Исследование кинематики манипулятора с помощью пакета SimMechanics Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

повышения функциональных свойств шарнирных соединений.

Библиографические ссылки

1. Зайцев П. А., Беляков Д. Ф. Обзор шарнирных устройств в современной космической технике //Актуальные проблемы космонавтики: материалы Все-рос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых специалистов (11-15 апреля 2011, г. Красноярск): Т. 1. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2011. С. 93-95.

2. Кожевников С. Н., Есипенко Я. И., Раскин Я. М. Механизмы. Справочное пособие. М. : Машиностроение, 1976.

3. Крайнев А. Ф. Идеология конструирования. М. : Машиностроение-1, 2003.

4. Козлов Ю. Ю. Кинематика шарнира Гука // Успехи современного естествознания. 2011. № 7. С. 264-266. URL: www.rae.ru/use/? section=content &op= show article&article_id = 7797353 (дата обращения: 15.03.2012).

5. Александров В. М., Ромалис Б. Л. Контактные задачи в машиностроении. М. : Машиностроение, 1986.

© Зайцев П. А., Бакулин А. Ю., 2012 УДК 519.876.2

Р. А. Мирзаев, О. В. Каменюк Научный руководитель - Н. А. Смирнов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕМАТИКИ МАНИПУЛЯТОРА С ПОМОЩЬЮ ПАКЕТА SIMMECHANICS

С помощью пакета-расширения SimMechanics, имеющегося в Matlab, исследована кинематика манипулятора. Применен ПИД-регулятор для достижения целевого положения привода, сымитированы возмущающие воздействия на систему. Определены кинематические и динамические параметры движения выходного звена. Имеющиеся данные позволяют определить силовые факторы, действующие на шарниры, звенья, приводы.

В традиционном понимании физическое моделирование подразумевает создание некоторого физического аналога - модели объекта. С развитием компьютерных технологий это представление изменилось. Под физическим моделированием понимают симбиоз математического моделирования и проектирования объекта, подчиняющегося основным физическим принципам [1].

В качестве приводов линейных перемещений звеньев манипулятора могут быть использованы электрические, гидравлические и пневматические приводы [2]. В работе в качестве приводов звеньев рассматриваются серво приводы, использование которых актуально в мехатронике. Смоделирована система управления приводами на основе ПИД-регулятора.

На рис. 1 приведена кинематическая схема манипулятора. На звено 1 действует привод вращательного движения, в результате чего вся кинематическая цепь привходит в движение.

чек с абсциссой х и подставляем его в условие (2). Получаем основное уравнение плоской контактной задачи

решение которого

1 Г 1 =Р ]

= Р--[ ---Щ

где Р - сжимающая сила, отнесенная к длине цилиндров:

Гй Р= [

.

Контактные взаимодействия элементов сферического шарнира можно рассматривать как плоскую задачу о соприкосновении двух упругих полусфер [5].

Проведенный анализ конструктивных особенностей кинематического и контактного взаимодействия позволяет классифицировать шарниры и шарнирные узлы по определенным признакам. Таким как, кинематика элементов шарниров и вид их контактного взаимодействия. Что, в свою очередь, поможет выделить определенную группу шарнирных узлов ракетно-космической техники, имеющих перспективы для

Y Д

х

Рис. 1. Схема кинематической цепи: 1 - звено на который действует привод; 3 - выходное звено, все шарниры вращательные

Блок-схема математической модели, приведенная на рис. 2, включает ПИД-регулятор, данные на который поступают с датчика углового положения (Joint

Секция «Модели и методы анализа прочности динамики и надежности конструкций КА»

Sensor). Сравнивая поступающее значение с целевым (-4,45 градуса), регулятор в каждый момент времени выдает корректирующее воздействие на систему в виде вращающего момента через привод (Joint Actuator). К выходному звену 3 приложены возмущающие воздействия: циклического и постоянного характера (Sin Wave и Constant на рис. 2).

В блок-схеме манипулятора для вывода параметров движения к выходному звену подсоединен датчик (Body Sensor), результат работы которого представлен на рис. 3.

В работы определены параметры движения выходного звена, (угловая скорость, ускорение). Имеющиеся данные позволяют определить силовые факторы, действующие на шарниры, звенья, приводы.

а—■

Environment Ground

►И

CS1®CS2

а-*

Body

►Я

CS1^CS2

S*

Body!

V

Body Sensor Scope!

С® CS3 CS1 CS2

Н-»

Body2

Joint Aotu ato г

Joint Sensor

Scope

b-

гш

I S д tu rati с

-т-

Od in

bine пи a ve ■

m^t

Sine Wav&J-M

0 J

Groundl

г—►

Body Actu ato г

Oainl Integrator

-du/dt —

Oain2 Derivative

Рис. 2. Блок-схема математической модели манипулятора. Body2 - выходное звено; Body - первое звено; Revolute - цилиндрический шарнир; Joint actuator - привод вращения; Joint sensor - датчик углового перемещения; Body actuator - привод линейных перемещений (используется для имитации возмущаюшдх воздействий); Ground - крепления к неподвижному основанию, Scope - осциллограф

Рис. 3. Зависимость углового ускорения выходного звена от времени.

Библиографические ссылки 1. Махов А. А. Моделирование механических систем с помощью пакета расширения SimMechanics http://exponenta.ru/educat/systemat/mahov/simmechanics .asp (дата обращения: 20.02.2012).

2. Герман-Галкин С. Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. М. : Корона-Век, 2008.

© Мирзаев Р. А., Каменюк О. В., 2012