CC BY
42
Технические науки
Электронный научно-шт.о()ич£сц1й журнал -cift«
Омского TßYÜfl
Бабоченко Н.В. Шарнирно-стержневой робот манипулятор и электрогидравлическая система управления // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2016. -№1(4) январь-март. - URL http://e-journal.omgau.ru/index.php/2016-god/4/25-statya-2016-1/245-00072. - ISSN 2413-4066
УДК 621.87
Бабоченко Наталья Владимировна
Кандидат технических наук, доцент ФГБОУВО Волгоградский ГАУ, г. Волгоград nat-krivel skaya@mail. ru
Шарнирно-стержневой робот манипулятор и электрогидравлическая система
управления
Аннотация: В статье дается описание шарнирно-стержневого грузоподъемного средства с электрогидравлической системой управления и описаны преимущества данной конструкции перед существующими аналогами. Аналитически определены кинематические параметры и параметры, необходимые для построения зоны действия усовершенствованного шарнирно-стержневого грузоподъемного средства.
Ключевые слова: шарнирно-стержневой робот-манипулятор, секция, стрела, гидроцилиндры, электрогидравлическая система управления.
Введение. В наше время особое внимание уделяется робототехнике, в частности созданию роботов машин и механизмов, способных выполнять определенные операции, направленные на конкретные действия. Так поставив цель - увеличить зону действия в горизонтальной плоскости шарнирно-стержневого робота манипулятора и проведя исследования конструктивных особенностей существующих гидроманипуляторов с шарнирно-стержневой стрелой, возникла необходимость в новейшей конструктивной разработке шарнирно-стержневого робота манипулятора и системе его управления.
Объекты и методы. Рассматривая возможности известного шарнирно-стержневого грузоподъемного средства [1] пришли к решению его конструктивного усовершенствования. В частности, основываясь на конструктивную особенность шарнирно-стержневой стрелы грузоподъемного средства [2] усовершенствовали саму стрелу шарнирно-стержневого грузоподъемного средства и получили необходимую для дальнейшего исследования схему шарнирно-стержневого робота манипулятора (рис. 1).
Конструктивно разработали стрелу [3] шарнирно-стержневого грузоподъемного средства, которая представляет собой корневую секцию 1 и связанную с ней рукоять 2 и грузозахватный орган стрелы 3. При этом корневая секция выполнена из трех стержней в виде шарнирного треугольника с двумя острыми углами. Рукоять выполнена из двух стержневых шарнирных треугольников с двумя острыми углами и общей для обоих треугольников связью, один из шарниров которой соединен с силовыми цилиндрами рукояти. Два указанных шарнирно - стержневых треугольника имеют общую связь между собой в виде стержня, ближайший к грузозахватному органу шарнирный треугольник имеет
в основании два силовых цилиндра 4, 5, работающие как одно кинематическое звено. Два других шарнирно-стержневых треугольника также связаны между собой в виде стержня, а в основании одного из шарнирных треугольников имеются два силовых гидроцилиндра 6, 7, которые работают, как одно кинематическое звено и связаны с двумя гидроцилиндрами предыдущего шарнирно-стержневого треугольника. Стержни, составляющие треугольные соединения выполнены в виде плоских в поперечном направлении ферм.
При таком исполнении шарнирно-стержневой стрелы и расположении гидроцилиндров, стержни всех "треугольников" воспринимают в основном нагрузки растяжения или сжатия, а шарнирные соединения обеспечивают необходимые подвижности звеньям манипулятора. Дополнительные, ближайшие к грузозахватному органу, гидроцилиндры обеспечивают максимальный подъем и опускание грузов. Таким образом, достигается оптимальное распределение нагрузок растяжения - сжатия на стержни и плоские фермы, способствующие повышению силовой мощности конструкции, за счет разворота стрелы в горизонтальной плоскости увеличивается зона действия системы и в вертикальной плоскости за счет работы силовых гидроцилиндров увеличивается зона действия, а для грузонесущего органа сообщается дополнительное перемещение в горизонтальной плоскости, что расширяет функциональные возможности стрелы. Конструктивно разработанную стрелу шарнирно-стержневого грузоподъемного средства в последствии используем для нашего шарнирно-стержневого робота манипулятора.
2
Рисунок 1 - Схема шарнирно-стержневого робота манипулятора
Управление шарнирно-стержневым роботом манипулятором, с конструктивно усовершенствованной стрелой, осуществляется посредством электрогидравлической схемы, которая представлена на рис. 2. За основу была взята существующая электрогидравлическая система управления гидравлическими манипуляторами [4,5], которая была усовершенствована.
Схема управления шарнирно-стержневым роботом манипулятором, представленная на рисунке 2 состоит из: шести гидроцилиндров, представленных как Ц1...Ц6; функциональных
блоков Б1...Б4; полости высокого и низкого давления ПВД, ПНД; источника питания И; датчика определения давления М; насоса шестеренчатого НШ; электродвигателя Э; распределительного бачка РБ; пульта управления установкой П.
Схему управления роботом манипулятором можно условно делиться на четыре блока. Каждый функциональный блок (Б1...Б4) выполняет функцию управления одним гидроцилиндром. В состав каждого блока входят четыре электроклапана. Для удобства соединения в гидравлической схеме присутствует полость высокого давления (ПВД) и полость низкого давления (ПНД). Данные полости соединяются через шестеренчатый маслонасос (НШ). Полость низкого давления (ПНД) дополнительно сообщается с распределительным бочком (РБ), а полость высокого давления с манометром. Каждый из четырех блоков (Б1...Б4) гидравлически соединен с полостями высокого и низкого давления и с отдельным гидроцилиндром таким образом, что включаются два электроклапана, соединенные с разными полостями гидроцилиндра и разными полостями давления. Электромотор приводит в движение шестеренчатый насос (НШ). Электрическая схема устроена таким образом, что включение двигателя сблокировано с включением электроклапанов. Для каждой операции необходимо включение двух электроклапанов, присоединенных к разным полостям давления и разным полостям гидроцилиндров.
Рисунок 2 - Схема управления экспериментальной установкой
Создав, шарнирно-стержневой робот манипулятор, возникла необходимость в определении кинематических параметров механизма. В результате аналитического исследования с использованием разработанной программы [6,7] 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, были определены оптимальные размеры шарнирно -стержневого робота манипулятора.
Результаты исследований. Путем математических вычислений доказано, что шарнирно-стержневой робот манипулятор с электрогидравлической системой управления,
имеет расширенные функциональные возможности стрелы, за счет увеличения зоны действия в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Полученная путем расчетов и построенная зона действия шарнирно-стержневого робота манипулятора, представляет собой сложное и вместе с тем обширное объемное образование (рис.3). Зона действия шарнирно-стержневого грузоподъемного средства может изменяться в зависимости от изменения длины гидроцилиндров и длины стержней, составляющих шарнирно-стержневое соединение. При последовательном включении в определенном порядке силовых цилиндров, можно добиться определения практической зоны действия шарнирно-стержневого робота манипулятора. Существо оптимизации параметров заключается в выявлении возможностей шарнирно-стержневых роботов манипуляторов, с целью использования полученных данных при проектировании. 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. Зная координаты шарнирно-стержневой конструкции стрелы робота манипулятора возможно построение и зоны действия всего механизма.
Рисунок 3 - Зона действия шарнирно-стержневого
Заключение. Полученные путем расчета с использованием разработанной программы [7] значения углов поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях стрелы шарнирно-стержневого робота манипулятора существенно превосходят аналогичный параметр, полученный при исследовании возможностей существующих шарнирно-стержневых грузоподъемных средств. Что указывает на широкие функциональные возможности разработанного шарнирно-стержневого робота манипулятора.
Подводя итог сказанному можно сделать вывод, что описанная в статье конструкция шарнирно-стержневого робота манипулятора с электрогидравлической системой управления позволяет увеличить зону действия стрелы в горизонтальной и вертикальной плоскостях и силовую мощность конструкции.
Ссылки на источники:
1. Кривельская, Н.В. Шарнирно-стержневой гидроманипулятор / В.И. Пындак, Кривельская Н.В. // Техника и оборудование для села, М, 2004. - №4. - С.26.
2. Патент РФ на изобретение №2178382 РФ. Стрела грузоподъёмного средства / Пындак В.И., Кривельская Н.В. - Опубл. 2002. - 8 с.
3. Патент РФ на полезную модель №145959. Стрела грузоподъёмного средства / Бабоченко Н.В. - Опубл. 2014 г. - 8 с.
4. Кривельская, Н.В. Перспективная электрогидравлическая система управления грузоподъемным средством / В.И. Пындак, Кривельская Н.В. // Успехи современного естествознания, 2005. - №9. - С.82-83.
5. Патент РФ на изобретение №2231494. Устройство для управления гидравлическим манипулятором / Пындак В.И., Кривельская Н.В. - Опубл. 2004. - 11 с.
6. Бабоченко Н.В. Компьютерная модель исследования кинематических параметров шарнирно-стержневых гидроманипуляторов [Текст] / Н.В. Бабоченко // Южно-Сибирский научный вестник. - 2014. - №2. - С.8 - 10.
7. Свидетельство № 2014616428. Mechanism - 3D - кинематический анализ пространственных приводных механизмов / Бабоченко Н.В. - 0публ.2014. - 11 с.
Natalia Babochenko
Candidate of technical sciences, assistant professor FSBEIHO VolgogradSAU, Volgograd nat-kivel skaya@mail. ru.
Joint-Core Robot Manipulator Section Boom And Electro-Hydraulic Control System
Abstract: The article describes the hinged-rod lifting means with electrohydraulic control system and describes the benefits of this design over the existing analogs. Kinematic parameters and settings are analytically determined that are required for the construction of the coverage of improved hinge-rod lifting means.
Keywords: joint-core robot manipulator section boom, hydraulic cylinders, electro-hydraulic control system.
