование колебаний упругих механизмов ТТТБМ.

3. Математическое описание механизмов в виде трёхмассой расчётной схемы, учитывающей изгибные колебания плеча и руки ТТТБМ, позволяющее определить изменения параметров, характеризующих упруго-диссипативные свойства механизмов при изменении положения звеньев подвижности и веса ПО.

4. Метод и результаты синтеза адаптивной СКСМ управления усилиями в упругих механизмах ТТТБМ, обеспечивающий компенсацию веса звеньев подвижности и ПО, а также активное демпфирование с помощью ЭП полигармонических упругих колебаний ИУ при действии возмущающего воздействия.

5. Технические решения, результаты экспериментальных исследований и рекомендации по практической реализации СКСМ управления усилиями в упругих ИУ используемых при создании манипулятора ТТТБМ-150МИ, внедрённого в серийное производство.

Степень достоверности полученных результатов работы обеспечивается корректностью поставленных задач, адекватностью принятых допущений,

обоснованностью применяемых теоретических и экспериментальных методов исследования ЭМС. Расхождение результатов теоретических и экспериментальных исследований, выполненных на серийно выпускаемом ШБМ-150МИ, не превысило 15,3 %.

Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертации доложены и обсуждены на восьми Международных и одной Региональной научно-технической конференции.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 16 научных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК, 8 статей в базе данных научного цитирования Scopus, 5 статей, цитируемые в базе данных научного цитирования РИНЦ, 3 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ.

Соответствие научной специальности. Исследования, выполненные в диссертационной работе, соответствуют формуле и пунктам 1, 3 и 4 паспорта специальности 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы».

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы и двух приложений. Объем диссертации: 179 страниц основного машинописного текста, 52 рисунков и 9 таблиц, 14 страниц списка используемой литературы из 125 наименований.

1 ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ МАНИПУЛЯТОРОВ

1.1 Особенности применения современных манипуляторов для механизации

производственных процессов

Технологический процесс любого производства неразрывно связан с перемещением большого количества грузов, начиная от подачи сырья до выдачи готовой продукции. Основную роль на предприятиях при комплексной механизации процессов труда играют системы подъемно-транспортных механизмов (ПТМ) и устройств [1, 2], которые являются связующими звеньями в технологической цепи, обеспечивающими непрерывность производства. Манипуляторы являются основным регулятором и органической частью технологических процессов, определяющих ритм и производительность основного промышленного оборудования. В настоящее время промышленные манипуляторы (ПМ), как один из типов ПТМ, являются основой комплексной механизации производственных процессов. Манипуляторы обеспечивают рабочему легкое выполнение операций подъёма, опускания, переноса и установки объектов разных форм и размеров при выполнении различных технологических операций.

Первые манипуляторы преимущественно использовались на операциях загрузки-разгрузки металлорежущих и универсальных станков [1], станков с числовым программным управлением (ЧПУ), где и по сей день они применяются. На многих участках, где было осуществлено групповое внедрение манипуляторов, было организовано многостаночное обслуживание оборудования, и соответственно потребность в рабочих была снижена в 2 - 3 раза. В дальнейшем манипуляторы начали применять для разгрузки и разгрузки кузнечно-прессового оборудования, в том числе на таких трудоемких операциях, как замена штамповой оснастки, установок термической обработки и гальванических покрытий, сварочного и другого технологического оборудования.

В настоящее время манипуляторы являются универсальным средством для выполнения самых различных видов работ по перемещению различных грузов [3, 4, 5]: механизация складских, транспортных и погрузочно-разгрузочных работ (рисунок 1.1 а, в, е,); транспортировки деталей (рисунок 1.1 г); монтаж и демонтаж оборудования (рисунок 1.1 д, з); обслуживание машин непрерывного транспорта; механизация упаковки и штабелирования грузов; установка-снятие заготовок и деталей на металлорежущем оборудовании, при обслуживании автоматических линий кузнечно-прессового и основного технологического оборудования, механизации слесарных, сварочных, монтажных и других работ.

На предприятиях машиностроения (рисунок 1.1 г, з) манипуляторы обеспечивают эффективную механизацию сборочных операций, особенно при перемещении тяжелых деталей и сборочных единиц. При производстве железобетонных изделий манипуляторы используют в арматурных работах (транспортирование, укладка, резка и сварка арматурных стержней и каркасов), при открывании и закрывании форм и отделке поверхностей изделий [5, 6].

Манипуляторы используются для механизации операций шлифования и сверления. В этих случаях на грузовом блоке манипулятора монтируется соответствующий инструмент, а при необходимости и средство контроля точности обработки.

Грузоподъемные манипуляторы являются достаточно универсальным средством, они применяются не только в машиностроении, но и в легкой, пищевой промышленности, на предприятиях нефтяной и химической промышленности, ремонтных базах различной техники, для загрузки и разгрузки речного, морского и железнодорожного транспорта.

Основная часть грузов, перемещаемых в различных отраслях промышленности по количеству единиц, состоит из грузов массой 10 - 250 кг. Именно такие грузы составляют основную часть при повторяемости погрузочно-разгрузочных и манипуляционных операций до 100 и более раз в смену.

Рисунок 1.1 - Области и особенности применения манипуляторов

Применять для этих операций традиционные мостовые, козловые, стрелковые или консольные краны с гибкой подвеской груза неэффективно по следующим причинам [2]:

- многообразие операций на каждом рабочем месте требует наличие специальных грузозахватных устройств и манипуляционных средств, данные краны имеют большую зону обслуживания и перекрывают, как привило, весь цех однако число кранов всегда меньше, чем рабочих мест, поэтому, если масса груза составляет 10 - 25 кг, а иногда и более, рабочему приходится выполнять погрузочно-разгрузочные, манипуляционные и транспортно-складские операции вручную, не ожидая пока кран освободится на другом рабочем месте, поскольку ожидание крана приводит к снижению производительности;

- гибкая подвесная системы груза на крюке для выполнения операций на рабочем месте неудобна вследствие раскачивания груза, малых скоростей движения, а также невозможности выполнения манипуляционных операций (поворот груза относительно различных осей);

- сложность выполнения операций по установке груза на позицию, т.к., как правило, для выполнения работы привлечены несколько человек: машинист крана, стропальщик и рабочий, обслуживающий данное рабочее место, если перемещение выполняет сам рабочий, то осложнено выполнение операций по установке груза на позицию;

- в ряде случаев не представляется возможным выполнение необходимых операций краном, и трудно обеспечить требуемую точность установки в технологических позициях.

Промышленные манипуляторы существенно упрощают рутинные операции, связанные с перемещением или установкой (снятием) на станок, или других устройств деталей, которые превышают установленный для ручного подъема вес и снимают необходимость использования кранового оборудования.

Целесообразность применения таких манипуляторов по сравнению, например, с роботами [3,5,7] обусловлена тем, что они гораздо дешевле, не требуют специального проектирования производственной ячейки, имеют меньшие

габариты и вес, отсутствует необходимость написания программ, требующих дополнительных временных затрат, обусловленных изменяющимся производственным процессом. Кроме этого, манипуляторы более просты в обслуживании по сравнению с роботами, более мобильны, обеспечивают быстрый ввод в эксплуатацию, не требуют специально обученного персонала.

Эти факторы определяют целесообразность и эффективность применения манипуляторов при выполнении операций по перемещению различных объектов.

В манипуляторах различных конструкций перемещение по горизонтали осуществляется за счет поворота консоли вокруг опоры. По степени свободы основного несущего звена (консоли) манипуляторы разделяются на балочные (перемещение вверх-вниз) и манипуляторы-пантографы (перемещение вверх-вниз - горизонтально). Для расширения зоны обслуживания могут быть применены перемещаемые манипуляторы, которые имеют привод и направляющие для транспортирования силового (грузоподъемного) узла или стойки.

Существенным является то, что во многих случаях применение манипуляторов позволяет механизировать не только вспомогательные, но и основные технологические операции, тем самым, позволяя повысить производительность работы.

Анализ показал, что большинство недостатков, присущих манипуляторам при перемещении различных объектов, определяются конструкцией, системой управления и человеком-оператором. Из основных недостатков можно выделить пониженную точность установки в технологических операциях, меньшую скорость перемещения грузов по сравнению с роботами. Отрицательным фактором, влияющим на качество и производительность манипулятора, является повышенные колебания перемещаемых объектов при их работе.

Во многих областях промышленности: машиностроении, легкой, пищевой, металлургической, деревообрабатывающей и других, при выполнении некоторых технологических операций необходим непосредственный контакт рабочего с перемещаемым объектом. Например, при монтаже автомобиля (рисунок 1.1 з) рабочему необходимо перенести к месту его сборки тяжелые, крупногабаритные

детали и установить их. Поэтому для таких целей применяются сбалансированные манипуляторы (СМ) [1] с жестким креплением груза, принцип работы которых основан на уравновешивании звеньев и грузозахватного устройства манипулятора за счёт пассивной или активной системы компенсации веса груза [8]. Обычно, вертикальные перемещения груза осуществляются при помощи исполнительного привода манипулятора, который может быть пневматическим, электрическим или гидравлическим, а горизонтальные - за счёт мускульного усилия рабочего-оператора, которые согласно ГОСТ 26057-84 не должны превышать 100 Н при транспортировании объектов массой 100 - 250 кг [9].

При построении СМ более широкое применение находит ЭП по сравнению с пневматическими и гидравлическими. Это связано с простотой подвода энергии, большим КПД, удобством эксплуатации и хорошей управляемостью ЭП. Увеличение объема выпуска электромеханических СМ вызвано прогрессом в области создания новых электродвигателей (ЭД), специально предназначенных для манипуляторов и роботов, которые позволяют создавать ЭП более компактными. На сегодняшний день ЭП целесообразно применять при создании СМ и роботов малой и средней грузоподъемности до 250 кг [1, 8,10].

В настоящее время на практике широкое распространение получили частотные методы регулирования ЭД переменного тока, которые позволяют получить благоприятные энергетические показатели: малое скольжение ЭД, что обусловливает малые потери и высокий КПД во всем диапазоне регулирования скорости.

Перспективным направлением при создании современных манипуляторов стало применение высокомоментных ЭД. Основным конструктивным отличием ЭД такого типа является замена электромагнитного возбуждения возбуждением от постоянных высокоэнергетических магнитов. Это позволяет до двух раз уменьшить размеры и массу ЭД, увеличить перегрузочную способность и повысить быстродействие. А применение современных преобразователей частоты (ПЧ) значительно увеличило быстродействие ЭП [10].

1.2 Существующие конструкции манипуляторов, применяемых при механизации и автоматизации производственных процессов

В настоящее время в промышленности применяют манипуляторы следующих типов конструкции: пантографного, параллелограммного, консольного с гибким звеном (трос, цепь, ремень) и комбинированные. Рассмотрим особенности конструкции этих манипуляторов на примере выпускаемых сегодня импортных и отечественных манипуляторов.

Итальянской фирмой «МатЬо» [11] выпускаются различные виды манипуляторов с пневматической системой управления. Манипуляторы, выпускаемые компанией, применяются в различных отраслях промышленных производств, включая авиастроение и создание космических аппаратов. Внешний вид различных манипуляторов приведен на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Манипуляторы Manibo: типа BFA or BFC (а); типа BFB (б); типа

BSB (в); типа MBL (г); типа Hook (д)

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Алтунян Лермонт Левикович, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сбалансированные манипуляторы [Текст] / И.Л. Владов [и др.]; под ред. П.Н. Белянина. - М.: Машиностроение, 1988. - 264 с. - (Автоматические манипуляторы и робототехнические системы).

2. Кузнецов Е.С. Специальные грузоподъёмные машины: учеб. Пособие: в 9 кн. Кн.2: Грузоподъёмные манипуляторы. Специальные полиспастные подвесы и траверсы. Специальные лебедки / Е.С. Никитин, К.Д. Никитин, А.Н. Орлов / под ред. Проф. К.Н. Никитина: Красноярск: Сиб. федер. ун-т., 2011. - 280 с.

3. Юревич, Е.И. Основы робототехники [Текст]: учеб. пособие / Е.И. Юревич. - 2-е изд. перераб. и доп. - СПб: БХВ-Петербург, 2005. - 416 с.

4. Основы робототехники [Текст]: учеб. пособие / Н.В. Василенко [и др.]; под общ. ред. К.Д. Никитина. - Томск: МГП «РАСКО», 1993. - с. 475.

5. Конструирование роботов [Текст]: монография / П. Андре [и др.]; перевод с фр. Д.М. Далечевой, М.С. Фанченко, В.И. Чебуркова; под ред. А.М. Долгова. - М.: Мир, 1986. - 360 с. - Перевод изд.: Hermes Publishing / Pierre Andre [et al.]. France, 1983.

6. Корендясев, А.И. Теоретические основы робототехники [Текст]: в 2-х кн. / А.И. Корендсев, Б.Л. Саламандра, Л.И. Тывес; отв. ред. С.М. Каплунов; Ин-т машиноведения им. А.А. Благонравова. - М.: Наука, 2006. - Кн.1 - 383 с.

7. Юревич, Е.И. Управление роботами и робототехническими системами [Текст]: учеб. пособие / Е.И. Юревич. - СПб: СПбГТУ, 2000. - 171 с.

8. Даньшина, А.А. Совершенствование сбалансированных манипуляторов с применением активного способа компенсации веса груза [Текст] / А.А. Даньшина, Л.Л. Алтунян // АЭП-2016: труды. IX Международной (XX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу, г. Пермь, 3-7 октября 2016 г. / Пермь. Пермский национальный исследовательский политехнический университет. - Пермь: изд-во ПНИПУ, 2016. - С. 405-408.

9. ГОСТ 26057-84 Манипуляторы сбалансированные. Общие технические условия [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 10 с.

10. Пятибратов, Г.Я. Способы и средства совершенствования сбалансированных манипуляторов с электромеханическими силокомпенсирующими системами: монография [Текст]: монография / Г.Я. Пятибратов, А.А. Даньшина, ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова. - Новочеркасск: Лик, 2016. - 194 с.

11. MANIBO Manipolatori Industriali: [Электронный ресурс]. Италия. URL: http://www.mani-bo.com/. (Дата обращения: 27.08.2021).

12. TH80-wire-hoist: [Электронный ресурс] // Tawi. Швейцария. URL: https://www.tawi.com/products/. (Дата обращения: 27.09.2021).

13. FAMATEC: [Электронный ресурс]. Италия. URL: http://www.famatec.com/. (Дата обращения: 28.10.2021).

14. SCAGLIA INDEVA s.p.a: [Электронный ресурс]. Италия. URL: http://www.indevagroup.com/industrial-manipulators/. (Дата обращения: 14.09.2021).

15. Сравнительная таблица: [Электронный ресурс] // АО «Боровичский опытный машиностроительный завод». Боровичи. URL: http://bomz.su/table/. (Дата обращения: 26.05.2020).

16. ООО «Рекорд-Инжиниринг»: [Электронный ресурс]. Екатеринбург. URL: http://www.rekord-eng.com/. (Дата обращения: 27.10.2021).

17. DALMEC: [Электронный ресурс]. Италия. URL: http://www.Dalmec.com/ index.asp. (Дата обращения: 27.10.2021).

18. Intelligent Lifting Devices G-Force®/Easy Arm™: [Электронный ресурс] // Gorbel. США. URL: https://www.gorbel.com/Resources/products/ intelligentassistdevices/gforce/documents/g-forcebrochure.pdf. (Дата обращения: 27.10.2021).

19. Ergonomic Material Handling Systems: [Электронный ресурс] // Knight Global Inc. США. URL: https://knightglobal.com. (Дата обращения: 27.10.2021).

20. Компания SEWEurodrive [Офиц. сайт] URL: https://www.sew-eurodrive.ru/glavnaya.html (дата обращения: 10.04.2020).

21. Инструкция по эксплуатации Movitrac B «SEWEurodrive» URL: https://download.seweurodrive.com/download/pdf/20145799.pdf (дата обращения: 10.11.2021).

22. Алтунян Л.Л. Задачи и проблемы совершенствования электромеханической системы управления сбалансированного манипулятора ШБМ-150М / Даньшина А.А., Пятибратов Г.Я. // Известия вузов. Электромеханика - 2019. - Т. 62, № 5. - С. 54-61.3.

23. Инженерное ПО MOVITOOLS® MotionStudio URL: https://www.sew-eurodrive.ru/produkty/puskonaladka_i_ekspluatatsija/programmnoe_obespechenie/prikl adnoe_programmnoe_obespechenie_movitools/prikladnoe_programmnoe_obespecheni e_movitools.html (дата обращения: 10.11.2021).

24. Пятибратов, Г.Я. Синтез систем подчиненного регулирования электроприводов, минимизирующих динамические нагрузки в упругих механических передачах [Текст] / Г.Я. Пятибратов // Известия вузов. Электромеханика. - 1982. - N 3. - С. 296-303.

25. Synthesis of an object moving control system with flexible suspension under the action of external forces [Text] / G. Ya. Pyatibratov, D.Yu. Bogdanov, A.B. Bekin // Procedia Engineering. - 2015. - Vol.129. - P. 29-36.

26. Алтунян Л.Л. Синтез системы управления усилиями в исполнительном механизме электромеханического силокомпенсирующего манипулятора [Текст] / Г.Я. Пятибратов, А. А. Даньшина // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. - 2017. - Т.60, №3. С. 45-53. DOI: 10.17213/0136-3360-2017-345-53.

27. Воронин, С.Г. Электропривод летательных аппаратов [Текст]: конспект лекций / С.Г. Воронин. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. - Ч. 2. - 115 с.

28. Купцов, Е.А. Полуавтоматическая система управления двуруким манипуляционным роботом [Текст] / Е.А. Купцов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Приборостроение». - 2012. - Спец. выпуск N 6. «Робототехнические системы». - С. 120-135.

29. Титов, В.В. Реализация силомоментного управления для двухстепенного манипулятора [Текст] / В.В. Титов, И.В. Шардыко, И.Ю. Даляев // Вюник НТУУ «КП1». Сер. машинобудування. - 2013. - N 2 (68). - С. 148-156.

30. Пятибратов, Г.Я. Активное демпфирование электроприводом упругих колебаний исполнительных механизмов сбалансированных манипуляторов [Текст] / Г.Я. Пятибратов // Известия вузов. Электромеханика. - 2007. - N 4. - С. 55-61.

31. Сухенко, Н.А. Электромеханические и мехатронные системы управления усилиями промышленных манипуляторов [Текст]: монография / Н.А Сухенко, Г.Я. Пятибратов, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. - Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова, 2014. - 164 с.

32. Сухенко, Н.А. Перспективные электромеханические системы управления усилиями промышленных манипуляторов [Текст] / Н.А. Сухенко, Г.Я. Пятибратов,

A.А. Даньшина // Известия вузов. Электромеханика. - 2015. - N 5 (541). - С. 76-81.

33. Дебда Д. Е. Электромеханические системы регулирования усилий с комбинированным способом компенсации силы тяжести [Текст]: дис. ... канд. тех. наук: 05.09.03 / Дебда Дмитрий Евгеньеви. - Новочеркасск, 2003. - 230 с.

34. Пятибратов, Г.Я. Электромеханические силокомпенсирующие системы подъёмно-транспортных манипуляторов [Текст] / Г.Я. Пятибратов, Н.А. Сухенко // Вестник ЮУрГУ. Сер. «Энергетика». - 2014. - Т. 14, N 4. - С. 67-75.

35. Алтунян, Л.Л. Проблемы и задачи совершенствования медицинских тренажеров с электромеханическими системами разгрузки веса пациентов [Текст] / Л.Л. Алтунян, А.А. Даньшина, Н.А. Сухенко // Электротехника: сетевой электронный научный журнал. - 2015. - Т.2, N 1. - С. 7-13.

36. Prospective electromechanical control systems of industrial manipulator efforts [Text] / N.A. Sukhenko, G.Ya. Pyatibratov, A.A. Danshina, L. L. Altunyan // International journal of power electronics and drive system (IJPEDS). - June 2016. -Vol.7, N 2. - P.416-421.

37. Ключев, В.И. Теория электропривода [Текст]: учеб. для вузов /

B.И. Ключев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 2001. - 704 с.

38. Пятибратов, Г.Я. Оптимизация пассивного демпфирования электроприводом упругих механических колебаний исполнительных органов сбалансированных манипуляторов [Текст] / Г.Я. Пятибратов, И.В. Хасамбиев // Известия вузов. Электромеханика. - 2007. - N 3. - С. 29-34.

39. Алтунян Л.Л. Силокомпенсирующая система управления грузоподъемного электромеханического устройства пантографного типа / Пятибратов Г.Я., Даньшина А.А. // Кибернетика энергетических систем: сб. материалов ХLI Междунар. науч.-техн. конф., 15-17 сент. 2019 г., г. Новочеркасск / Юж.-Рос. гос. политехн. ун-т (НПИ) им. М.И. Платова - Новочеркасск : ЮРГПУ (НПИ), 2020. - С. 356-360. - 0.27 п.л.

40. Барыльник, Д.В. Электромеханическая система компенсации силы тяжести с асинхронным частотно-регулируемым электроприводом [Текст]: дис. канд. тех. наук: 05.09.03 / Барыльник Дмитрий Владимирович. - Новочеркасск, 2009. - 182 с.

41. Богданов Д.Ю. Совершенствование электротехнических систем взаимосвязанного управления усилиями тренажерных комплексов [Текст]: дис. канд. тех. наук: 05.09.03 / Богданов Дмитрий Юрьевич. - Новочеркасск, 2019. -156 с.

42. Экспериментальное исследование системы регулирования усилий на физической модели стенда обезвешивания: Отчет о НИР /Новочерк. гос. техн. унт.- Рук. Г.Я.Пятибратов. - Новочеркасск, 1998 г. - 45 с.

43. Кравченко, О.А. Управление электроприводами при учете реальных свойств механических передач [Текст]: учеб. пособие / О.А. Кравченко, ЮжноРоссийский государственный технический университет (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2003. - 73 с.

44. Пятибратов, Г.Я. Принципы построения и реализации систем управления усилиями в упругих передачах электромеханических комплексов [Текст] / Г.Я. Пятибратов // Известия вузов. Электромеханика. - 1998. - N 5. - С. 73-83.

45. Кирсанов А. А. Введение в аналитическую динамику: Учеб. пособие / Псковский государственный педагогический институт им. С. М. Кирова - Псков, 1999. - 304 с.

46. Пятибратов, Г.Я. Создание и внедрение систем управления усилиями в упругих передачах и исполнительных устройствах электромеханических комплексов [Текст] / Г.Я. Пятибратов, О.А. Кравченко // Известия вузов. Электромеханика. - 2008. - N 1. - С. 45-56.

47. Егоров В.Н., Шестаков В.М. Динамика систем электропривода. - М.: Энергоатом издат, 1983. - 216 с.

48. Пятибратов, Г.Я. Многокритериальный выбор параметров электромеханических систем компенсации сил тяжести при вертикальных перемещениях объектов [Текст] / Г.Я. Пятибратов // Известия вузов. Электромеханика. - 1993. - N 5. - С. 65-70.

49. Пятибратов, Г.Я. Математические модели и идентификация электромеханических систем [Текст]: учеб. пособие / Г.Я. Пятибратов, Д.В. Барыльник, Н.А. Сухенко. - Новочеркасск: Юж.-Рос. гос. политехн. ун-т (НПИ), 2014. - 158 с.

50. Берж К. Теория графов и ее применения. Под редакцией Вайнштейна И.А. Перевод Зыкова А.А. Москва: Изд-во Иностранной литературы, 1962. - 320 с.

51. Пятибратов, Г.Я. Идентификация параметров электромеханических систем с упругими связями, выполняемая с использованием теории направленных графов и экспериментальных частотных характеристик [Текст] / Г.Я. Пятибратов // Известия вузов. Электромеханика. - 1996. - N 5/6. - С. 69-76.

52. Пятибратов, Г.Я. Математическое описание и моделирование систем компенсации силы тяжести с асинхронными частотно-регулируемыми электроприводами [Текст]: монография / Г.Я. Пятибратов, Д.В. Барыльник, О.А. Кравченко, Южно-Российский государственный технический университет (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2006. - 153 с.

53. Тензо-М: [Электронный ресурс]. Россия. URL: https://www.tenso-rn.ru/tenzodatchiki/rastjazhenija-szhatija/198/. (Дата обращения: 28.08.2021).

54. Исакова О.П., Тарасевич Ю.Ю. Обработка и визуализация данных физических экспериментов с помощью пакета Origin. Учебно-методическое пособие. - Астрахань, 2007.

55. Бруяка В.А. Инженерный анализ в ANSYA Workbench: Учеб. Пособ. / В.А. Бруяка, В.Г. Фокин, Е.А. Солдусова, Н.А. Глазунова, И.Е. Адеянов. - Самара: Самар. Гос. Техн. Ун-т. 2010. - 271 с.

56. Егоров В.Н., Шестаков В.М. Динамика систем электропривода. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 216 с.

57. Алямовский А. А. SolidWorks Simulation. Как решать практические задачи. — СПб.: БХВ-Петербург, 2012. — 448 с.

58. Зиновьев В.А. Курс теории механизмов и машин. М.: Наука, 1972. 384 с.

59. Притыкин Д. Е. Обеспечение устойчивости траектории движения пантографного механизма робота-манипулятора [Текст]: дис. канд. тех. наук: 01.02.06 / Притыкин Дмитрий Евгеньевич - Ростов-на-Дону, 2008. - 95 с.

60. Гроп Д. Методы идентификации систем. - М.: Мир, 1979. - 302 с.

61. Пятибратов Г.Я. Анализ влияния центробежных сил инерции на работу силокомпенсирующих систем / Г.Я. Пятибратов, А.М. Киво, О.А. Кравченко, С.В. Папирняк // Изв. вузов. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. -2013. - № 5 (174). - С. 9-13.

62. Пятибратов Г.Я. Способы реализации и направления совершенствования тренажёров для подготовки космонавтов к работе в невесомости [Текст] / Г.Я. Пятибратов, О.А. Кравченко, В.П. Папирняк // Изв. вузов. Электромеханика. -2010. - № 5. - С. 70-76.

63. Бекин А.Б. Совершенствование электромеханических систем с упругими передачами тренажеров для подготовки космонавтов к внекорабельной деятельности [Текст]: дис. канд. тех. наук: 05.09.03 / Бекин Азамат Базарбаевич. -Новочеркасск, 2015. - 196 с.

64. Кравченко О.А. Теория и практика создания электромеханических силокомпенсирующих систем тренажёров для подготовки космонавтов [Текст]:

дис. канд. тех. наук: 05.09.03 / Кравченко Олег Александрович. - Новочеркасск, 2013. - 375 с.

65. Поздеев А.Д. Электромагнитные и электромеанические процессы в частотно-регулируемых электроприводах [Текст] / А.Д. Поздеев. - Чебоксары: Ид-во Чуваш. ун-та, 1998. - 172 с.

66. Виноградов А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока [Текст] / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». - Иваново, 2008. - 298 с.

67. Юревич, Е.И. Теория автоматического управления [Текст]: учебник / Е.И. Юревич. - М.: Энергия, 1969. - 375 с.

68. Экспериментальное исследование системы регулирования усилий на физической модели стенда обезвешивания: Отчет о НИР /Новочерк. гос. техн. унт.- Рук. Г.Я. Пятибратов. - Новочеркасск, 1998. - 45 с.

69. Кравченко, О.А. Принципы построения и реализации систем компенсации силы тяжести [Текст] / О.А. Кравченко, Г.Я. Пятибратов, Н.А. Сухенко, А.Б. Бекин // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. технические науки. - 2013. - N2. - С. 32-35.

70. Михайлов, О.П. Динамика электромеханического привода металлорежущих станков [Текст] / О.П. Михайлов. - М.: Машиностроение, 1989. -240 с.

71. Пятибратов, Г.Я. Особенности создания силокомпенсирующих систем при реализации сложных пространственных перемещений объектов [Текст] / Г.Я. Пятибратов, А.М. Киво, О.А. Кравченко, Н.А. Сухенко // Известия вузов. Электромеханика. - 2013. - N 5. - С. 39-43.

72. Пятибратов, Г.Я. Комплексная методика прямого синтеза на ЦВМ систем автоматического управления [Текст] / Г.Я. Пятибратов // Известия вузов. Электромеханика. - 1984. - N 8. - С. 45-52.

73. Force control optimization in force compensation systems with elastic mechanical gears [Text] / O.A. Kravchenko, G.Ya. Pyatibratov, N.A. Sukenko // Life Science Journal. - 2014. - Vol. 11(12). - P. 178-184.

74. Дебда, Д.Е. Особенности выбора структуры и параметров управляющих устройств электромеханических силокомпенсирующих систем [Текст] / Д.Е. Дебда, Г.Я. Пятибратов // Новые технологии управления движением технических объектов: материалы III Междунар. науч.- техн. конф., г. Новочеркасск, 2000 г. / Новочеркасск. ЮРГТУ(НПИ). - Новочеркасск: изд-во ЮРГТУ(НПИ), 2000. - Т.1. - С. 17-20.

75. Борцов Ю.А., Соколовский Г.Г. Автоматизированный электропривод с упругими связями. - СПб.: Энергоатомиздат, 1992. - 288 с.

76. Топчеев Ю.И. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования: Учеб. пособие для вузов. - М.: Машиностроение, 1989.- 752 с.

77. Апхимюк, В.Л. Теория автоматического управления [Текст]: учеб. пособие для вузов / В.Л. Апхимюк. - Мн.: Вышэйш. шк., 1979. - 349 с.

78. Расчет автоматических систем [Текст]: учеб. пособие для вузов / под ред. А.В. Фатеева. - М.: Высш. шк., 1973. - 335 с.

79. Сабинин Ю.А. Позиционные и следящие электромеханические системы: Учеб. пособие для вузов. - СПб.: Энергоатомиздат, Санкт-Петербургское отд-е, 2001. - 208 с.

80. Соколов Н.И. Синтез линейных систем автоматического регулирования при случайных воздействиях. - М.-Л.: Энергия, 1964. - 128 с.

81. Справочник по автоматизированному электроприводу /Под ред. В.А. Елисеева, А.В. Шинянского. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 616 с.

82. Петров Ю.П. Синтез оптимальных систем управления при не полностью известных возмущающих силах: Учеб. пособие. - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1987.292 с.

83. Титов Б.А., Вьюжанин В.А., Дмитриев В.В. Формирование динамических свойств упругих космических аппаратов. - М.: Машиностроение, 1995.- 304 с.

84. Белман, Р. Динамическое программирование [Текст] / Р. Белман; перевод с англ. И.М. Андреевой, А.А. Корбута, И.В. Романовского, И.Н. Соколовой; под ред. Н.Н. Воробьева. - М.: изд-во иностр. лит., 1960. - 400 с. - Перевод изд.: Princeton University Press / Richard Bellman. New Jersey, 1957.

85. Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г. и др. Математическая теория оптимальных процессов. - М.-Л.: Физматгиз, 1961. - 391 с.

86. Теория автоматического управления: Учеб. для вузов. Ч. II /Под ред. А.В.Нетушила.- М.: Высш. шк., 1972.- 430 с.

87. Летов А.М. Динамика полета и управление. - М.: Наука, 1969. - 360 с.

88. Simulink Control Design - анализ и синтез систем управления для Simulink [Электронный ресурс]: Официальный сайт. URL: http://matlab.ru/products/simulmk-control-design?sphrase_id=27410 (дата обращения: 28.08.2021).

89. Дебда Д.Е., Пятибратов Г.Я. Проблемы модернизации электропривода вальцев при учете упругости механических передач. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 1999. - 25 с.- Деп. в ВИНИТИ 30.12.99, № 3930-В99.

90. Теория линейных систем автоматического управления [Текст]: учеб. для вузов по спец. «Автоматика и телемеханика», в 2-х ч. / Н.А. Бабаков [и др.]; под ред. А, А. Воронова. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1986. - Ч.1 - 362 с.

91. Methods of efficient parameters multifactorial determination of industrial manipulators gears and electric drives [Text] / G.Ya. Pyatibratov, A.A. Danshina, L.L. Altunyan // Procedia Engineering. - 2016. - Vol.150. - P. 1403-1409.

92. Altunyan L. L. Determination of Actuator and Electric Drives Efficient Parameters of Lifting Devices [Электронный ресурс] / Danshina A. A., Pyatibratov G. Ya. // 2018 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, ICIEAM 2018, 15-18 May 2018 / IEEE, Moscow Polytechnic University - Moscow: IEEE, [2019]. - №18738273. - URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/8728661. - 0.295 Мб п. л.

93. Multifactorial determination of the electric drive for the force compensating manipulator [Text] / G.Ya. Pyatibratov, A.A. Danshina // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2017. - Vol.177, N 1. - Режим доступа: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/177/1/012138/pdf.

94. Пятибратов, Г.Я. Влияние противоЭДС двигателя на колебания электромеханических систем [Текст] / Г.Я. Пятибратов, А.А. Даньшина, Н.А Сухенко // Вестник ЮУрГУ. Сер. «Энергетика». - 2015. - Т.15, N 2. - С. 57-66.

95. Пятибратов, Г.Я. Исследование на ЭВМ систем подчиненного управления электроприводов с учетом упругости механических передач [Текст]: метод. указ. / Г.Я. Пятибратов. - Новочеркасск: Новочерк. политехн. ин-т, 1989. -29 с.

96. Пятибратов Г.Я. Возможности применения электроприводов для активного ограничения колебаний упругих механических передач // Изв. вузов. Электромеханика. - 1990. - № 10. - С. 89-93.

97. Altunyan L. L. Adaptive force control in driven equipment of manipulator with parallelogram linkage [Электронный ресурс] / Danshina A. A., Pyatibratov G. Ya., Алтунян Л. Л.; // Proceedings - 2019 : International Ural Conference on Electrical Power Engineering, UralCon 2019; Chelyabinsk; Russian Federation; 1 October 2019 до 3 October 2019 / Institute of Electrical and Electronics Engineers - Chelyabinsk, Russia : IEEE, 2019. - P. 329-334. - URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/8877679.

98. Altunyan L. L. Vibration Damping of Elastic Mechanisms of Multijoint Manipulator by Electric Drive [Электронный ресурс] / Danshina A. A., Pyatibratov G. Ya. // 11th International Conference on Electrical Power Drive Systems, ICEPDS 2020; Saint Petersburg; Russian Federation; 4 - 7 October 2020; [Электронный ресурс] - Saint Petersburg, Russia : IEEE, 2020. - URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/9249364. - 0.475 Мб п. л.

99. Altunyan L. L. Active Damping of Elastic Mechanisms Vibration of Manipulator of Robotics System with Induction Motor Power Drive System [Электронный ресурс] / Danshina A. A., Pyatibratov G. Ya. // Proceedings - 2020 International Russian Automation Conference, RusAutoCon 2020; Sochi; Russian Federation; 6 -12 September 2020 / IEEE - 2020. - № статьи 9208218. - P. 301-306. -URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/9208218. - 0.592 Мб п.л.

100. Altunyan L. L. Efficiency Determination of Vibrations Damping of Elastic Mechanisms with Electric Drive [Электронный ресурс] / Danshina A. A., Pyatibratov G. Ya. // 2020 27th International Workshop on Electric Drives: MPEI Department of Electric Drives 90th Anniversary, (IWED 2020), Moscow; Russian Federation; 27 - 30 January 2020 / Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. - Moscow; Russian

Federation: IEEE, 2020. - № статьи 9069506. - URL:

https://ieeexplore.ieee.org/document/9069506. - 0.401 п.л.Алтунян Л.Л. Определение эффективности демпфирования электроприводом колебаний упругих механизмов шарнирно-балансирного манипулятора / Пятибратов Г.Я., Даньшина А.А. // Известия вузов. Электромеханика - 2020. - Т. 63, № 4. - С. 22-29.

101. Altunyan L. L. Electromechanical Force Compensation System of Weight Removal of Patient for Rehabilitation by the Medical Simulator [Электронный ресурс] / Danshina A. A., Pyatibratov G. Ya. // 2018 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, ICIEAM 2018, 15-18 May 2018 / IEEE, Moscow Polytechnic University - Moscow : IEEE, [2019]. - № 18738234. - URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/8728878. - 0.318 Мб п.л.

102. Altunyan L. Optimal Force Compensating Control of Robotic Lifting Mechanisms/ Pyatibratov G., Danshina A., // 2019 International Russian Automation Conference (RusAutoCon) - 2019. - P. 1-5. DOI: 10.1109/RUSAUT0C0N.2019.8867811.

103. Пятибратов, Г.Я. Условия оптимизации и эффективность демпфирования электроприводом колебаний упругих механизмов [Текст] / Г.Я. Пятибратов // Электротехника. - 2015. - N 7. - С. 9-15.

104. Алтунян Л.Л. Разработка и промышленное внедрение электромеханических силокомпенсирующих систем управления усилиями в исполнительных механизмах шарнирно-балансирных манипуляторов / Л.Л. Алтунян, Г.Я. Пятибратов, Н.А. Сухенко, А.А. Даньшина // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2018. Т. 18, № 2. С. 96-104.

105. Определение требуемых параметров электроприводов для шарнирно-балансированных манипуляторов пантографного типа (Выбор ЭПМПТ): Свид-во о гос. регистр. программы для ЭВМ № 2019664490 / Алтунян Л.Л.; Даньшина А.А.; № 2019663248; заявл. 24.10.19; опубл. 17.11.19 - 2019.

106. Пятибратов, Г.Я. Методика определения рациональных параметров механизмов и электроприводов сбалансированных манипуляторов [Текст] / Г.Я. Пятибратов, А.А. Даньшина, Л.Л. Алтунян // Пром-Инжиниринг-2016: труды II

международной научно-технической конференции, г. Челябинск - Новочеркасск -Волгоград - Астана, 19-20 мая 2016 г. / Челябинск. ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет). -Челябинск: изд-во ЮУрГУ, 2016. - С. 255-259.

107. Даньшина А. А. Электромеханическая система силокомпенсирующего манипулятора с улучшенными техническими характеристиками [Текст]: дис. канд. тех. наук: 05.09.03 / Даньшина Анжела Александровна. -Новочеркасск, 2017.-232 с.

108. Пятибратов Г.Я., Бекин А.Б. Алтунян Л.Л. Определение дополнительных нагрузок электропривода при активном ограничении им колебаний момента в упругих передачах механизма (ZENA) свид. на пр. ЭВМ RU 2016662044; № 2016619424; заявл. 06.09.2016. опубл. 28.10.2016.

109. Пятибратов Г.Я., Бекин А.Б., Алтунян Л.Л. Расчет частотных характеристик в двухмассовой электромеханической системе (АНАЛИЗ) свид. на пр. ЭВМ RU 2016662107; № 2016619405; заявл. 06.09.2016. опубл. 31.10.2016.

110. Системное руководство преобразователей M0VIDRIVE-MDX60B/61B [Офиц. сайт] URL: http://download.sew-eurodrive.com/download/pdf/16838068.pdf (дата обращения: 28.12.2021)

111. Инструкция по эксплуатации. Сервопреобразователь MOVIDYN [Офиц. сайт] URL: https://download.sew-eurodrive.com/download/pdf/09223754.pdf (дата обращения: 27.12.2021)

112. Analog signal conditioner CPJ-CPJ2S [Текст]: руководство пользователя (NU-CPJ-FE-0208) / SCAIME - 8 с.

113. Рабинер, Л. Теория и применение цифровой обработки сигналов. [Текст] / Л Рабинер., Б. Гоулд - М.: Мир, 1978. - 848 с.

114. Телеинформсвязь [Офиц. сайт] URL: http://www.teleinformsvyaz.ru/price.php?type=1 (дата обращения: 27.12.2021)

115. СКБ ИС. ЛИР-ДА158А.02 [Офиц. сайт] URL https://skbis.ru/catalog/rotary/absolute-rotary-encoders/lir-da158a02 (дата обращения: 28.12.2021)

116. Sensoren промышленные датчики [Офиц. сайт] URL: https://sensoren.ru/product/lazernyy_datchik_rasstoyaniya_banner_le550uc1qp/ (дата обращения: 29.12.2021)

117. Алтунян Л.Л. Применение канала компенсации силы трения покоя в манипуляторе ШМБ-150МИ / Алтунян Л.Л.; // Студенческая научная весна - 2018: материалы регион. науч.-техн. конф. (конкурса науч.-техн. работ) студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Ростов. обл., г. Новочеркасск, 24-25 мая 2018 г. / Юж.-Рос. гос. политехн. ун-т (НПИ) им. М.И. Платова - Новочеркасск : ЮРГПУ(НПИ), 2018. - С. 124-125.

118. Боровичский опытный машиностроительный завод. ШБМ-150МИ [Офиц. сайт] URL: https://bomz.su/catalog/shbm-150mi/ (дата обращения: 25.01.2022)

119. Боровичский опытный машиностроительный завод [Офиц. сайт] URL: https://bomz.su/catalog/ (дата обращения: 25.01.2022)

120. «ЧЭАЗ» Электродвигатели и регулируемые электроприводы [Офиц. сайт] URL: https://www.cheaz.ru/products/ese/motors/ (дата обращения: 27.05.2021)

121. Заводом мехатронных изделий [Офиц. сайт] URL: http://zaozmi.ru (дата обращения: 10.08.2021)

122. Заводом мехатронных изделий. СПС (комплектный сервопривод) [Офиц. сайт] URL: http://zaozmi.ru/catalog/servoprivod/sps.html (дата обращения: 10.08.2021)

123. Заводом мехатронных изделий. СПШ [Офиц. сайт] URL: http://zaozmi.ru/catalog/servoprivod/spsh.html (дата обращения: 10.08.2021)

124. ОВЕН. Оборудование для автоматизации [Офиц. сайт] URL: https://owen.ru/product/plk110_m02 (дата обращения: 10.08.2021)

125. УРАЛВЕС. К-Р-16А [Офиц. сайт] URL: https://uralves.ru/catalog/s-shaped/s-shaped-k-p-16a (дата обращения: 10.08.2021)

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Расчет конструкции элементов исполнительного устройств манипулятора в

Ansys Mechanical

При использовании программы Аnsys Mechanical для определения жесткости элемента конструкции к нему прикладывалась сила F = 1000 Н в направлении оси, если элемент конструкции был подвержен силам (растяжения/сжатия), и перпендикулярно оси, если подвержен изгибным силам. Цифровые обозначения элементов конструкции соответствуют принятым обозначениям на рисунке 2.1, главы 2 диссертационной работы. Таким образом определялось значение деформации элемента Ах в зависимости от действующих сил и жесткость по формуле (A.1):

с=F

Ах

(А.1)

Элементы конструкции манипулятора 6 и 12 одинаковы и имеют круглую форму, поэтому при приложении одного и того же усилия они имеют одинаковую деформацию. При определении жесткости элементов 6, 7, 12 точка А жестко зафиксирована, а к точке В приложено сила 1000 Н (рисунок А.1), тогда жесткость составит

F 1000 „ г „ _7 тт/

с612= — =-г = 2,5 • 107 Н/м.

6,12 Ах 4-10-5

Рисунок A.1 - Определение жесткости рычагов 6 и 12

Элемент 7 имеет прямоугольную форму. Определение жесткости элемента 7 происходило по аналогии с элементами 6 и 12:

с — Р~

1000

— = 4,9 • 107 Н/м.

'7 Ах 2,06-10-5

Определение жесткости плеча 9: точка С и В жестко зафиксированы, а к точке А приложена сила 1000 Н (рисунок А.2), тогда жесткость:

F 1000

с9из — Л„_ —

Ах 0,0069

— 1,4 • 105 Нм.

Рисунок А.2 - Определение жесткости плеча 9 На плечо 9 (Рисунок А.2) в зависимости от положения груза в точке А сила может действовать под разным углом. Исследуем, как ведет себя плечо при сжатии, т.е. воздействии силы по оси, как показано на рисунке А.3.

Рисунок А.3 - Сжатие плеча 9

Как было установлено из анимации в Аnsys Mechanical при сжатии плечо также подвержено изгибу, т.к. геометрия плеча сложна и действие сил, и геометрический центр плеча прямоугольного сечения находятся на разном расстоянии. При этом перемещение по оси Оу составляет 2,21 • 10-4 м, а по оси Oz - 3, 4 • 10-5м (см. рисунок А.3). При сжатии элемента 11 его жесткость составляет:

F 1000 _ _ „ _7 тт/

с11сжат = — =-- = 2, 9 • 107 Н/м.

11сжат Дх 3, 4-10-5

В зависимости от положения груза рука принимает различные положения, поэтому было произведено ее исследования при различном приложении усилия. Определение жесткости руки 11 при изгибе: точка С и В жестко зафиксированы к точке А, приложена сила 1000 Н (рисунок А.4а), тогда жесткость:

F 1000 г „ тт/

с11из = — =-- = 5 • 105 Н/м.

11из Дх 2-10-3

Определение жесткости руки 11 при растяжении: точка С и В жестко зафиксированы к точке А, приложена сила 1000 Н (Рисунок А.4б). Из анимации в Аnsys Mechanical было установлено, что при воздействии силы в точке А по оси в вертикальном направлении и фиксации руки в точках C и B, не находящихся по геометрическому центру элемента (см. рисунок А.4 г), рука подвержена изгибу (выгибу) при ее вертикальном положении. При этом перемещение по оси Оу составляет 1,17 • 10-5 м, а по оси Ох - 9,9 • 10-5м (см. рисунок А.4 г). Жесткость при растяжении:

F 1000 г „ _7 тт/

с11пяс = — =-г = 8,5 • 107 Н/м.

11рас Дх 1,17-10

а

б

в

Рисунок А.4 - Определение жесткости руки 11 Для более точного определения жесткости при выгибе руки было изменено направление действия силы, как показано на рисунке А.4 в, тогда:

1000

С11рас — т" —-7 — 5 • 105 Н/м.

11рас Ах 2-10-3

В Таблице А.1 приведены значения упругих деформаций и коэффициентов жесткости элементов ИУ манипулятора ШБМ-150М.

г

Таблица А. 1 - Жесткости элементов конструкции ИУ манипулятора ШБМ-150М

Обозначения Сила Жесткость Деформации

Н/м мм

с6_12 растяжение/сжатие 2,5 • 107 0,04

растяжение сжатие 4,9 • 107 0,00206

с9из изгиб 1,4 • 105 6,9

сжатие 2,9 • 107 0,034

с11из изгиб 5 • 105 2

прогиб 5 • 105 2

^11рас растяжение 8,5 • 107 0,0117

^кол изгиб 1,754 • 106 0,57

Выводы

1. Жесткость элементов 6, 7 и 12, работающих на растяжение/сжатие, в 50 раз больше, чем жесткость руки, и в 178 раз, чем жесткость плеча.

2. Геометрия руки 11 на всем участке имеет прямоугольное сечение, однако действие оси сил находится на расстоянии 66 мм от ее геометрического центра, поэтому при вертикальном положении руки (Рисунок А. 4 б) она подвержена изгибным нагрузкам.

3. Жесткость руки на изгиб и на выгиб равны.

4. Плечо 9 вне зависимости от направления действия силы в точке А (рисунок А.2 и А.3) подвержено изгибным нагрузкам.

5. Деформация изгиба руки в 166 раз больше наибольших деформаций при её растяжении.

6. Изгиб плеча в 202 раза больше деформации растяжения.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Акты внедрения результатов диссертационной работы

УТВЕРЖДАЮ:

Директор ООО МИЛ

АКТ

использования результатов диссертационной работы Алтунян Лсрмонта Левиковнча «Совершенствование электромеханической силокомпенсирующей системы шарнирно-балансированного манипулятора с пантофафньгм исполнительным устройством»

Результаты научных исследований, выполненные и изложенные Алтунян Лсрмонтом Левиковичсм в диссертационной работе «Совершенствование электромеханической силокомпенсирующей системы шарнирно-балансированного манипулятора с пантографным исполнительным устройством», представленной на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы», используются в деятельности ООО МИЛ «ТИК «ПОЛИТЕХ».

При создании манипулятора для загрузки/выгрузки изделий для вертикально-фрезерного обрабатывающего центра Vesta 1000 производства фирмы «HWACHEON MACHINE TOOL., LTD» были использованы следующие результаты научных исследований, предложенные в диссертационной работе: -структура построения системы управления манипулятора; -рекомендации но выбору: датчиков и устройств питания, повышающих помехозащищённости системы управления; элементов силовой части привода;

рекомендации при настройке регулятора системы управления, обеспечивающего необходимые технологические требования.

Полученные Алтунян Л.Л. результаты диссертационной работы имеют существенную научно-прикладную ценность при разработке систем управления усилиями манипуляторов, используемых ООО МИГ1 «ТИК «ПОЛИТЕХ» для загрузки/выгрузки изделий для обрабатывающих центров.

Технический директор

Инженер ООО МИП «ТИК «ПОЛИТЕХ»

ООО МИП «ТИК «ПОЛИТЕХ»

Д.А. Попов

Е.А. Климов