CC BY
21
УДК 621.9.06+621.7.08
А.Г. Кольцов, A.G. Koltsov, e-mail: [email protected]
ДЛ. Блохия, D.A. Blohin, e-mail: [email protected]
А.В. Хабаров, A.V. Khabarov, e-mail: [email protected]
Омский государственный технический университет, г. Омск. Россия
Omsk State Technical University. Omsk, Russia
ВЛИЯНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАТФОРМЫ СТЮАРТА НА ТОЧНОС ТЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО
МЕХАНИЗМА
INFLUENCE ОТ KINEMATIC CHARACTERISTICS OF STEWART PLATFORM FOR PREC ISION MOVING MEASURING MECHANISM
В статье рассмотрены вопросы обеспечения точности измерительного механизма в зависимости от параметров рабочего пространства. Представлены математический аппарат движения рабочего органа, экспериментальные результаты исследований точности позиционирования.
This article descnbes how to ensure the accuracy of the measuring equipment, depending on the parameters of the working space. Presented mathematical apparatus movement of the working body, the experimental research results positioning accuracy.
296
Ключевые слова: платформа Стюарта, механизмы параллельной кинематики, точность позиционирования
Keywords: platform Stewart parallel kinematics mechanisms, positioning accuracy
Быстрое развитие современного машиностроения требует создания высокоэффективного технологичного оборудования, способного обрабатывать сложные поверхности с высокой точностью за одну установку с минимальным вмешательством человека. В настоящее время технологическое оборудование для механической обработки строится, как правило, на принципах последовательной кинематики.
Перспективными конструкциями станочного оборудования, обеспечивающими требуемые функциональные возможности н необходимую зону обработки, является оборудование. построенное на базе механизмов параллельной кинематики (МПК). В отличие от станков традиционных компоновок, структуры с параллельной кинематикой содержат замкнутые кинематические цепи и воспринимают нагрузку как пространственные фермы, т. е. звенья этих механизмов работают на растяжение и сжаше. что обеспечивает жесткость всей конструкции и. как следствие, повышение точности позиционирования измерительного пли режущего инструмента [3,4].
Первое применение стержневых замкнутых механизмов в робототехнике было изложено в работе н связано с использованием платформы Стюарта [б], которая позволяет с помощью приводов линейных перемещений осуществлять перемещение платформы П (рис. 1а) относительно основания по шести независимым координатам.
На основе данных механизмов построены координатные измерительные машины н высокоточные машины для выполнения лазерной и механической обработки (рис. 2).
Рнс 1. а) платформа Стюарта. 6. в) шарнирные соединения
44
*)
Достоинствами оборудования, построенного на основе параллельных механизмов, являются большая точность и жесткость, высокие рабочие нагрузки. Среди недостатков следует огме-тнть использование большого количества приводов и сложных систем управления, меньший размер рабочей области и высокую стоимость, сложность в проектировании. Однако эти недостатки не являются препятствием для распространения МПК в тех областях, где требуется точное позиционирование. высокие нагрузки и маневренность.
а
6
Рис. 2. Координатные измерительные машины и высокоточные машины для выполнения лазерной н механической обработки: а) обрабатывающий центр OKUMA РМ-600, 6) контрольно- измерительная машина ЛАШ1К КИМ-750
Механизм параллельной структуры характеризуются тем. что выхолное звено П (рнс. 1а) соединено с основанием несколькими кинематическими цепями, работающими параллельно в смысле передачи движения. Такие механизмы позволяют параллельно управлять усилием, скоростью и перемещением по одной координате выходного звена. Кроме того, в каждой кинематической цепи имеются свободные, не содержащие приводов, сочленения, в которых могут бьпь установлены дополнительные датчики, а также дополнительные приводы. работающие параллельно с основными.
Платформы Стюарта имеют различные компоновки, связанные с особенностями работ. производимыми на данном оборудовании. Различают гексаподы с верхним, нижним либо боковым расположением подвижной платформы [2].
В общем случае компоновка гексапода должна обеспечивать б степеней свободы, необходимые для выполнения требуемых операций. Для обеспечения перемещения платформы по шести координатам в каждой кинематической цепи, соединяющей основание с платформой. кроме линейной пары с приводом, имеются два шарнира: один двухподвижный. другой - трехподвнжнын [ 1 ].
Как любой станок, имеющий б степеней свободы, механизмы параллельной кинематики имеют сложную систему расположения координат. Так. в платформе Стюарта может бьпь отмечено от 2 до 4 и даже более декартовых систем координат (рнс. 3): система координат неподвижного основания (СКО). система координат подвижной платформы (СКП). система координат инструмента (СКИ), система координат режущей точки (СКР) н т.д. [5].
Рнс. 3. Схематическая структура станка
Физическими управляемыми координатами станка с параллельной кинематикой являются длины раздвижных штанг: длина раздвижной штанги равна расстоянию между её шарнирами, При известных координатах х. у. 2. <р, у. 6 можно получить значения координат шарниров платформы п. соответственно, дтины плащ [1].
Длины штанг будут равны:
41 = V (Ли ~ хл)г "+ Ол1 - Ул)* + (Ли -
<¡■1 = V - -*е)г + - УвУ1 + С*а1 - *а)г
<?ь= -*г)а + (У/1 - Л-)2 + - 2г)*
Управление исполнительными приводами, в первую очередь, состоит в решении обратной задачи кинематики, которая представляет собой определение обобщенные координат инструмента с|д по информации о перемещении инструмента относительно детали. Переме-
шенне выходного звена манипулятора определяется положением системы координат СКР в неподвижной системе координат С'КО (рис. 3). В связи с тем. что рабочее пространство МПК представляет собой сложную пространственную фигуру, то каждой точке этого пространства соответствуют свои параметры жесткости, а значит и точности. Поэтому исследование точности оборудования, построенного на МПК. является первостепенной задачей.
В лаборатории ОмГТУ на оборудовании фирмы ЫешкЬатл' были произведены измерения точности позиционирования подвижной платформы контрольно-измерительной машины ЛАПИК КИМ-7 50 (рис 26). Экспериментально измеренные значения точности позиционирования контрольно-измерительной машины ЛАПИК КИМ-750 не превышают 1.8 мкм. Один Н1 графиков измерения точности позиционирования представлен на рис. 4.
D 5D 10(1
Анализ Renishaw - Линейные
ЗМ 400
Точка (мм)
|Стано1с'КИМ:Лэпик-750 |Ось:У [Точность 0.00 18
Серийный номер:5/п Распопоже ние:С) мгту
Рнс. 4 График измерения точности позиционирования КИМ-750
Библиографический список
1. Афонин. В. Л. Обрабатывающее оборудование на основе механизмов параллельной структуры / В. Л. Афонин. П. В. Подзоров. В. В. Слепцов: под обит. ред. В. Л. Афонина. -М. : Издательство МГТУ СТАНКИН: Янус-К. 2006. - 452 с.
2. Гаврилов. В. А. Исследование металлообрабатывающего оборудования нетрадиционных компоновок / В. А. Гаврнлов. А. Г. Кольцов, Д. А. Спиридонов; ОмГТУ, - Омск. 2003. - 100 с. - Деп. в ВИНИТИ 09.09.2003. № 1659-В2003.
3. Гаврилов. В. А. Многофункциональное оборудование на основе параллельной ки-нематнкн / В. А. Гаврилов. А. Г. Кольцов: ОмГТУ - Омск. 2006. - 131 с. - Деп. в ВИНИТИ 29.11.2006. № 1481-В2006.
4. Кольцов. А. Г. Исследование динамики механизма параллельной кинематики с новой структурой / А. Г. Кольцов. А. X. Шамутдннов Н Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. - 2012. - Т. 16: № 4 (49). - С. 120-128.
5. Подленко. О. И. Параметрический синтез формообразующих систем станков на базе механизмов с параллельной кинематикой: дне. ... канд. техн. наук : 22.12.05 / Олег Николаевич Подленко. - Хабаровск. 2005. - 145 с.
6. Stewart. D. A platform with six degrees of freedom / D. Stewart // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. London. - 1965. - Vol. 180; № 15. - P.371-385.
