Алгоритм проектирования устройства для центрирования труб

Общая характеристика расчетной схемы динамической системы манипулятора. Знакомство с алгоритмом проектирования устройства для центрирования труб. Рассмотрение основных особенностей операционной системы Windows XP. Анализ продукта Matlab Code Generation.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 13.01.2020
Размер файла 934,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Алгоритм проектирования устройства для центрирования труб

1. Функциональное назначение

Устройство для центрирования труб состоит из четырех датчиков дальномеров установленных на траверсе и системы управления гидроприводом манипулятора. Алгоритм методики проектирования устройства для центрирования труб позволяет поэтапно осуществить подбор всех необходимых параметров устройства на основании проведенных исследований и используя современные компьютерные средства.

2. Область применения

Алгоритм используется при проектировании устройства для центрирования труб на ПК с целью подбора параметров удовлетворяющих требования, предъявляемые к точности укладки труб. Он вычисляет необходимый диапазон и точность используемых датчиков-дальномеров, длину выносных опор и угол крепления датчиков, определяет основные параметры встраиваемого контроллера, и позволяет синтезировать алгоритм управления устройством центрирования.

3. Системные требования

При проектировании - персональный компьютер класса Pentium V и выше, операционная система Windows XP и выше. Программное обеспечение - Matlab R2013b и выше.

4. Алгоритм работы устройства для центрирования труб

Процесс проектирования устройства для центрирования труб является комплексной задачей, для решения которой необходимо решить несколько подзадач:

1. Рассчитать параметры крепления датчиков (длину выносных опор и угол наклона к оси траверсы)

2. Выбрать и обосновать используемые датчики.

3. Выбрать встраиваемый контролер для реализации алгоритма.

4. Синтезировать сам алгоритм управления в зависимости от параметров манипулятора и ранее выбранных параметров устройства центрирования.

При этом задача проектирования, осложняется большим спектром манипуляторов, на которых возможно использование устройства для центрирования.

Постановка задачи.

Строительный манипулятор представлен шарнирно-сочлененным многозвенником, звеньями которого являются:

1) базовое шасси манипулятора массой m1, включающей массу ходового оборудования и опор;

2) поворотная платформа массой m2, включающей часть массы гидроцилиндра стрелы;

3) стрела манипулятора массой m3, включающей часть массы гидроцилиндра стрелы и часть массы гидроцилиндра рукояти;

4) рукоять манипулятора массой m4, включающей часть массы гидроцилиндра рукояти;

5) подвеска рабочего органа, массой m5;

6) вертикальный шарнир РО, массой m6;

7) горизонтального шарнира РО, массой m7.

Для вывода уравнений движения СМ, необходимо, прежде всего, задать системы координат (СК), позволяющие однозначно описать перемещения в пространстве. Используем правую ортогональную систему координат.

Рисунок 1. Обобщенная расчетная схема динамической системы манипулятора

Первым звеном связываем инерциальную систему координат O0X0Y0Z0, начало которой располагаем в центре масс базовой машины. Первая локальная система координат (СК) O1X1Y1Z1 совпадает с инерциальной. С поворотной платформой связана СК O2X2Y2Z2, в которой задаются координаты центра масс платформы и координаты шарнира крепления стрелы. Перемещение стрелы задается в СК O3X3Y3Z3. СК O4X4Y4Z4 - локальная система, связанная с рукоятью. В связанной с захватом СК O5X5Y5Z5 задается ориентация подвески РО, в СК O6X6Y6Z6 задается угол вертикального шарнира РО, а в СК O7X7Y7Z7 положение характерной точки, рассматриваемой при описании траектории перемещения рабочего органа (РО) СМ.

Обобщенные координаты, принятые для данной пространственной динамической системы приведены в Таблице 1.

Таблица 1. Обобщенные координаты динамической системы СМ

Необходимо вычислить конечную конфигурация манипулятора, которая обеспечитывает центрирования труб, и найти оптимальные занчения управляемых обобщенных ( ) координат при перемещении из текущей точки в искомую.

5.Описание алгоритма

На решение первой задачи - выбора способа крепления датчиков дальномеров влияет диаметр укладываемых труб и конструкции траверсы. Способ крепления характеризуется длинной выносной опоры для датчика и угла наклона датчика к опоре . Согласно расчетной схеме, изображенной на рисунке 2 А (разрез траверсы и ранее уложенной трубы в отцентрованном состоянии), явно видна зависимость: чем больше , тем больше замеряемое расстояние и как следствие больше рассогласование датчиков, это приводит к увеличению точности центрирования.

Вторым критерием выбора способа крепления является допустимая зона работы устройства центрирования. Рисунок 2 Б изображает крайнее возможное положение для работы устройства центрирования, оно соответствует положению при котором датчик I направлен на крайнюю точку трубы B, при этом датчик II должен быть направлен на противоположную половину трубы, вариант 1 не удовлетворяет этим условиям, вариант 3 удовлетворяет условиям, а вариант 2 является крайним возможным положением. Как видно из рисунка II дальномер в крайнем положении направлен в точку A, тогда угол равняется 45 градусов и равен углу , а так же, простыми математическими преобразованиями можно вывести, что:

где h - конструктивный параметр траверсы, задающий расстояние от уложенной трубы до оси крепления датчиков при отцентрованной трубе, R - радиус трубы.

Рисунок 2 Расчетная схема методики выбора способа установки датчиков и их диапазона

Учитывая требование к увеличению для увеличения точности, и зависимость (1.1), можно сделать вывод что оптимальным углом и выносом датчиков будут является:

Для решения второй задачи требуется найти диапозон измрений датчика и его класс точности. Диапазон измерения был высчитан на основании расчетной схемы на рисунке 2. Б. Согласно условию что угол , для крайнего положения характеризуемого датчиков I, максимальный диапазон вычисляет по теореме Пифагора и составляет:

Минимальный диапазон характеризуется датчиком II, так же вычисляет по теореме Пифагора и составляет:

Анализ формул (1.4), (1.5) и современных датчиков дальномеров показал, что диапазон измерений современных устройств гораздо больше чем требуемый и выбор дальномеров по этому критерию является тривиальной задачей.

Точность измерения напрямую зависит от технического задания и определяется допустимой погрешностью стыковки ( ).

Теоретические исследовании показали что сумма, всех погрешностей всех датчиков угла наклона строительного манипулятора, при использовании датчиков с относительной погрешностью ( ), лежат в пределах до 0,005 м., что позволяет выполнять большинство работы по центрированию труб.

Рассматривая переходные процессы изменения обобщенных координат полученные во время математического моделирования и натурного эксперимента был сделан вывод что частота изменения обобщенных координат (100-200 Гц) на порядки меньше чем частота работы современных встраиваемых систем (>20МГц). Тогда согласно теореме Котельникова, представленной формулой:

где - частота дискретизации

- наибольшая частота представляемого процесса.

Встраиваемая система с частотой больше чем 400 Гц обеспечит однозначность восстановления сигнала без потерь.

После выбора способа установки датчиков, и вычисления необходимых геометрических размеров, становится возможным синтезировать алгоритм управления центрированием, параметрическая блок-схема алгоритма которого приведена на рисунке 3 (синтезированная с помощью сглаженных траекторий освещенных в [2]), путем подстановки необходимых значений. После чего необходимо средствами Matlab перевести весь программный код в вид соответствующий выбранному микропроцессору, с помощью продукта Matlab Code Generation.

Предложенная методика проектирования устройства центрирования представлена в виде блок схемы на рисунке 4. В результате получен готовый встраиваемый код, автоматически сгенерированный, и как следствие не требующий дополнительного апробирования.

Выводы

манипулятор труба операционный

Предложенный методика апробирова с помощью MATLAB. Работоспособность и эффективность подтверждена расчетами и моделированием с помощью адекватной математической модели строительного манипулятора [2], которые показали высокую эффективность.

Рисунок 3. Блок-схема алгоритма работы устройства центрирования

Рисунок 4. Инженерная методика проектирования устройства центрирования с помощью Matlab

манипулятор труба операционный

Библиографический список

1.Herrera I., Sidobre D. On-line trajectory planning of robot manipulator's end effector in Cartesian space using quaternions // 15th Intern. Symp. on Measurement and Control in Robotics, 2005.

2.А.А.Руппель, Е.Д.Комаров. Mathematical modeling of complex engineering system using Simulink. 2013. № 2 (4). С. 71-81. ФГБОУ ВПО Сиб. Гос. автомобильно-дорожная академия (СибАДИ, Омск, Россия).

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Знакомство с операционной системой Windows. Исследование её устройства, истории, возможностей, особенностей работы с ней для получения новых знаний. Описание наиболее использующихся и важных функций этой операционной системы, их практическое освоение.

    контрольная работа [2,9 M], добавлен 14.12.2009

  • Разработка программы для операционной системы Windows с использованием VisualC++ (6.0, .NET). Рассмотрение основ программного моделирования работы прибора (электрического чайника). Правила создания классов устройства и его графического интерфейса.

    курсовая работа [424,3 K], добавлен 03.06.2014

  • Изучение процесса создания новой версии Windows Vista. Исследование особенностей установки и интерфейса операционной системы. Характеристика требований к аппаратному обеспечению компьютера. Анализ основных средств навигации и работы в Windows Vista.

    реферат [33,6 K], добавлен 25.11.2014

  • Знакомство с техническими характеристиками персонального компьютера. Установка операционной системы и драйверов Windows 7. Способы чистки Windows XP Professional SP3. Методы восстановления операционной системы. Выполнение установки Microsoft Office 2010.

    отчет по практике [5,6 M], добавлен 22.09.2014

  • Общая характеристика, история разработки и возможности Windows Vista - операционной системы, одной из ведущих продуктов на мировом рынке. Описание аппаратных требований и процесса установки. Отличительные черты, преимущества и недостатки Windows Vista.

    презентация [4,7 M], добавлен 24.05.2010

  • Общая характеристика операционной системы Windows Server 2003. DNS как иерархическая база данных, сопоставляющая имена сетевых узлов и их сетевых служб IP-адресам узлов, знакомство со структурой. Рассмотрение основных зон прямого и обратного просмотра.

    презентация [383,4 K], добавлен 05.12.2013

  • Правовые основы защиты информации на предприятии. Анализ среды пользователей. Автоматизированная система предприятия. Краткие сведения об операционной системе Windows XP. Классификация троянских программ. Способы защиты операционной системы Windows XP.

    дипломная работа [187,3 K], добавлен 14.07.2013

  • Функциональное описание процесса разработки системы автоматического проектирования цилиндрической емкости. Математическая постановка и программное обеспечение задачи. Алгоритм работы программы и результаты ее работы, анализ использования основных окон.

    курсовая работа [876,0 K], добавлен 20.12.2012

  • Описание алгоритма функционирования устройства сопряжения, которое подключается к системной шине ISA. Принципиальная и функциональная схемы интерфейсной и операционной части устройства. Моделирование схемы операционной части, построение диаграммы работы.

    курсовая работа [50,7 K], добавлен 13.11.2009

  • Vista: понятие, методика проектирования. Зараженность персональных компьютеров с различными версиями операционных систем Windows. Оснастка "Брандмауэр Windows в режиме повышенной безопасности". Режим работы IE 7.0, возможности, безопасные соединения.

    лекция [2,3 M], добавлен 20.12.2013

  • Использование операционных систем Microsoft Windows. Разработка операционной системы Windows 1.0. Возможности и характеристика последующих версий. Выпуск пользовательских операционных систем компании, доработки и нововведения, версии Windows XP и Vista.

    реферат [23,3 K], добавлен 10.01.2012

  • Операционная система от компании Microsoft. Понятие Windows 8, ее особенности. Использование мыши и приложений в интерфейсе Метро. Самый проблемный жест при работе с Windows 8. Направленность операционной системы на устройства с сенсорным экраном.

    реферат [30,1 K], добавлен 16.05.2013

  • Роль многопрограммной обработки информации для развития операционной системы. Загрузка операционной системы и основных файлов Windows. Базовая система ввода-вывода. Внутренние и внешние команды DOS. Спецификация учебных элементов. Граф учебной информации.

    контрольная работа [25,0 K], добавлен 24.10.2010

  • Операционная система MS-DOS: история и характеристика. Обзор стандартных программ операционной системы Windows. Способы запуска программ. Служебные приложения Windows и их назначение: диспетчер задач, проверка, очистка, дефрагментация и архивация диска.

    реферат [221,4 K], добавлен 06.01.2015

  • Общая характеристика инфологической модели информационной системы. Знакомство с особенностями проектирования базы данных "Библиотека", анализ основных этапов. Рассмотрение способов составления запросов по выборке информации из таблиц базы данных.

    контрольная работа [831,2 K], добавлен 08.12.2013

  • Основные моменты истории операционных систем, связывающих аппаратное обеспечение и прикладные программы. Характеристика операционной системы Microsoft Windows Seven, анализ операционной системы Linux. Преимущества и недостатки каждой операционной системы.

    курсовая работа [63,0 K], добавлен 07.05.2011

  • Выход новой мобильной операционной системы — Windows Phone 7. Основные преимущества последующих версий. Встроенный пакет Microsoft Office, являющийся единственным программным обеспечение, доступным на мобильные устройства, совместимый с полной версией.

    презентация [577,4 K], добавлен 10.02.2016

  • Характеристика операционной системы. История развития Windows. Сравнительная характеристика версий Windows. Элементы и инструменты Windows XP. Прикладные программы в Windows XP. Работа настольных и портативных компьютеров под управлением Windows.

    доклад [19,1 K], добавлен 16.10.2011

  • Требования к интерфейсу программного продукта, характеристика операционной системы Windows XP и языка программирования разветвляющихся и циклических процессов Pascal. Структура условного оператора. Описание алгоритма работы с помощью блок-схемы, листинг.

    курсовая работа [268,0 K], добавлен 25.12.2010

  • Описание файловой системы Unix. Работа основных команд ls, cmp, comm, их ключей. Разработка программного продукта, работающего в среде Windows и представляющего собой эмулятора командного процессора операционной системы Unix. Выбор средств реализации.

    курсовая работа [183,0 K], добавлен 29.04.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.