ДИПЛОМ АСЫЛБЕК

қолданыста жоғары қолдау тауып отырған жоғары дәлдіктегі роботтардың жаңа заманға теориялық негізі болып саналады, мысалы, жинақтау және дәнекерлеу жұмыстарында.

Тұйық кинематикалық тізбек негізіндегі маипуляторларды жасау мен оларды зерттеулеру әр түрлі көзқарастағы көптеген еңбектер жарық көрді. Мысалы осы типтегі құрылымдардың бірі болып табылатын платформалық типтегі манипулятор(сурет1.1)

Сурет 1.1 - Платформалық типтегі манипуляторлар

Бұл манипулятордың аты Платформа 1 қатысты алынған. Мұнда әдетте схват орналасқан. Платформа негізбен 2 тікелей шарнирлермен жеке сызықтыө приводтармен 3 байланыстырылған. Ол жоғарғы қаттылықпен ерекшеленеді, яғни соған сай дәлдікпен позицияланады.

Бірақ берілген типтегі манипулятордың қызмет көрсету аумағының көлемі үлкен емес екендігін айтып көрсете кетуіміз керек.

Сондай-ақ жазық тұйық кинематикалық тізбектер негізіндегі манипуляторларды қолданудың да болашағы бар деп саналады, шынығында 1.2 суретте берілген жазық манипуляторларда схват тасымалдаушы қозғалысын іске асыру үшін 2 еркіндік дәрежесі бар.

Бұл манипуляторлардың дәлдікпен позициялануы тұйық емес кинематикалық тізбектер негізіндегі қарапайым манипуляторлардың дәлдігінен бірнеше есе жоғары. Бұл манипуляторға тән сипат приводты қозғалтқыштардың негізінде орналасуы, олардың жүк көтергіштік мүмкіндігін арттырады. Зерттеу көрсеткендей, жылдам қозғалғыштыққа қатысты тұйық манипуляторлар бірқатар жағдайларда тұйық емес кинематикалық тізбекті манипуляторларға қарағанда басымдылық көрсетеді.

Сонымен бірге тұйық кинематикалық тізбектер негізіндегі манипулятор тұйық емес кинематикалық тізбектер негізіндегі дәстүрлі манипуляторларға жол береді,және сол корсеткіштерді атап кетуіміз керек.

Бұл қызмет көрсету аумағының көлемі. Манипуляторлардың звеноларының ұзындығына тәуелді қызмет көрсету зоналарын анықтайтын кинематикалық анализ жұмыста көрсетілген.

11

Мұнда кейбір есептеулер мен иллюстрациялар, тұйық кинематикалық тізбектер негізіндегі манипуляторлар тұйық емес кинематикалық тізбектер негізіндегі манипуляторлармен салыстырғана қызмет көрсету зонасы салыстырмалы түрде аз екендігін көрсететін дәлелдіктер келтірілген.

Сурет 1.2 - Жазық тұйық кинематикалық тізбектер негізіндегі манипулятор

Тұйық кинематикалық тізбектер негізіндегі манипуляторларды қызмет көрсету сипаттамасы зерттеуге арналған жұмыс. Бұл жұмыста тұйық емес кинематикалық тізбектер негізіндегі манипулятор салыстырғанда тұйық кинематикалық тізбектер негіздегі қызмет көрсету зонасышарнирлерде шектеу болмаған жағдайда аз, ал бұл жұмыста тұйық емес кинематикалық тізбектер негізгі манипулятормен салыстырғанда шарнирлерде шектеу болмаған жағдайда қызмет көрсету зонасы тұйық кинематикалықтңзбеткр негізінде манипуляторде аз, ал шарнирлі манипуляторлардағы шынайы конструктивтік шектеуді ескерген кезде тұйық кинематикалық тізбектер негізіндегі манипуляторларды қызмет көрсету зонасы салыстырмалы түрде жақсарады. басқа еңбекте қызмет көрсету зонасының ұлғаю мәселесі шарнир А немесе (сурет1.2) қозғалғыш АЕ бағыттаушы бойынша орын ауыстыруды орында жолы арқылы шешіледі. Жұмыс бойынша белсенді күшті ескере отырып динамикалық тепе-теңдік әдісін қолдану арқылы тұйық кинематикалық тізбекті манипулятор динамикасын зерттеу жүргізіледі. Түрлі орындарға робототехникалық жүйелерде жоғарғы классты механизмдер негізінде жасалынған манипуляторлар кеңінен қолданыс тауып келеді (МВК). Мұндай манипуляторлар, олардың қозғалғыш рычагты звенолардан тұратын тұйық контурлы құрылымының болуының арқасында жұмыс органының қозғалысының берілген заңдылықтары щығарудың көптеген кинематикалық және динамикалық мүмкіндіктеріне ие болады. Тіректе орналасқан бір қозғалғыштың көмегімен күрделі операцияларды орындауға тек өзінің кинематикасы ғана мүмкіндік беретін бұндай манипуляторлар әлі де құнды. Бұл өз кезегінде роботты басқару жүйесін жеңілдетуге алып келеді. Мұндай манипуляторларды зерттеуге бағытталған негізгі жұмыстар ҚР ҰҒА Академигі

12

Жолдасбеков У.А. және оның шәкірттерінің еңбектерінде көрсетілген. Олар зерттеудің графо-аналитикалық, сандық және аналитикалық әдістерді жасаған, сонымен қатар жоғарғы классты механизмдер негізіндегі манипуляторлардың автоматтандырылған жобалау әдістерін, және олардың негізінде жаңа маипуляторлық құрылғылар жасалынды, әлемдік конструкторлық тәжірибде аналогтары жоқ. Мысалы бұл түрлі жүк көтергіштер, жүк тиегіш-түсіргіштер, ұстағыш құрылғылар(захватное устройство) және т.б.

Жоғарғы классты механизмдер автооператор ретінде қолданылуы өте тиімді болуы мүмкін.

Бұл автооператорлар жалпы өндірісте қажетті, мысалы жазық беттерге өрнектер салу үшін, күрделі қисық сызықты контурлы өнімдер үшін белгілеу жұмыстарында қажет.

1.3суретте көрсетілген автооператорлардың екі еркіндік дәрежесі бар,

Ажәне Е шарнирлерінде электроқозғалтқышы бар қандайда бір жазушы элементі бар привод жүйесінің ұстамының қамтамассыөз етілген орнынан және программалық басқару блогынан тұрады. Бүл конструкция өзінің қарапайымдылығы мен жоғарғы сенімділігі арқылы басқа аналогтарынан өзгешеленеді.

Сурет 1.3 - Автооператор

Еңбектердегі келтірілген шолулардың нәтижесінен үлкен жүк көтеріліп, дәлдікпен позициялануын жылдам қимылды тұйық кинематикалық тізбектер негізіндегі манипуляторларың динамикасын зерттеуге соңғы уақыттарда көп көңіл бөлінетінін көреміз. Дегеніменде осы уақытқа дейін тұйық және тұйық емес кинематикалық тізбектер негізіндегі манипуляторлардың динамикалық сипаттамасының салыстырмалы анализдері беретін еңбектер болған емес. Сондықтанда осы айтылған манипуляторлардың кемшіліктері мен артықшылықтарын анықтау мақсатында көптеген салыстырмалы анализдерді жасауға бағытталған жұмыстардың қажеттілігі туындайды.

13

2 МАНИПУЛЯТОРДЫҢ ПРИВОДТАРЫ

Роботтар жұмысының сапасы тек манипуляторларының конструкциясына ғана байланысты емес, белгілі бір дәрежеде приводтардың жұмыспен де байланысты механикалық беріліс көмегі арқылы оларды қозғалысқа келтіреді. Технологиялық операцияларды орындау кезінде манипуляторға приводтардың көмегі арқылы басқа энергия түрінен өндірілген белгілі бір мөлшерде механикалық энергия жіберіледі. Қолданылатын энергия түрлеріне байланысты приводтар келесідей типтер болады:

-Жылу

-Гидравликалық

-Пневматикалық

-Электрлік

Заманауи өндірістерде бірқатар артықшылықтарына байланысты электрлік приводтар барынша үлкен қолданыс тауып отыр: олар басқарудың ыңғайлы сұлбасын іске асыруға мүмкіндік береді, түзеткіш құрылғыларын көмегімен жеңіл қалыпқа келтіріледі, жақсы энергиялық көрсеткіштері бар, қолдануға ыңғайлы және т.б.

Электроприводтарда элетромеханикалық жүйені көрсететін бірқатыр электрондық, электротехникалық және механикалық құрылғылар бар. Кинематикалық сұлбадан көргеніміздей (сурет 2.1а) және блок – электроприводтар сұлбасы (сурет 2.2б), мұндағы негізгі элементткр электрқозғалтқыш D және Р. Одан басқа оларда кері байланыс және қосымша элеметтер: тахогенератор, түзеткіш құрылғылар, датчик(бергіштер) және т.б. болуы мүмкін.

Манипуляторлардың динамикасын зерттеу кезінде ең маңызды факторларды бірі ретінде олардың приводтарының қозғалтқыштарының сипаттамасын ескеру қажет, және келесі түрдегі теңдеу арқылы беріледі.

d және h конструктивті параметрлері формула арқылы анықталады.

(2.4)

14

– якорь тізбегіндегі ток; – редуктордың беру қатынасы(передаточное отношение).

2.1 - суреттен көргендей элетроқозғалтқыгтан D орындаушы механизмге

а)

15

б)

Сурет 2.1 - Кинематикалық сұлба(а) және блок-электропривод сұлбасы(б): –кіріс сигнал, - басқару сигналы; ЭЭ, МЭ – электрик және механикалық энергия көздері, соған сай, УУ – басқару құрылғысы, П – қайта өндіруші, З – тапсырма бергіш(задатчик), Д – қозғалтқыш, Р – редуктор, ИМ –

орындаушы механизм

Анықтама бойынша орындаушы механизм электроприводтар құралына енбейді, бірақ қозғалысты зерттеу кезінде бөлімін алып қарауға болмайды, орындаушы механизмдердің жұмыс режимін сипаттайтын параметрлер тұтас жүйенің барлыұ қозғалысына нақтылы әсер етеді. Электроприводтардың көмегі арқылы орындаушы механизмдердің қозғалысын басқару кезінде Д-ға мақсатты бағытталған әсердің есебінде координаталарды реттеуді қамтамассыз етеді. Қозғалыс координаталарын реттеу процесін үнемі қозғалтқыштың сол немесе басқа реттеуші сипаттамаларын алумен байланысты.

Реттелетін көлемінің түрі бойынша электроприводтар 2 түрге болінеді.

-Реттелетін(регулируемый)

-Бақылаушы(следящий)

Берілген заң бойынша қозғалтқыштың валының айналу жиілігі өзгеріп отырған жағдайда электропривод реттелетін электропривод болып табылады.

Бақылаушы элетропривод – бұл тұйық динамикалық жүйе, кіріспе өзгергіштік көлем алады, уақытқа тәуелді, және берілген заң бойынша оның жұмыс істеуші қамтамассыз етеді. Дәл осыларда орналасу жағдайының қателіктері туралы (сигнал) белгілерер бойына манипуляторлар тізбегі қалыптасады және қозңалысты басқару түзетіледі.

Бақылаушы электропривод (2.2 сурет) тапсырма бергіш құрылғылардан ЗУ, бастапқы орналасуды көрсететін датчиктерінен(датчик входного положения) ДП және шығыс кері байланыстан ДОС, сәйкессіздікті өлшеуіштер (измеритель рассогласования), қуаттылықты күшейткіш УМ, сондай-ақ

16

орындаушы орган ИО, өзінде элетроқозғалтқышы Д редуктор Р бар (сурет 2.2б) және орындаушы механизм ИМ тұрады.

Сурет 2.2 - Бақылаушы электропривод

Өндірістердегі позициялы және контурлы басқару жұмыстарында бақылаушы приводтар қолданылады. Ал өндірістердегі циклді басқару жұмыстарында ажыратылатын приводтар (разомкнутые) қолданылады.

Жалпы және барлық приводтар үшін қойылатын талаптар, яғни оның процестерінің сапасы және тұрақтылыұтың қорын анықтайтын энегетикалық және динамикалық сипаттамаларға қайылатын талаптар болып табылады. Бұл талаптар олардың динамикасын зерттеудің төменде берілген әдістерінің негізінде жатыр.

17

3 МАНИПУЛЯТОРДЫҢ ДИНАМИКАСЫН ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕРІ

Динамикалық анализдің негізгі мәні - қозғалтқыштың әрбір дәрежесінде әсер ететін динамикалық және статикалық жүктемелердің әсерінен болатын манипуляторлардың қозғалысын анықтау болып табылады.

Манипулятордың қозғалысы үнемі, қандай да бір мақсатта іске асырылады, мысалы схватты берілген нүктеге әкелу немесе оның қызмет ету зонасында берілген траекториясын пайдалану дәне т.б.

Қозғалысты құруға байланысты және манипулятордың динамикалық жағдайын бағалауға байланысты мәселелерді зерттеу өте күрделі, орын даушы органдар тек бір ғана механизмнен тұрмайды, басқару жүйесімен жұмыс істейтін күш приводтары да бар. Сондықтан манипулятордың орындаушы органдарын толық зерттеу есептеу техникаларын қолданған кезде де шешуі қиын мәселе болып табылады. Бұдан келіп, әдетте шынайы динамикалық жүйеден зерттелетін объектінің кейбір оның негізгі ерекшеліктерін ескеретін және кішігірім факторларды ескере бермейтін қарапайым динамикалық моделіне көшеді.

Мұндай модель біріншіден жүйенің динамикалық қасиеттерінің математикалық сипаттамасын әлде қайда жеңілдетуге мүмкіндік береді. Қазіргі кезде манипуляторлардың динамикасын зерттеу кезінде модельдеуді түрлі әдістері қолданылуда, бірқатыр еңбектер соған арналған.

Манипуляторлардың динамикасын зерттеудің аналитикалық әдісі жұмыста берілген. Бірақ аналитикалық әдіс негізінен қарапайымдалған сызықтық моделдерде қолданылады.

Манипуляторлардың динамикалық сипаттамасын зерттеудің экспериментальдық әдістемесі динамикасны бағалауға және бақылаушы электрогидравликалық приводтардың өту процестерінің сапасын анализдеуге мүмкіндік береді.

Әдістеме негізінен сипаттамалық теңдеулердің коэффициенттерін табумен, сондай-ақ оның жұмысын анализдеуге қажетті манипуляторлардың приводтарының сипаттамаларының сандық мәндерін алуға мүмкіндік беретін өту функцияларын аналитикалық құрумен (аппроксимация) шектеледі.

Негізінен манипуляторлардың көп звенолы органдарын моделдеу күрделі аналитикалық тұжырымдамаларын барынша үлкен түрлендірулермен жүргізілетінін айтып ашу керек.

Бұл кезде жалпыға бірдей мойындатылған тәсіл барлық теңдеулер мен параметрлерді матрицалық түрде көрсету болып табылады, яғни звенолардың санына байланыссыз манипуляторларды басқарудың есептерін шешуге және жалпы теорияны жасауға мүмкіндік береді. Бірақ та мұндай аппаратты қолдану компьютердің оперативтік есте сақтау құрылғысында қажетті ақпараттарды сақтау үшін жадтың белгілі бір көлемін талап етеді:

Бұл жұмыста компьютерде уақыт есептеудің азайту мақсатында математикалық моделді жеңілдетудің әдістемесі жасалынды.

18

Тізбек саны аз манипуляторлар үшін кинематикалық және динамикалық параметрлерді байланыстыратын тікелей алгебралық қатынастарды қолдану барынша тиімдірек болып табылады.

Манипуляторлардың динмикасын зерттеудің сандық – аналитикалық әдістері мына еңбектерде берілген, сондай-ақ мұнда компьютерді қолдану арқылы қозғалыс теңдеуінің анализдеу мен алуға арналған аналитикалық есептеу жүйесі(компьютерлік алгебра) берілген.

Жоғарғы класты механизмдер(МВК) негізіндегі манипуляторларды динамикалық анализі мәселелеріне біршама жұмыстар арналған. Жолдасбеков У.А. мен Байгунчеков Ж.Ж. еңбектерінде манипуляторлардың динамикасының зерттеудің сандық әдісі көрсетілген. Жоғарғы класты механизмдердің қозғалысының дифференциалды теңдеулерін кинематикалық тригонометриялық теңдеулер жүйесімен бірге шешу жүргізілген.

Жолдасбеков У.А. мен Молдабеков М.М. жұмыстарында манипуляторлар қозғалыстарының теңдеулеріне оның қозғалыстарының теңдеулерін жай ғана біріктірумен приводтардың динамикасын ескеруге мүмкіндік беретін Даламбер-Лагранж және Лагранж 2-ші текті теңдеулеріне негізделген жоғарғы класты механизмедер негізіндегі манипулторлардың динамикасыныың анализінің аналитикалық әдістері ұсынылған. Сондай-ақ бұл әдістер компьютерде манипуляторлардың динамикасын анализдеуде жалғыз жол еместігін және «қатаңдық» проблемасына байланысты, қиындықты айналып өту үшін, оны шешу үшін интеграциялаудың сандық әдістерін қолдануға мүмкіндік береді.

Соңғы кездерде манипулятордың динамикасын зерттеуде қарапайым теңдеулер жүйелерінің көрінісі, математикалық структуралық сұлба түрінде және автоматты басқару теориясының әдістерін моделдеуде кеңінен қолдануға мүмкіндік беретін беріліс функцияларын қолданады. Сонымен бірге зерттеуді жүргізу үшін модельдеудің түрлі әдістері сандық есептегіш машиналарды қолдануға негізделген, аналогті есептегіш машиналар, сондай-ақ гибридті есептегіш жүйелер, аналогті есептегіш машиналар тұратын байланысу құралдары бар компьютерлер қолданылады.

Манипуляторлардың динамикасын зерттеуде жоғарыда көрсетілген әдістерден өзге де әр түрлі әсер етулер кезіндегі күрделі жүйелердің ерекшеліктерін жай ғана жеткілікті ескеруге мүмкіндік беретін иммитациялық модельдеу әдістері қолданылады. Модельдеудің есептерін шешу интеграциялаудың сандық әдісімен байланысты, (динамикалық модельдерді аналитикалық зерттеу өте қиынға соғатындықтан)

Аналитикалық әдіспен иммитациялық модельдеу әдістерін салыстыру бойынша әртүрлі әсер ету кезінде күрделі жүйелердегі ерекшеліктерін жай ғана ескеруге мүмкіндік береді.

Динамикалық жүйенің, оған жататын бақылаушы приводтар, сипатын моделдеу үшін, компьютерлер қолданылады.

19

Көптеген есептерді шығыруға мүмкіндік беретін көптеген алгоритмдік тілдер бар.

Программалаудың тілін таңдау көптеген жағдайларға байланысты. Программалаудың ыңғайлы болуы жиі шешуші роль атқарады, көптеген тексерілген математикалық әдістер, модельдеудің нәтижесинен жеңіл алынуы өте ыңғайлы. Бұндай ерекшелікке MATLAB пакеті ие, және оның құрамында simulink визуальді модельдеу құралы бар.

Simulink өзегінде аналогтың есептеген машинаның көрнеліктілігі мен компьютердегі дәлдікті үйлестіреді Simulink пайдаланышуға MATLAB пакетінің барлық мүмкіндіктеріне, соның ішінде сандық әдістердің үлкен қорына жол ашады.

Simulinkті пайдаланып модельдеу кезінде программалаудың визуальді принциптері іске асырылады, соған сай пайдаланушы экранда библиотеканы стандартты блоктарынан құрылғылардың моделін қүрады және есептеулерді жасайды.

Параметрлік регулятор манипулятордың динамикасын анализдеу әдісінің ең мақсатты түрінің бірі – дербес компьютер көмегімен нысананы зерттеутін және оның ерекшеліктерін ескеретін моделді құруға негізделген математикалық моделдеу әдісі.

Дәл осы әдісті пайдаланып манипуляторлардың динамикасын зерттеуге бағытталған жұмыстарды одан ары жүргізе аламыз.

Жоғарыда келтірілген жұмыстар көрсеткендей, қазіргі кездегі заманауи манипуляторларға және олардың жетекші звеноларының приводтарының жүйелеріне қойылатын талаптар саны өте көп. Соның ішінде негізгі талаптарының бірі – манипулятордың тапсырылған динамикалық сипаттмасын алу. Тұйық кинематикалық тізбектер негізінде жасалынған манипуляторлары қолданудың дәлдікпен позициялауды, жүк-көтергішті, жылдам қимылды көтеру тұрғысынан қарағанда әлде қайда болашағы зор екендігі көрінеді.

20