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 14.12.2009Разработка 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 03.06.2014Изучение 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 25.11.2014Знакомство 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 22.09.2014Общая 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 24.05.2010Общая 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 05.12.2013Правовые 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 14.07.2013Функциональное 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 20.12.2012Описание 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 13.11.2009Vista: 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 20.12.2013Использование 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 10.01.2012Операционная 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 16.05.2013Роль 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 24.10.2010Операционная 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 06.01.2015Общая 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 08.12.2013Основные 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 07.05.2011Выход 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 10.02.2016Характеристика 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 16.10.2011Требования 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 25.12.2010Описание 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