Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

TECHNICAL IMPLEMENTATION OF THE PORTABLE CONTROL MOVEMENT OF THE MANIPULATOR

Lazutkina N.A. 1
1 Murom Institute of Vladimir State University
В работе рассмотрена техническая реализация управления переносным движением манипулятора для изготовления упаковки с различным профилем поперечного сечения. В качестве приводов переносного движения манипулятора предложено использовать систему двух гидроцилиндров, установленных на раме. Питание цилиндров и осуществляется от насосов регулируемой производительности. При этом образуется замкнутая гидрообъемная передача «насос ‒ гидроцилиндр», закон изменения производительности которой задается с помощью профильного устройства системы программного управления. Для реализации требуемых законов переносного движения манипулятора, определенных ранее, выведены уравнения движения штоков левого и правого гидроцилиндров. Кроме уравнений движения штоков гидроцилиндров в работе определен расход жидкости, поступающей в гидроцилиндры. Результаты исследований по выводу законов управления переносным движением могут быть использованы при разработке технико-экономического обоснования на создание манипулятора с пространственно-планетарной роликовой головкой для изготовления упаковки различного профиля поперечного сечения.
The paper considers the technical implementation of portable control movement of the manipulator for the manufacture of packaging with different profile cross-section. The drives of the portable motion of the manipulator is proposed to use a system of two hydraulic cylinders mounted on the frame. The power is supplied from cylinders and pumps of adjustable capacity. This forms a closed-loop hydrostatic transmission «pump-hydraulic cylinder», the law changes the performance which is set with the profile device program control system. For implementation of the required laws of motion of the handheld manipulator, previously defined, equations of motion of the left and right rods of hydraulic cylinders. In addition to the equations of motion of rods of hydraulic cylinders to define fluid flow entering the cylinders. The results of studies on the output control portable motion can be used in the development of a feasibility study on the establishment of a manipulator with spatial planetary roller head for packaging of different cross-sectional profile.
manipulator
spatial planetary roller head
hydraulic schematic diagram
control portable traffic
1. Aksjonova T.I., Ananev T.V., Dvoreckaja N.M. i dr.; pod red. Rozanceva Je.G. Tehnologija upakovochnogo proizvodstva: Uchebnik dlja vuzov. M.: Kolos, 2002. 184 p.
2. Varepo L.G. Proizvodstvo upakovki iz bumagi, kartona i gofrokartona: Uch. Posobie. Omsk: Izd-vo OGTU, 2002. 198 p.
3. Efremov N.F., Vasilev A.I., Hmelevskij G.K. Proektirovanie upakovochnyh proizvodstv. Chast 1: Uchebnoe posobie. M.:MGUP, 2004 396 p.
4. Efremov N.F., Grotov A.S., Efremov D.N., Sizov E.V., Firsova V.Ju., Kononjuk T.M. Avtomatizirovannoe proektirovanie upakovki: Uchebnoe posobie. M.: MGUP, 2005.
5. Efremov N.F., Lemeshko T.V., Churkin A.V. Konstruirovanie i dizajn tary i upakovki: Uchebnik dlja vuzov. M.: MGUP, 2004. 242 p.
6. Lazutkina N.A. Upravlenie perenosnym dvizheniem manipuljatora s prostranstvenno planetarnoj rolikovoj golovkoj dlja izgotovlenija upakovki s razlichnym profilem poperechnogo sechenija. Sovremennye problemy nauki i obrazovanija, no. 5, 2014.
7. Lazutkina N.A. Raschetno-optimizacionnaja podsistema proektirovanija manipuljatora s prostranstvenno planetarnoj rolikovoj golovkoj. Mashinostroenie i bezopasnost zhiznedejatelnosti, no. 4, 2014.
8. Stjuart B.; Per. s angl. Grachjova V.V. Upakovka kak instrument jeffektivnogo marketinga: Uchebnoe posobie. M.: MGUP, 1999. 144 p.

В разработанной принципиальной гидравлической схеме управления переносным движением манипулятора в качестве силовых гидроцилиндров используются гидроцилиндры Ц1 и Ц2, штоки которых соединены с осью манипулятора (рис. 1). Питание цилиндров Ц1 и Ц2 осуществляется от насосов регулируемой производительности Н4 и Н5. При этом образуется замкнутая гидрообъемная передача «насос ‒ гидроцилиндр», закон изменения производительности которой задается с помощью профильного устройства системы программного управления.

Управление переносным движением манипулятора

Механизм управления МУ1 представляет собой следящий золотник, гильза которого кинематически жестко связана с гидроцилиндром-приемником Ц8, золотник кинематически связан с задающим устройством-копиром (рис. 2). С другой стороны, сам следящий золотник гидравлически связан с насосом управления Н1 и регулятором скорости РС1, управляющим производительностью насоса Н4. Механизм управления МУ1, суммируя полученные перемещения со стороны гидроцилиндра Ц8 и задающего устройства-копира, подает рабочую жидкость от насоса Н1 в поршневую или штоковую полость гидроцилиндра – регулятора скорости РС-1.

Механизм управления производительностью насоса Н4 состоит из гидроцилиндра с неподвижным двухсторонним штоком, причем диаметры штоков разные, а корпус механически жестко связан с люлькой насоса Н4. Гидроцилиндр с двухсторонним штоком питается от насоса Н2 через следящий золотник, гильза которого кинематически жестко связана с гидроцилиндром, а шток – с регулятором скорости РС-1. Перемещение со стороны регулятора скорости РС-1 преобразуется в угол поворота люльки насоса Н4, который приводит к изменению производительности основного приводного насоса Н4 замкнутой гидрообъемной передачи «насос ‒ цилиндр». Подпитка этой системы осуществляется от насоса Н2 через подпиточные клапаны КО5 и КО6.

При работе всех насосов гидросистемы исполнительного органа основные приводные насосы Н4 и Н5 в исходном положении имеют нулевую производительность (люлька насоса находится в нейтральном положении). Для начала работы гидроцилиндров перемещения исполнительного органа Ц1 и Ц2 приводится в действие задающее устройство – копир.

pic_49.tif

Рис. 1

pic_50.tif

Рис. 2. Принципиальная гидравлическая схема

При перемещении золотника механизма управления МУ1 от копира, например, влево (по чертежу происходит подача рабочей жидкости от насоса Н1 через следящий золотник в штоковую полость гидроцилиндра РС1 и этим самым следящий золотнике насоса Н4 переместится вправо (по чертежу)). Это приводит к тому, что рабочая жидкость от насоса Н2 поступает в обе полости гидроцилиндра РС1 и, поскольку диаметры штоков гидроцилиндра не равны, то происходит перемещение корпуса гидроцилиндра тоже вправо (по чертежу) и изменение производительности насоса Н4.

Рабочая жидкость от насоса Н4, например, поступает через гидрозамок и обратный клапан в поршневую полость гидроцилиндра Ц1, а из штоковой полости через гидрозамок в насос Н4. Разница расходов рабочей жидкости в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндра Ц1 восполняется от насоса Н2 через подпиточный клапан КО6.

Гидроцилиндр-датчик Ц3 перемещается вместе с гидроцилиндром Ц1, подает рабочую жидкость из своей штоковой полости в штоковую полость гидроцилиндра Ц8 и последний, перемещаясь влево (по чертежу), перемещает гильзу золотника также влево (как и золотник от копира). В дальнейшем, если не будет задающего перемещения золотнику со стороны копира, то происходит установка гильзы и золотника в нейтральное положение (показанное на чертеже), и этим самым гидроцилиндр РС1 насоса Н4 становится в нейтральное положение и расход насоса Н4 становится нулевым. Аналогично работает система гидрообъемной передачи «насос Н5 ‒ гидроцилиндр Ц2».

Уравнения движения штоков гидроцилиндров

Для вывода уравнений движения штоков гидроцилиндров необходимо определить закон движения точки O2 (точка пересечения оси манипулятора и линии, соединяющей штоки гидроцилиндров. Рассмотрим сечение упаковки, профиль которого формируется при вращении конца оси манипулятора в соответствии с уравнением φ1 = –3φ. Ранее были выведены уравнения движения конца оси манипулятора. Уравнения, определяющие закон движения точки O2, будут представлять

lazutkin01.wmf

Выпишем координаты точек lazutkin02.wmf, lazutkin03.wmf в системе координат OXYZ:

lazutkin04.wmf lazutkin05.wmf lazutkin06.wmf

lazutkin07.wmf lazutkin08.wmf lazutkin09.wmf

Воспользовавшись матрицей перехода от системы координат OXYZ к системе Oξηζ

 

(ξ)

(η)

(ζ)

(X)

cosψ

sinψ

0

(Y)

–sinψcosθ

cosψcosθ

sinθ

(Z)

sinψcosθ

–cosψsinθ

cosθ

определим координаты точек lazutkin10.wmf, lazutkin11.wmf в системе Oξηζ

lazutkin12.wmf

lazutkin13.wmf

Заметим, что уравнения представляют собой закон движения точек крепления штоков гидроцилиндров оси манипулятора исполнительного органа.

Теперь воспользовавшись, выпишем координаты точек крепления гидроцилиндров к раме манипулятора Nлв, Nпр

ξNлв = l1 – l; ξNпр = –l2;

ηNлв = l; ηNпр = l;

ζNлв = –l1; ζNпр = –l1.

Зная координаты точек Nлв и lazutkin14.wmf, Nпр и lazutkin15.wmf, определим суммарную длину штоков и гидроцилиндров:

lazutkin16.wmf

lazutkin17.wmf

Разрешив это уравнение относительно lшлв и lшпр и использовав формулы, найдем уравнения движения штоков гидроцилиндров:

lшлв = lшлв1θ) = [(l4cosψ – lsinψcosθ + l2sinψsinθ + l2 – l1)2 +  (l4sinψ + lcosψcosθ – l2cosψsinθ – l)2 + (lsinθ + l2cosθ + l1)2]1/2 – lц;

lшпр = lшлв1θ) = [(–l4cosψ – lsinψcosθ + l2sinψsinθ + l2)2 +  (–l4sinψ + lcosψcosθ – l2cosψsinθ – l)2 + (lsinθ + l2cosθ + l1)2]1/2 – lц.

Определение расхода жидкости гидроцилиндров

Расход жидкости гидроцилиндров определим по формуле

Θ = FnV,

где Fn – рабочая площадь поршня; V – линейная скорость поршня. При прямом ходе поршня (когда lш увеличивается) lazutkin18.wmf, при обратном ходе поршня (когда lш уменьшается)

Fn = π(D2 – d2)/4,

где D – диаметр поршня; d – диаметр штока.

Линейная скорость движения поршня равна скорости конца штока гидроцилиндра

lazutkin19.wmf lazutkin20.wmf

где ωв = φ. – угловая скорость вращения оси.

Для определения скорости поршня по формуле следует в формулах перейти от зависимости lшлв1θ), lшпр1θ) к зависимостям lшлв и lшпр от угла поворота оси манипулятора.

Ранее были получены формулы, выражающие зависимость углов ψ и θ от угла поворота оси манипулятора:

lazutkin21.wmf lazutkin22.wmf

В формулах преобразуем выражения, стоящие под корнем, в результате получим

lazutkin23.wmf

lazutkin24.wmf

В формулы подставим значения sinψ, sinθ, определяемые по формуле, и cosψ, cosθ, определяемые по формуле

cosψ = (1 – sin2ψ)1/2∙b∙cosθ = (1 – sin2θ)1/2.

Выполнив необходимые преобразования, получим

lazutkin27.wmf

lazutkin29.wmf

С помощью полученных формул можно определить расход жидкости гидроцилиндров.

Вывод

Результаты исследований по выводу законов управления переносным движением могут быть использованы при разработке технико-экономического обоснования на создание манипулятора с пространственно-планетарной роликовой головкой для изготовления упаковки различного профиля поперечного сечения.

Рецензенты:

Жизняков А.Л., д.т.н., профессор, первый зам. директора, зав. кафедрой систем автоматизированного проектирования, Муромский институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых», г. Муром;

Андрианов Д.Е., д.т.н., профессор, зам. директора по учебной работе, зав. кафедрой информационных систем, Муромский институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых», г. Муром.