CC BY
54Технология и мехатроника в машиностроении
УДК 55.30.03; 621.865.8
СИЛОВОЙ РАСЧЕТ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО МАНИПУЛЯТОРА В ПРОГРАММНОМ ПАКЕТЕ LABVIEW
Л. В. Ручкин*, Н. Л. Ручкина
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: leonid-ruchkin@yandex.ru
Представлены результаты силового расчета плоского параллельного манипулятора, выполненные в программном пакете LabVIEW, для любой его возможной конфигурации и действующих технологических нагрузках. Манипулятор может быть использован при создании испытательных или технологических установок.
Ключевые слова: параллельный манипулятор, плоский манипулятор, силовой расчет, LabVIEW.
POWER CALCULATION OF THE PARALLEL MANIPULATOR IN SOFTWARE SUITE LABVIEW
L. V. Ruchkin*, N. L. Ruchkina
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: leonid-ruchkin@yandex.ru
The article presents results of power calculation of the parallel manipulator in software suite LabVIEW; they are used for any available geometric patterns and manufacturing loads. Manipulator can be used to simulate or manufacture machines.
Keywords: parallel manipulator, planar manipulator, power calculation, software suite LabVIEW.
В последнее время в аэрокосмической промышленности находят широкое применение параллельные манипуляторы. Манипуляторы, содержащие в своей структуре замкнутые кинематические цепи, используются при создании как испытательной техники, так и технологического оборудования, например фрезерных обрабатывающих центров. Вызвано это их высокой жесткостью и точностью перемещения выходного звена машины [1-4], но наличие в структуре замкнутых кинематических цепей усложняет конструкторские расчеты подобных систем, в частности выполнение силового расчета.
Рассмотрим параллельный манипулятор (рис. 1), выполненный в виде плоского шарнирного четырех-звенника. Шарниры А, В и С являются пассивными, шарнир О - активный и развивает момент М. В звенья ОА и ВС встроены управляемые поступательные пары, так, что возможно изменение длин звеньев а1 и а3, приводы шарниров обеспечивают необходимые усилия РА и РВ. На выходное звено действуют технологические силы РВх и РВу. Подобная структура имеет три степени подвижности и обеспечивает перемещение выходного звена (точка В) в плоскости рисунка по любой программно заданной траектории. В качестве обобщенных координат выбраны переменные дь а1 и а3. Зависимость переменных д2, ?3 и д4 от обобщенных координат определяется характером движения и устанавливается при решении прямой и обратной задач кинематики манипулятора. На расчетной схеме приведен пример перемещения выходного звена вверх.
Рис. 1. Расчетная схема плоского параллельного манипулятора
При выполнении силового расчета считаем, что заданы технологические силы PDx и PDy. Для определения реакций в шарнирах и необходимых момента M и сил PA и PB, создаваемых приводами манипулятора, выделяем двухповодковую группу ABC и заменяем нарушенные связи реакциями [5]. Записываем уравнения равенства нулю проекций сил на координатные оси и уравнения равенства нулю моментов сил относительно точки B для звеньев AB и BC.
Составляем уравнение
F ■ X = G,
где F - входная матрица или матрица коэффициентов; X - матрица решений; G - известный вектор сил и моментов сил.
Решетневские чтения. 2017
q1, градус
76
q2, градус
Ьб
Pdx, H ^ 4000
1°
Real Matrix А
1 0 0 0 0 0 1 0
0 1 0,2 0 0 0 0 1
1 0 0 0 1 0 1 0
0 1 0 0 0 1 0 1
1 0 0 0,2 1 0 0 0
0 1 0 0,049S 0 1 0 0
0,242 0,97 0,194 0 0 0 0,242 0,97
-0,242 0,97 0 0 0 0 -0,242 0,97
0 0 0 0 0 0 0 0
Pdy
у 2000
а2 №
а1=аЗ 0,206
I с
Solution Matrix X
4000 л
3Ö00
-3000
900
-4000
-3000
300
40 V
< >
R12x
R12y
R23x
R23y
R30x
R30y
PA
PB
ê'
DE У 0,025
Real Matrix! л
0 4000
0 2000
100
0
0
0
4000
2000
|о
< >
Бхсднгя матрица или матрица коэффициентов
Матрица решений
Известный вектор или правая часть
Рис. 2. Лицевая панель созданного виртуального прибора
При помощи встроенных виртуальных приборов LabVIEW создаем необходимые матрицы и решаем систему уравнений. Лицевая панель созданного виртуального прибора приведена на рис. 2. Момент, развиваемый в шарнире O, определяется аналогично.
Разработанный виртуальный прибор позволяет выполнять силовой расчет для плоского параллельного манипулятора при любой его возможной конфигурации и действующих технологических нагрузках при создании как испытательных, так и технологических машин.
Библиографические ссылки
1. Merlet J.-P. Parallel Robots. Springer, 2006. 418 p.
2. Кобринский А. А., Кобринский А. Е. Манипуля-ционные системы роботов: основы устройства, элементы теории. М. : Наука, 1985. 344 с.
3. Теоретические основы робототехники : в 2 кн. / А. И. Корендясев, Б. Л. Саламандра, Л. И. Тывес ; отв. ред. С. М. Каплунов ; Ин-т машиноведения им. А. А. Благонравова РАН. М. : Наука, 2006. Кн. 1. 383 с.
4. Лукинов А. П. Проектирование мехатронных и робототехнических устройств : учеб. пособие. СПб. : Лань, 2012. 628 с.
5. Сумский С. Н. Расчет кинематических и динамических характеристик плоских рычажных механизмов : справочник. М. : Машиностроение. 1980. 312 с.
References
1. Merlet J.-P. Parallel Robots. Springer, 2006. 418 p.
2. Kobrinskiy A. A., Kobrinskiy A. E. Manipulyatsionnye sistemy robotov: osnovy ustroystva, elementy teorii. M. : Nauka, 1985. 344 p.
3. Teoreticheskie osnovy robototekhniki : v 2-kh kn. / A. I. Korendyasev, B. L. Salamandra, L. I. Tyves ; otv. red. S. M. Kaplunov ; In-t mashinovedeniya im. A. A. Blagonravova RAN. M. : Nauka, 2006. Kn. 1. 383 p.
4. Lukinov A. P. Proektirovanie mekhatronnykh i robototekhnicheskikh ustroystv : Uchebnoe posobie. SPb. : Lan', 2012. 628 p.
5. Sumskiy S. N. Raschet kinematicheskikh i dinamicheskikh kharakteristik ploskikh rychazhnykh mekhanizmov : Spravochnik. M. : Mashinostroenie. 1980. 312 p.
© Ручкин Л. В., Ручкина Н. Л., 2017
