Циклограммы командоаппарата и промышленного робота

Резюме

§ Для каждого компьютера сети ведите журнал сведений о конфигурации компьютера.

§ Наличие информации о текущей конфигурации компьютера облегчит устранение серьезной неисправности и, кроме того, поможет персоналу, отвечающему за поддержку программных продуктов, решать возникающие проблемы.

§ Программа Windows NT Diagnostics помогает получить информацию об аппаратной и программной конфигурации компьютера, а также создать и распечатать соответствующую сводку.

Рекомендации

§ Ниже приведены рекомендации по осуществлению мониторинга сетевых ресурсов.

§ Установите клиентские средства администрирования (они находятся в папке Clients\Srvtools компакт-диска Windows NT Server) на клиентский компьютер под управлением Windows NT Workstation или Windows 95. Это позволит Вам администрировать с этого компьютера-клиента любой компьютер, работающий под управлением Windows NT Server.

§ Чтобы оставить пользователям время на сохранение своих файлов, всегда посылайте им сообщения перед отключением их компьютера от сервера или выключением сервера.

§ Настройте рассылку так, чтобы административные оповещения всегда отправлялись на компьютеры пользователей, отвечающих за сопровождение сервера.

§ Наличие информации о текущей конфигурации компьютера облегчит устранение серьезной неисправности и, кроме того, поможет решать проблемы персоналу, отвечающему за поддержку программных продуктов.

Рис. 20.5

Рассмотрим работу пневмопривода перемещения руки манипулятора (рис.20.5). По сигналу от командоаппарата в правую полость цилиндра подается сжатый воздух, который действует на поршень с силой F_д3 = p × S_п, где р - давление воздуха, S_п - активная площадь поршня. Под действием этой силы поршень и рука 3 перемещаются влево с постоянным ускорением и с возрастающей скоростью V₃₂ (рис.20.6а). Ограничение хода поршня может осуществляться либо жестким упором без демпфера, либо упором с демпфером.

Рис. 20.6

При остановке на упоре без демпфера, скорость звена 3 должна мгновенно уменьшится с некоторого конечного значения до нуля. При таком изменении скорости ускорение a₃₂ стремится к бесконечности. Такая остановка звена называется жестким ударом. Она сопровождается большими динамическими нагрузками на звенья механизма. Так как реальный манипулятор представляет собой упруго-инерционную систему, то эти нагрузки вызовут отскок звена 3 от упора, а также колебания всего механизма. Схват будет совершать колебания относительно заданного конечного положения. Время затухания этого процесса D t (рис.20.6а) значительно снижает быстродействие ПР.
Уменьшить эти колебания или вообще исключить их можно, обеспечив безударный останов

V_32n = 0, a_32n = 0;

где V_32n, a_32n - относительная скорость и относительное ускорение звеньев в момент останова. Однако это осуществимо только в регулируемом приводе при контурном управлении. Кроме того при безударном останове в конце хода относительная скорость близка к нулю, поэтому время перемещения схвата в требуемое положение значительно возрастает. Компромиссным решением является останов с мягким ударом, при котором относительная скорость в конце хода V_32n= 0, а ускорение ограничено некоторым допустимым значением a_32n <= [a]. В механизмах с цикловым управлением режим движения с мягким ударом обеспечивается установкой упоров с демпферами, гасящими кинетическую энергию руки. Расчет демпфера ведется из условия A_Sn =0, которое обеспечивается равенством за цикл движения работы движущей силы A_Fд3 и работы силы сопротивления демпфера А_Fc (рис. 20.6б):

A_Fд3 = -А_Fc или F_д3 * (H₃₂ - h_д) = - F_c * h_д.

В этом выражении неизвестны две величины F_c и h_д, одной из них задаются, вторую - рассчитывают.

Уравновешивание манипуляторов.

В большинстве кинематических схем манипуляторов приводы восприниамают статические нагрузки от сил веса звеньев. Это требует значительного увеличения мощностей двигателей приводов и моментов тормозных устройств. Для борьбы с этим используют три метода:

• Используют кинематические схемы манипуляторов, в которых силы веса звеньев воспринимаются подшипниками кинематических пар. На мощность приводов и тормозных устройств при таком решении силы веса оказывают влияние только через силы трения в парах. В качестве примера можно привести кинематическую схема робота SCARA (рис. 20.7). Недостатком этого метода являются большие осевые нагрузки в подшипниках.

Рис. 20.7

• Уравновешивание звеньев манипулятора с помощью корректировки их массы. При этом центр масс звена с помощью корректирующих масс смещается в центр кинематической пары (рис. 20.8). Недостатком этого метода является значительное увеличение массы манипулятора и моментов инерции его звеньев.

Рис. 20.8

• Уравновешивание сил веса звеньев манипулятора с помощью упругих разгружающих устройств - пружинных разгружателей или уравновешивателей. Эти устройства не позволяют обеспечить полную разгрузку приводов от действия сил веса на всем относительном перемещении звеньев. Поэтому конструкция этих устройств включает кулачковые или рычажные механизмы, которые согласуют упругую характеристику пружины с характеристикой уравновешиваемых сил веса звеньев. На рис. 20.9 показана схема примышленного робота в котором привод вертикального перемещения руки снабжен механизмом для силовой разгрузки, состоящим из пружины и кулачкового механизма с профилем выполненным по спирали Архимеда.

Рис. 20.9

Точность манипуляторов ПР.

Точность манипуляторов определяется погрешностями позиционирования характеристической точки схвата (точка М) и погрешностями угловой ориентации схвата. Погрешности позиционирования определяются технологическими отклонениями размеров звеньев манипулятора, зазорами в кинематических парах манипулятора и механизмов приводов, деформациями (упругими и температурными) звеньев, а также погрешностями системы управления и датчиков обратной связи. В паспортных данных манипуляторов указывается максимально допустимое отклонение центра схвата манипулятора точки М от ее номинального расположения на множестве возможных конфигураций механизма. В результате погрешностей точка М описывает в пространстве некоторый эллипсоид, который называется эллипсоидом отклонений (рис. 20.10).

Рис. 20.10

Контрольные вопросы к лекции 20

1. Каков план применения метода матриц при анализе кинематической цепи манипулятора?(стр.2-5)

2. В какой последовательности проводится силовой расчет манипуляторов? (стр.7-8)

3. Для чего проводится уравновешивание механизмов манипуляторов?(стр.11-13

Задачи динамики механизмов с учетом податливости звеньев.

Звенья реальных механизмов под действием сил и моментов деформируются. При этом точки или сечения этих звеньев имеют относительные перемещения, которые влияют на их закон движения. Динамические модели реальных механизмов, учитывающие податливость звеньев делятся на дискретные модели и модели с распределенными параметрами. Дискретные модели как более простые применяются чаще. В этих моделях инерционные параметры рассматриваются как сосредоточенные в точках или сечениях звена, а податливость звена представляется как упругая связь (упругая кинематическая пара) между этими массами или моментами инерции.

К основным задачам динамики механизмов с упругими звеньями можно отнести:

• определение резонансных режимов работы механической системы и устранение их изменением ее динамических параметров;
• снижение виброактивности системы, уровня возбуждаемых ей звуковых (и других) колебаний;
• повышение динамической точности;
• применения вибраций или колебаний для выполнения технологический операций;
• другие задачи.

Эти задачи решаются на базе общих методов исследования динамики линейных и нелинейных механических систем. Каждая из рассматриваемых задач может быть сформулирована как прямая (задача анализа) или как обратная (задача синтеза). В прямых задачах динамики при известных динамических параметрах системы определяют закон ее движения и другие характеристики. В обратных задачах (задачах синтеза системы) - по заданным параметрам закона движения, частотам или формам колебаний определяются динамические или конструктивные параметры системы - массы, жесткости, коэффициенты демпфирования, внешние силы и другое. Решение обратной задачи или задачи синтеза более сложно, так как часто она имеет множество допустимых решений, из которых необходимо выбрать оптимальное.

Виды механических колебаний.

Механическими колебаниями (или просто колебаниями) называется такое движение механической системы при котором обобщенные координаты и их производные изменяются во времени периодически возрастая или убывая.

Различают следующие виды механических колебаний:

• свободные или собственные колебания - происходящие без переменного внешнего воздействия и поступления энергии извне;
• периодические - при которых значения обобщенной координаты и ее производных циклически повторяются (если это условие не выполняется, то колебания апериодические);
• вынужденные - вызываемые и поддерживаемые переменной во времени внешней силой;
• параметрические - вызываемые изменением во времени динамических параметров системы (жесткости, массы или момента инерции, демпфирования и др.);
• автоколебания - стационарные колебания возбуждаемые и поддерживаемые за счет энергии поступающей от источника неколебательного характера, в которой поступление энергии регулируется движением самой системы;
• другие виды колебаний.

Динамическая модель системы с упругими связями.

Динамическая модель- математическая модель, которая отражает изменение рассматриваемого явления во времени. При формировании модели некоторыми свойствами объекта пренебрегают (эти свойства называются допущениями), другие свойства сохраняют неизменными (эти свойства называются критериями адекватности модели исследуемому объекту). В данном случае критериями адекватности являются:

• кинетические и потенциальные энергии, которыми обладают звенья и упругие элементы объекта, равны кинетической и потенциальной энергии соответствующих элементов модели;
• работы внешних сил и моментов для объекта и модели равны;
• звенья модели (без учета их деформации) должны двигаться с одной частотой или скоростью.

При формировании дискретной динамической модели принимаем следующие допущения:

• деформация упругих связей линейна и подчиняется закону Гука;
• инерционные свойства звеньев отображаются сосредоточенными в точках массами или сосредоточенными в сечении моментами инерции;
• упругие связи между этими массами и моментами инерции считаем безинерционными;
• влиянием нерезонансных частот при резонансе пренебрегаем;
• потери энергии при деформации упругих связей не учитываем.

Двухмассовая модель привода с упругими связями.

Рассмотрим механическую систему (рис.21.1), состоящую из двигателя 1, редуктора и исполнительного устройства 2.

На рис.21.1 приняты следующие обозначения:

I₁ и I₂^* - моменты инерции соответственно ротора двигателя и исполнительного устройства, с₁ и с₂^* - крутильные жесткости соответственно входного и выходного валов, М_д и М_с - моменты движущих сил и сил сопротивления, угловые координаты: j ₁ - ротора двигателя, j ₁ ' - шестерни редуктора, j ₂ ' - колеса редуктора и j ₂* - исполнительного устройства.

Рис. 21.1

Согласно принятым допущениям приведем движения всех подвижных звеньев системы к движению с частотой (или скоростью) вала двигателя. Для этого определим приведенные жесткости, моменты и моменты инерции. При этом жесткости приводятся из условия равенства потенциальных энергий деформации, моменты - из условия равенства работ, моменты инерции - из равенства кинетических энергий. Для нашего примера:
Передаточное отношение редуктора:

.

Теорема о изменении кинетической энергии:

,

где

- изменение кинетической энергии системы,
- изменение потенциальной энергии системы,
- работа внешних сил.

Приведенный момент инерции исполнительного устройства

.

Приведенная крутильная жесткость выходного вала

.

Приведенная угловая координата исполнительного устройства

.

Приведенный момент сопротивления на валу исполнительного устройства

.

После приведения к одной частоте вращения расчетная схема динамической модели примет вид, изображенный на рис.21.2.

Рис. 21.2

Два последовательно соединенных элемента системы можно заменить одним эквивалентным, при этом суммируются податливости этих элементов

, .

Окончательно расчетная схема принимает вид:

Рис. 21.3

Определение закона движения динамической модели.

Положение звеньев динамической модели определяется двумя обобщенными координатами и . Уравнения движения динамической модели запишем в виде условий кинетостатического равновесия звеньев 1 и 2:

, .

(21.1)

Разделим первое уравнение системы на I₁, а второе - на I₂, и получим:

, .

(21.2)

Преобразуем уравнения системы следующим образом. Вычтем и первого уравнения (21.2) второе, а затем просуммируем уравнения (21.1). Тогда системы уравнений запишется в следующем виде:

, .

(21.3)

Обозначим деформацию упругой связи . Ее вторая производная по времени , откуда . Обозначим также:

или и .

Подставим эти обозначения в (21.3) и получим:

, .

(21.4)

Упругие вынужденные колебания в системе.

Первое уравнение системы содержит только координату деформации упругой связи и описывает упругие колебания в системе, второе включает и координату связанную с движением системы без деформации . Рассмотрим решение первого уравнения системы при следующих исходных данных:

, .

С учетом этого первое уравнение системы (21.4) запишется так:

. (21.5)

Введем следующие обозначения

, , ,

а также: и , и подставим в (21.5):

. (21.6)

Решение этого уравнения при и начальных условиях :

, (21.7)

где:	- свободные колебания с частотой p, - гармонические колебания с частотой p и с амплитудой зависящей от , - вынужденные колебания с частотой возмущающей силы .

Определение собственных частот колебаний системы.

Рассмотрим свободные колебания рассматриваемой системы, то есть положим и . Тогда система составленная из первого уравнения (21.4) и второго уравнения (21.3) запишется так:

, .

(21.8)

Ищем решение этой системы в виде:

.

Для этого дифференцируем это выражение два раза:

и подставляем в систему (21.8):

,
.

Из первого уравнения если , то и .

Из второго уравнения если , то и . Нулевые частоты соответствуют движению системы без деформации.

Определение форм колебаний.

При деформации системы ее собственная частота не равна нулю . Тогда и . Если принять , то и эпюра угловых координат по длине упругой связи будет иметь следующий вид:

Рис. 21.4

При движении системы без деформации собственная частота колебаний равна нулю . Тогда , и . Эпюра угловых координат для движения без деформации показана на рис.21.5.

Рис. 21.5

Пример для системы без упругих связей.

Если в рассмотренной модели принять с₁ и с₂ стремятся к бесконечности, то стремится к и стремится к . Расчетная схема этой динамической модели приведена на рис. 21.6, где:

Рис. 21.6

I^пр^S - приведенный суммарный момент инерции ; M^пр^S - приведенный суммарный момент внешних сил ; DТ - изменение кинетической энергии . Уравнение движения для этой модели: .

Моделирование динамических процессов в приводе с упругими связями.

Рассмотренные выше уравнения движения механической системы можно использовать при моделировании поведения этой системы при различных значениях ее параметров. Ниже (на рис. 21.7) приведены результаты исследования влияния жесткости с на неравномерность вращения Dw, момент в приводе М_п и на динамическую ошибку y.

Рис. 21.7

Контрольные вопросы к лекции 21.

1. Какие задачи решаются в разделе курса ТММ - динамика механизмов с упругими звеньями? (стр.1)

2. Какой процесс в механических системах называют колебаниям, перечислите виды механических колебаний? (стр.1-2)

3. Какие параметры механической системы являются критериями адекватности динамической модели? (стр.2)

4. Какие допущения принимают при формировании динамической модели? (стр.2)

5. Как параметры системы приводятся к параметрам динамической модели? (стр.3-4)

6. На какие составляющие можно разложить закон движения динамической модели при вынужденных колебаниях? (стр.5)

7. Как определяются собственные частоты колебаний системы? (стр.5-6)

8. Какие формы колебаний существуют в двухмассной механической системе? (стр.6)

9. Какие параметры системы исследуются при моделировании динамических процессов? (стр.7)

Дата добавления: 2014-01-04