Система дистанционного управления платформенным роботом с гидравлическими приводами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Карагандинский Государственный Технический Университет

Система дистанционного управления платформенным роботом с гидравлическими приводами

Туткушева Акку Суиндиккызы, магистр, студент

Шоланов Корганбай Сагнаевич, доктор наук,

профессор, старший преподаватель

Объектом исследования являются платформенный робот с гидравлическими приводами. Дано описание экспериментальной установки. Приведено решение пространственного перемещения подвижной платформы путем компьютерного моделирования с применением Матлаб. Получено решение главной задачи кинематики о положениях для позиционного и дистанционного управления. гидравлический привод управление подвижной

В настоящее время в различных сферах деятельности человека находят применение платформенные роботы с параллельными манипуляторами. Особенности подобных роботов позволяют использовать их в качестве активной управляемой опоры, устанавливаемой между защищаемым объектом и источником нештатных механических воздействий. Под нештатным механическим воздействием подразумевается силовое или кинематическое воздействие, приводящее к нежелательным последствиям. К нештатным механическим воздействиям можно отнести колебания земной коры в различных плоскостях с большой амплитудой при землетрясениях, колебание водной поверхности воздействующих на плавающие средства, удары при посадке летающих средств и др.[1,2]. При этом важными и актуальными для управления этими роботами являются вопросы интерфейса и в частности программный интерфейс, обеспечивающий диагностику и управление объектом находящимся на значительном расстоянии.

В данной статье рассматриваются вопросы дистанционного управления платформенным роботом путем удаленного доступа к управляющему компьютеру с помощью программы LiteManager.

Платформенный робот, выбранный в качестве объекта исследования, представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 Платформенный робот

Робот, состоит из верхней 7 и нижней платформы 8, связанных определенным образом с помощью управляемых гидравлических приводов 9. Информационно-измерительная система робота оснащена датчиками давления 3, магнитострикционными датчиками перемещения 2, тензометрическими датчиками 1. Исполнительными устройствами гидравлической системы являются нагнетательные 4 и сливные 5 электромагнитные клапана. Гидросистема питается от гидронасоса 6.

Для того чтобы исследовать насколько платформенный робот может дистанционно обеспечить необходимый объем движения, выполнено компьютерное моделирование платформенного робота с применением программы MatLab. Программа составлена на основе алгоритма, полученного путем преобразования систем координат связанных с подвижными звеньями в неподвижную систему координат и описания этих преобразований с помощью однородных матриц преобразования. Неподвижная система координат С₁Х₁Y₁Z₁связана с нижней платформой через ось С₁Х₁(рис.2), которая направлена по стороне С₁А₁,а ось С₁Z₁- перпендикулярна плоскости нижней платформой.

Рисунок 2 Базовая система координат С1Х1Y1Z1

Принято, что координаты узла С₂ известны, т.к. эти координат выставляются вручную, в зависимости от анатомических особенностей человека. Для того чтобы установить координаты узла В₂ выполним преобразование систем координат по цепи С₁-В₂ и по цепи С₁-В₁-В₂. Причем подвижная система координат при преобразовании по цепи С₁-В₂ связана со звеном 5, а при преобразовании по цепи С₁-В₁-В₂ связана со звеном 8. На рисунке 3 показаны углы, используемые при преобразовании. Принято, что треугольники А₁В₁С₁ и А₂В₂С₂ являются правильными треугольниками со сторонами равными а; длины соединительных звеньев равны l_i = l_i+h_i, гдеh_i- приращения длин звеньев (i=4,5,8).

Рисунок 3 Преобразование систем координат по цепи С1-В2(а) и по цепи С1-В1-В2 (b)

Радиус-вектор точки В₂ определяется матричными равенствами, в которых матрицы преобразования , , сформированы в Matcade (не приведены здесь так как представляют громоздкие выражения).

, ,

, (1)

Ввиду того, что точка В₂ располагается наповерхности сферы с центром в точке С₂, дополнительно к матричным равенствам используется уравнение сферы в виде:

(2)

где , , - известные координаты точки С₂.

В результате совместного решения равенств (1,2) получены координаты точки В₂ и углы б₅, б₈ между осью и осями звеньев соответственно 5 и 8.

,

,

,

,

.

Здесь введены следующие обозначения:

,

,

,

,

,

,

,

.

Для того, чтобы определить положение узла А₂ в системе координат С₁X₁Y₁Z₁,принимаемво внимание то обстоятельство, что в любой момент времени точка А₂ находится на пересечении трех сферических поверхностей с центрами в точках В₂, С₂ с радиусами равными (а), а также поверхностью с центром в точке С₁ радиусом (l₄). Поэтому координат узла А₂ должны удовлетворять следующим трем уравнениям сфер

,

,

. (4)

После совместного решения системы уравнений (4) получено

(5)

В равенстве (5) приняты следующие обозначения

,

,

,

,

,

,

,

,

.

Рисунок 4 Графики визуализации движения платформы (верхнего кольца)

На основе полученных зависимостей сформулирован алгоритм и составлена программа в Matlab, которая визуально демонстрирует пространственные положения верхнего кольца платформенного робота АВС при перемещениях выполняемых по отдельности каждым из трех приводов (рис.4).

Исходными данными для расчетов являются геометрические размеры платформенного робота в начальном положении, а именно: длина стороны правильного треугольника А₂В₂С₂ а=175 мм.; кратчайшие расстояния С₁А₂= В₁В₂= А₁С₂=60мм.; количество положений N=5.

Движение разгибание-сгибание выполняется приводом 8 (рис.3), для визуализации этого движения в программе принято, что при каждом движении звено 8 получает приращение h₈=5 мм (рис.4,а).

Следует отметить, что на всех графиках положения верхнего кольца пронумерованы, а конечное положение кольца отмечено треугольником АВС.

Наклон платформы выполняется перемещением узла А₂ с помощью привода 4 (рис.3). Для визуализации позиции верхнего кольца (рис.4,b) в программе принято, что звено 4 получает приращение h₄=9 мм.

Реализация поворота верхнего кольца 2 выполненное изменением длины звена 5 (рис.3)при h₅=10 мм (рис.4,с) показывает, что при этом точка А₂ опускается вниз, что нежелательно. В этой связи принято, что поворот платформы должен выполняться изменением длин двух звеньев 4 и 5.

На графике (рис.4,d) показаны позиции верхнего кольца платформенного робота при приращениях перемещений в приводах 4 и 5 на величину h₄=9 мм., h₅=10 мм. Как показывают расчеты, поворот платформы с помощью платформенного робота реализуется управляемыми движениями одновременно 2-х, 3-х приводов.

Анализ виртуальных перемещений показывает, что платформенный робот позволяет осуществлять требуемый объем движений. О суммарном объеме движений судят по максимальному углу сгибания, разгибания, боковых наклонов и поворотов.

Приведенная программа позволяет дистанционно управлять платформенным роботом, задавая перемещение штока гидроцилиндров.

Список литературы

1. Angeles, J, Fundamentals of Robotic Mechanical Systems. Theory, Methods, Algorithms, Fourth Edition, Springer, New York, 2014.

2. Sholanov K. Manipulator of a Platform Type Robot Sholkor, J.Advanced Materials Research Vol.930 (2014) pp321-326.

3. Шоланов К.С. Основы мехатроники и робототехники. Алматы: издательство «ЭВЕРО», 2016,116 с.

Размещено на Allbest.ru