CC BY
69
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №3/2016 ISSN 2410-6070_
коммутатор; УМ - усилитель мощности; ШД - шаговый электродвигатель; ГУМ- гидравлический усилитель мощности; ГД - гидродвигатель; ВОС - внутренняя обратная связь.
Гидравлический усилитель мощности можно реализовать как с помощью однокаскадной, так и двухкаскадной схемы. Однако известно, что однокаскадные усилители обладают более низкими динамическими качествами по сравнению с двухкаскадными. Учитывая, что к приводу робота предъявляются повышенные требования к динамике, при выборе привода робота следует отказаться от однокаскадных схем.
Как было отмечено ранее, при длинах перемещения рабочего органа до 1,5 м более предпочтительно использовать линейный привод на базе гидроцилиндра. Поэтому конструктивно привод может быть реализован следующим образом. Первый каскад усилителя должен быть выполнен в виде винтового золотника, который будет преобразовывать входные воздействия с вала шагового двигателя Д^ в приращения давленияДрв управляющих магистралях второго каскада усилителя, иными словами он должен реализовывать функцию Др = /(Д/). Известно несколько вариантов возможных схемных реализаций линейных шаговых электрогидравлических приводов. Из рассмотрения вариантов просматривается тенденция к разделению приводов на две группы - с несимметричной и симметричной системами управления. Несомненно предпочтение следует отдавать симметричным системам управления, поскольку приводы с такой системой управления имеют меньший процент нелинейности на рабочих участках статических характеристик, большую чувствительность и, что особенно существенно, большую надежность работы. Кроме того, возможно несколько вариантов конструктивного исполнения шагового задатчика - с вращающимся винтовым золотником и вращающейся управляющей втулкой . Каждый из вариантов имеет свои достоинства и недостатки, которые необходимо учитывать при выборе варианта привода [4].
Учитывая вышесказанное, при выборе привода робота нормальной грузоподъемности для обслуживания станка с ЧПУ можно сформулировать следующие рекомендации: система управления должна быть дискретной с использованием не силового шагового электродвигателя; усилительное устройство должно быть построено на базе двухкаскадного электрогидравлического усилителя мощности; система управления вторым каскадом должна быть симметричной; в качестве исполнительного органа должен быть выбран силовой гидравлический цилиндр.
Список использованной литературы:
1. Москвин В.К. Приводы роботов технологического назначения.-Технология машиностроения, 2013., № 4, с. 50-54.
2. Москвин В.К. Математическое моделирование обобщенного привода роботов технологического назначения. - Технология машиностроения, 2013., № 5,с. 55-57.
3. Москвин В.К. Разработка структурной схемы и математической модели обобщенного привода промышленного робота. - Научно-технический журнал «МГОУ-ХХ1 -Новые технологии», 2013., № 2, с.13-16.
4. Кузнецов П.М. Поддержка стадии изготовления изделия в условиях мелкосерийного и единичного производства. - Информационные технологии в проектировании и производстве, 2014, № 1, с. 40-44.
© Москвин В.К., Кузнецов П.М., 2016
УДК 621.865.8
В.К. Москвин, П.М. Кузнецов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия.
ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОГО ШАГОВОГО ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА
Аннотация
В статье на основе проведенных экспериментальных исследований характеристик привода приводятся рекомендации по совершенствованию конструктивной схемы привода. Проведенные ранее исследования
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №3/2016 ISSN 2410-6070_
статических и динамических характеристик привода подтвердили соответствие параметров привода требованиям, предъявляемым к приводам роботов, однако, наряду с этим, экспериментальные исследования позволили выявить ряд узких мест в конструктивном плане и схемной реализации. Кроме того, для повышения надежности привода при работе в переходных режимах при условии переменных нагрузок предлагается схема самоподнастраивающегося привода.
Ключевые слова Привод, шаговый задатчик, управляющая втулка, следящий золотник, корректирующее устройство, обратная связь.
OPTIMIZATION OF DESIGN DATA OF A LINEAR STEPPER DRIVE THE ELECTRO-INDUSTRIAL ROBOT
VC. Moskvin, PM Kuznetsov
MSTU. NE Bauman, Moscow, 105005, Russia.
On the basis of experimental studies, the drive characteristics are given recommendations for improving drive constructive scheme. Previous studies of static and dynamic characteristics of the drive have confirmed compliance with the drive parameters set for actuators of robots, but, along with this, experimental studies have revealed a number of bottlenecks in a constructive manner and circuit implementation. Furthermore, to improve reliability in the actuator operation in transient conditions provided variable loads offered samopodnastraivayuschegosya drive circuit.
Keywords
Drive, jog dial, the control sleeve, which monitors the spool, the correction device feedback.
В приведенных ранее работах [1], [2]были изложены результаты исследований статических и динамических характеристик линейного шагового электрогидравлического привода, подтверждающих правомерность выбора данной схемы в качестве привода манипулятора промышленного робота. Экспериментальный образец привода, построенный на основе теоретических исследований, доказал правильность теоретических выкладок, показал работоспособность на всем диапазоне скоростей и нагрузок. Однако, наряду с этим, экспериментальные исследования позволили выявить ряд узких мест в конструктивном плане и схемной реализации, которые несомненно следует устранить при доработке производственного образца привода.
В экспериментальном варианте конструктивной схемы привода шаговый двигатель имеет фланцевое соединение с корпусом шагового задатчика. На валу двигателя крепится шестерня, передающая движение через не силовой редуктор на управляющую втулку, образующую с винтовым золотником два переменных дросселя. Редуктор выполнен безлюфтовым. Выбор люфта обеспечивается путем создания натяга за счет смещения паразитной шестерни в радиальном направлении. Для обеспечения строгой симметричности схемы гидравлические проводимости переменных дросселей, образованных отверстиями управляющей втулки и кромками резьбы винтового золотника, должны быть строго идентичны. Одним из условий обеспечения этого требования должно быть полное отсутствие или идентичность утечек в радиальном зазоре между втулкой и расточкой отверстия, в котором она вращается, справа и слева от выходных отверстий. Радиальный зазор с учетом технологических соображений и взаимной подвижности этой пары выбран в пределах 23 мкм. В силу этого втулка из-за действия радиальных сил в редукторе получает возможность перекоса в пределах этого зазора и, как следствие, возникает нарушение идентичности указанных проводимостей и симметричности схемы. Это обстоятельство вынудило усложнить конструкцию узла, а именно, для устранения перекоса под влиянием радиальных составляющих усилий зубчатой пары осуществить осевой поджим втулки пружиной. При этом был использован нестандартный упорный подшипник.
В результате эксперимента были выявлены недостатки указанных особенностей шагового задатчика. Нельзя признать за лучший вариант выбранный способ устранения люфтов в редукторе, поскольку при износе шестерен необходимо каждый раз производить устранение зазоров. Более прогрессивными следует признать варианты с возможностью автоматической выборки люфтов - либо использовать разрезные шестерни с принудительным их разворотом пружинами, либо косозубые шестерни с осевым пружинным
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №3/2016 ISSN 2410-6070_
поджимом. И в том и в другом случае выбор люфтов будет производиться автоматически по мере износа.
Что касается использования нестандартного упорного подшипника - здесь сдерживающим фактором является диаметр окружности впадин зубьев шестерни. Поскольку диаметр был выбран с учетом передаточного отношения редуктора и минимизации габаритных размеров шагового задатчика, применение стандартного подшипника было невозможным. Учитывая это, в новом варианте опора втулки осуществляется с левого торца.
При доработке шагового задатчика учтено следующее важное обстоятельство. Дело в том, что в результате одностороннего подвода жидкости к винтовому золотнику через отверстия в управляющей втулке вследствие действия реактивной составляющей в потоке возникает односторонний отжим золотника и затирание его при вращении втулки., что создает пульсирующую нагрузку на валу шагового двигателя. Этот фактор сказывается на снижении стабильности работы шагового задатчика. Для устранения отжима золотника были разработаны варианты с возможностью подвода жидкости с нескольких сторон. Вариант с двумя диаметрально противоположными отверстиями с точки зрения технологии изготовления более прост, однако строгой уравновешенности золотника здесь достичь очень трудно, так как данная система имеет минимальный запас устойчивости вследствие склонности к смещению оси золотника в пределах радиального зазора. Более уравновешенную конструкцию имеет вариант с подводом жидкости в трех точках, так как он гарантирует стабильный зазор по всей окружности.
Приведенные усовершенствования несомненно увеличивают надежность работы привода, однако наиболее важным является то, что привод работает в условиях переменных по величине и знакопеременных нагрузок, на участках разгона и торможения нагрузка имеет инерционный характер. Массы заготовки и готовых изделий отличаются друг от друга. Кроме того, при меняющихся вылетах звеньев руки меняются моменты инерции элементов конструкции, что соответственно меняет характер трения в сопряженных парах. Наиболее ответственным участком траектории захватного органа является участок торможения, поскольку от него зависит в итоге точность позиционирования. И именно на этом участке наиболее проявляется переменный характер нагрузки на исполнительном рабочем органе. Учитывая это, с целью повышения надежности работы привода на участках переходных режимов работы, предлагается схема самоподнастраивающегося линейного шагового электрогидравлического привода (рис. 1), основной особенностью которого является наличие корректирующего устройства в виде гидроцилиндра, рабочие полости которого связаны с рабочими полостями силового гидроцилиндра.
Предлагаемая схема содержит управляющий шаговый электродвигатель 1, соединенный через редуктор 2 с винтовым золотником 3 шагового задатчика, управляющая втулка 4 которого кинематически через тягу 11 связана с поршнем гидроцилиндра 10 корректирующего устройства.
Рисунок 1 - Схема самоподнастраивающегося линейного шагового электрогидравлического привода.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №3/2016 ISSN 2410-6070_
Управляющая втулка 4 имеет два отверстия, образующие с кромками резьбы винтового золотника 3 переменные дроссели. Она соединена со штоком силового гидроцилиндра 5 при помощи двух кронштейнов 7 и двух компенсационных пружин 8, усилие которых регулируется гайками 9. Рабочие полости гидроцилиндра 10 корректирующего устройства сообщены гидролиниями с рабочими полостями силового цилиндра 5, а его корпус жестко связан с кронштейном 7. Подвод рабочей жидкости от насоса осуществляется к центральной проточке следящего золотника 12 и через постоянные дроссели 13 к торцевым полостям золотника 12 и к отверстиям в управляющей втулке 4.
Работа самоподнастраивающегося привода в режиме слежения при постоянном усилии аналогична работе линейного шагового электрогидравлического привода [3]. При этом втулка 4 под действием компенсационных пружин 8 занимает нейтральное, симметричное относительно кронштейнов 7 положение. При возникновении в силовом цилиндре 5 давления, превышающем некоторое значение Дро, захват начнет перемещаться. При этом на штоке гидроцилиндра 10 корректирующего устройства возникнет усилие:
Ршт = Др^к - Ртр.к - Рпр; (1)
где: FK - площадь поршня корректирующего устройства; Д-перепад давлений в полостях корректирующего гидроцилиндра; ртр.к - суммарная сила трения в поршне и штоке корректирующего гидроцилиндра; рпр -сила сжатия пружин 8.
Пренебрегая ртр.к, можно считать, что:
Ршт = Др^к - Рпр (2)
В свою очередь, перепад давления в полостях силового гидроцилиндра 5 связан с внешней нагрузкой:
R = ДрРо- Ртр.с (3)
где: R - внешняя нагрузка (R = M^); M-масса захватного органа; V-линейная скорость захватного органа; Р0-площадь поршня исполнительного гидроцилиндра; ртр.с - суммарная сила трения, приведенная к штоку силового гидроцилиндра.
Учитывая, что упругие деформации ус системы пропорциональны приложенным нагрузкам
Ус = М; (4)
где: кс - коэффициент пропорциональности системы, и учитывая (3), можно получить, что: Ус = МР^о, при /Др / Fo >/Ртр/; (5)
Ус = 0, при /Др/ Fo </Ртр/ ; (6)
Зависимости (5) и (6) показывают, что упругие деформации системы ус пропорциональны перепаду давлений Дрв силовом гидроцилиндре 5. Из этого следует, что величина смещения ув управляющей втулки 4 зависит от перепада давления Др в силовом гидроцилиндре 5.
Известно, что при смещении втулки 4 относительно винтового золотника 3 происходит изменение сопротивления дросселей, образованных отверстиями во втулке 4 и кромками винтового золотника 3. Это смещение втулки приводит к автоматическому смещению захватного органа 6. Причем смещение захвата ус в точности будет равно осевому смещению втулки 4 ув, соединенной с корректирующим гидроцилиндром 10, механически соединенным с захватным органом 6 через кронштейн7и гидравлически соединенным с силовым гидроцилиндром 5. Упругие смещения втулки 4 можно выразить следующим образом:
Ув = ^прДр^к ,при /Др/ Рко > Рпр.о (7)
Ув = 0 , при /Др/ ¿к < Рпр.о (8)
где: рПр.о - начальная сила компенсационных пружин 8.
Из условий (5), (6), (7), (9) и условия, что ус = ув , получим расчетные зависимости для выбора
„ 1
жесткости компенсационных пружин Спр = -— и начальной силы сжатия компенсационной пружины рпр о :
«пр
р
Спр = j | (9)
р
Рпр.о= Ртр^ ; (10) 1
где: j = — - жесткость системы.
«с
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №3/2016 ISSN 2410-6070_
Таким образом, возникающие при переменных нагрузках упругие деформации ус компенсируются дополнительными смещениями управляющей втулки ув , приводящими к корректирующим смещениям захватного органа 6 на величину Д , равную ус и ув, то есть: ус = ув = Д ; (11)
Подводя итоги, можно отметить, что проведенные экспериментальные исследования позволили наметить мероприятия по совершенствованию конструктивной схемы линейного шагового электрогидравлического привода и, что наиболее важно, учесть переменный характер нагрузок привода и предложить схему самоподнастраивающегося привода, существенно повысившую надежность работы. Список использованной литературы:
1. Москвин В.К. и др. Проектирование автоматизированных станков и комплексов. - Учебник в «-х томах. Т. 1./ Под ред. Чернянского П.М., М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012.
2. Москвин В.К. Приводы роботов технологического назначения.- Технология машиностроения, 2013, № 4, с. 50-54.
3. Москвин В.К. Разработка структурной схемы и математической модели обобщенного привода промышленного робота. - Научно-технический журнал «МГОУ-ХХ1 - Новые технологии», 2013, № 2, с. 13-16.
4. Кузнецов П.М., Москвин В.К. Информационно-технологическое обеспечение гибких промышленных производств. Международный научный журнал «Инновационная наука» ISSN2410-6070, № 1/2016 в 3 частях, часть 2, с. 67-72.
© Москвин В.К., Кузнецов П.М., 2016
УДК 621.931
Пьо Хылам Хтут, аспирант А.В. Щагин д.т.н., профессор Интеллектуальных Технических Систем (ИТС) факультет Национальный исследовательский университет «МИЭТ» г. Зеленоград, Москва, Российская Федерация
ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ С РАЗЛИЧНОЙ НАДЕЖНОСТЬЮ В ОДНОМ КАНАЛЕ
Аннотация
Мы описываем метод построения кода связанного с исправлением ошибок для передачи данных в одном канале с различной надежностью: 10-6 и 10-9, и используемый подход и функциональную область. Показано, что для действующих одноранговых сетей наиболее эффективным подходом является использование каскадного кода и передачи информации с различной надежностью в одном пакете.
Ключевые слова
Одноранговые сети, FPGA Xilinx Virtex-4, блок кода: BCH код, код Reed-Solomon.
Введение
Одноранговые сети имеют широкую область применения: от космических систем до систем подводных коммуникациий и мониторинга. Большинство областей применения таких сетей допускает только очень небольшой процент ошибок в полученных данных. В результате, сложность обеспечения надежной передачи цифровой информации, в нашем случае, видео данных, телеметрии и команд управления через каналы из-за шума повышается. В одноранговых сетях для обеспечения передачи различных видов информации невыгодно использовать два различных канала связи для передачи данных с различными требованиями к вероятности ошибки. Кроме того, тенденция к эффективному использованию радио частотных источников
