• Выпуски
  • Основные выпуски
  • Приложения
• Авторам
  • Правила публикации статей
  • Технические требования
  • Оплата
  • Лицензионный договор
  • График публикаций
• Редакционный совет
• Публикационная этика
• О журнале
  • Общая информация
  • Список авторов
  • Контакты
• Издательство МЦИТО

Редакционно-издательские услуги Международные публикации Бесплатные вебинары

Бабоченко Наталья Владимировна кандидат технических наук доцент кафедры механики ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» г. Волгоград natkrivelskaya@mail.ru

Программа для определениякинематических параметров

шарнирностержневого робота манипулятора

Аннотация.Статья посвящена вопросам разработки компьютерных программ для определения кинематических параметров шарнирностержневых роботов манипуляторов. Автором предлагается программадля определения кинематических параметров

шарнирностержневого робота манипулятораи рассматривается возможность её использования при проектировании робота манипулятора с пространственным приводным механизмом.Ключевые слова: компьютерная программашарнирностержневой робот манипулятор матрица стрела система координат.

Роботы манипуляторы находят все большее применение в нашей жизни. Особенно следует рассмотреть пространственные приводные механизмы. Пространственные приводные механизмы нашли применение в различных технических устройствах включая шарнирностержневые роботыманипуляторы благодаря возможности сложных движений исполнительных звеньев. Роботы манипуляторы с пространственными приводными механизмами отличаются уменьшенной удельной металлоемкостью и простотой конструкции.Пространственные шарнирнорычажные механизмы применяются в различных технических устройствах благодаря возможности совершения сложных движений исполнительными звеньями.Одной из областей применения этих механизмов являются грузоподъемные средства где при уменьшении металлоемкости имеет место упрощение конструкции машины.Известны шарнирностержневые гидроманипуляторы в которых соединение звеньев механизма –стрелы и гидроцилиндроввыполнено по варианту рис. 1. Синтез подобных механизмов приводится 1 при этом определеныоптимальные соотношения параметров пространственного механизма.Существуют также шарнирностержневые гидроманипуляторы с механизмом выполненнымпо другому варианту 2,3,4.Исследуя работу шарнирностержневых роботов манипуляторов возникла необходимость в разработке компьютерной программы для выполнения расчетов связанных с определением кинематических параметров усовершенствованных шарнирностержневых роботов манипуляторов.Необходимо исследовать полученные модификации шарнирностержневых роботов манипуляторов и в ходе исследований разработать программу для построения зоны действия роботов манипуляторов.Для выполнения расчетов связанных с определением кинематических параметровшарнирностержневых роботов манипуляторов созданы компьютерные программы5,6.Рассмотрим новую созданную программу базируясь на имеющихся разработках 5,6,для определения кинематических параметровдля шарнирностержневого робота манипулятора рис.1 с помощью распространённого метода преобразования координат. Считаем что определяющие размеры робота манипулятора известны. Обобщённые координаты системы с тремя степенями свободы –углы и поворота основных секций стрелы находятся определенным образом как функции длины силовых цилиндров l1,l2,l3,4.Задаваясь системой координат рис.1 и пользуясь 1,составим матричное уравнение кинематической цепи шарнирностержневогороботаманипулятора.

Рисунок 1. Схема робота манипулятора с шарнирностержневой стрелой его система отсчёта и основные размеры

Зная координаты составляющих шарнирностержневого соединения стрелы возможно графическое построение отражающее работу стрелы шарнирностержневого робота манипулятора в целом. Учтем при этом что параметры а,в,с иl1и l2–величины известные и подвергаются варьированию. Преобразуем координаты оголовка К стрелы ХК УК, ZK в систему М(ХМУМZM)параллельным переносом вдоль отрезка МК на расстояние L3 . Получаем матрицу: А (1)Матричное уравнение перехода: ХМ  ХК  А (2)где ХМ ХК–столбцы координат точки К в системах координат МХМУМZMи КХКУКZКсоответственно.Осуществим параллельный перенос системы координат МХМУМZМв систему ЕХЕУЕZЕвдоль отрезка ЕМ на расстояние L2.Опишем этот процесс перехода в виде матрицы: В (3)Получаемследующее уравнение перехода: ХЕ ХМ В  ХК А  В (4)Систему координат ЕХЕУЕZEпараллельно перенесём вдоль отрезка ОЕ на расстояние L1 получаем систему координат ОХУZ.Матрица преобразований примет вид: С (5)Осуществим поворот вокруг оси ОZна угол  совмещая систему координат ОХУZс базовой системой ОХУZ.Эти преобразования описываются матрицей: М (6)Получаем матричное уравнение кинематической цепи шарнирностержневого робота манипулятора: ХХК А  В  С*М (7)Произведя известные действия над матрицами и преобразования раскроем выражение 7 и получим зависимости между координатами точек ОХОУО,ZO и КХКУК,ZK):Х0 = L1*cos *sinXK*cos L2 + L3 + УК*cos (00)*sinZK*sin()*sinУ0 = L1*cos *cosXK*sin L2 + L3 + УК*cos (0)*cosZK*sin()*cosZ0 = L1*sin L2 + L3 + УК*sin (0) ZK*sin() (8)Воспользовавшисьформулами перехода от сферической системы координат к прямоугольной системе и попрежнему считая что обобщённые координаты системы известны выразим координаты точки К –конца основной стрелы в неподвижной системе отсчета ОХУZчерез углы и :

ХК =(L1*cos(+0) + L2 *cos (+00)+L3*cos(++0+))*sin УК = (L1*cos(+0) + L2 *cos (+00)+L3*cos(+++0))*cos ZК = L1*sin(+0) + L2 *sin (+00)+L3*sin(++0+) (9)

Координаты точки L–подвески шарнирностержневой стрелы в той же системе отсчёта –ХL=XK; УLУК; ZL=ZKln (10)Матричный метод преобразования координат применительно к манипуляционным системам с шарнирностержневой стрелой упрощает процесс определения координат шарниров составляющих кинематическую цепь манипулятора.При работе на ЭВМ за “единицу измерений” принимали первоначальнуюдлину l0 при первой вариации определяли l1= l0100 через 2 мм; l2= l0= const, определили S= Sопт; l0и l0+ S–оптимальные значения. Проделав ряд вычислений по программеполучили оптимальные значения углов поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях. При второй вариации принимаем длины гидроцилиндров l1и l2равными lопт, варьируя размером l3два гидроцилиндра параллельны друг другу работают как одно кинематическое звеночерез 2 мм до 1 мм определяли координаты шарнира К.На рис.2представлена блоксхема к матричному методу определения уравнения кинематической цепи шарнирностержневого манипулятора.В результате аналитического исследования получен большой фактический материал в котором наибольший интерес представляет решение пространственной задачи по выявлению кинематических возможностей механизма при сочетаниях длины гидроцилиндров соответствующих предельному развороту стрелы в горизонтальной плоскости max были определены оптимальные размеры шарнирно –стержневого манипулятора с пространственным приводным механизмом.В процессе варьирования вышеупомянутых размеров были выявлены параметры координат шарниров составляющих шарнирно –стержневое соединение стрелы робота манипулятора. Установлено что оголовок стрелы К перемещаясь в пространстве образует поверхность которая меняется в зависимости от величины вариаций. При проектировании робота манипулятора с пространственным приводным механизмом пользуясь программой для определения кинематических параметров шарнирностержневых роботов манипуляторов возможноподобрать оптимальные размеры звеньев составляющих шарнирностержневой роботманипулятор.Пользуясь данной изложенной в статье методикой составления компьютерных программ возможно составление программдля определения координат шарниров составляющих шарнирностержневыесоединения 2,3,4.

Программа выполненная согласно блоксхеме рис.2, направлена на выявление кинематических возможностейшарнирностержневого робота манипулятора.Варьированием размеров l1,l2,l3определили оптимальныепараметры гидроцилиндров аопт–расстояние между опорами гидроцилиндров АВ и оптимальное значение длин стержней L1, L2, L3 также найдены углы поворота стрелы в горизонтальной и вертикальной плоскостях , при оптимальных значениях величин. Используя разработанную компьютерную программупо исследованию кинематических параметров шарнирностержневого робота манипулятора возможно определение кинематических параметровразличных конструктивных модификацийшарнирностержневых роботов манипуляторов а именноопределение пространственных координат и углов поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях оголовка стрелы а также благодаря созданной и работающей программе произвести в дальнейшем с использованием программы построения зоны действия шарнирностержневого робота манипулятора графическое представление зоны действия роботов манипуляторов различной конструктивной вариации.



Рисунок 2. Блоксхема к компьютерной программе

Ссылки на источники1. Кривельская Н.В. Шарнирностержневой гидроманипулятор / В.И. Пындак КривельскаяН.В. // Техника и оборудование для села М 24. №4. –С.26. 2. Пат. №2178382 РФ. Стрела грузоподъёмного средства / Пындак В.И. Кривельская Н.В. –Опубл. 22. Бюл. № 2. –8 с.3. Патент РФ №2231494. Стрела грузоподъёмного средства / Пындак В.И. Кривельская Н.В. и др. Опубл. 28.6.4 г. –8 с.4. Патент РФ на полезную модель №145959 МКИ7В66 С 23/4. Стрела грузоподъёмного средства / Бабоченко Н.В. Опубл. 23.5.14 г. –8 с.5. Бабоченко Н.В. Модель шарнирностержневого манипулятора с пространственным приводным механизмом Текст / Н.В. Бабоченко // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса. –2014. №1. –С.225 229.6. Бабоченко Н.В. Компьютерная модель исследования кинематических параметров шарнирностержневых гидроманипуляторов Текст / Н.В. Бабоченко // ЮжноСибирский научный вестник. 2014. №2. –С.8 –10.