Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время автоматизация основных технологических операций в различных отраслях промышленности, в том числе и в текстильной, достигла такого уровня, что вспомогательные операции транспортировки и складирования полуфабрикатов и изделий, загрузки и разгрузки технологического оборудования, выполняемые вручную либо с помощью существующих средств механизации и автоматизации, требуют создания новых высокоэффективных средств выполнения этих операций. Промышленные роботы (автоматические манипуляторы) оказались тем недостающим звеном, появление которого позволяет решать задачи комплексной автоматизации на более высоком уровне, объединяя основное технологическое оборудование, подъёмно-транспортные машины и механизмы предприятия в единый автоматизированный комплекс.
Современные подъёмно-транспортные системы предприятий ведущих отраслей промышленности всё чаще создаются на базе пространственных мани-пуляционных механизмов параллельной структуры в силу их уникальных возможностей по точности и грузоподъёмности. Об этом свидетельствуют материалы недавних всемирных конгрессов по науке о машинах в Китае (2004 г.), во Франции (2007 г.), в Мексике (2011 г.), а также симпозиумов по робототехнике «ROMANSY» в Италии (2002 г.), в Канаде (2004 г.), в Польше (2006 г.), в Японии (2008 г.), в Италии (2010 г.).
Однако на сегодняшний день в текстильной промышленности таких подъёмно-транспортных систем практически нет, механизмы параллельной структуры не применяются и в технологических установках текстильной и легкой промышленности. Это обусловливает необходимость разработки механизмов параллельной структуры, обладающих функциональными возможностями, соответствующими транспортным и технологическим операциям текстильной и легкой промышленности.
При этом, несмотря на большое количество публикаций в целом по проблеме разработки и внедрения указанных механизмов, имеются многие нерешенные вопросы их анализа и синтеза, математического моделирования работы этих объектов.
В связи с изложенным, тема данной диссертационной работы, направлен* ной на исследование и разработку макипуляционных механизмов параллельной структуры для подъёмно-транспортных и технологических систем текстильной промышленности, является актуальной с точки зрения научной и практической значимости поставленной проблемы.
Цель работы. Создание новых манипуляционных механизмов параллельной структуры для высокоэффективных робототехнических подъёмно-транспортных систем предприятий текстильной и легкой промышленности.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо: выполнить обзор научно-технической литературы по основным направлениям и результатам исследований в области применения робототехнических
систем и манипуляторов в текстильной промышленности, рассмотреть свойства и области применения механизмов параллельной структуры;
осуществить структурный анализ и синтез и получить схемы манипуля-ционных механизмов параллельной структуры с разным числом степеней свободы, в которых осуществлена частичная кинематическая развязка;
решить задачи о положениях и скоростях манипулятора параллельной структуры, разработать алгоритмы определения особых положений, соответствующих потере одной или нескольких степеней свободы механизма или его управляемости;
провести динамический анализ с целью определения колебательных свойств разработанных механизмов параллельной структуры, получить численные решения задачи о колебаниях механизма;
разработать конструкцию и изготовить физическую модель манипуляци-онного механизма параллельной структуры с четырьмя степенями свободы с целью проведения экспериментальной проверки его работоспособности и определения технических характеристик.
Методы исследований. В диссертации использованы методы компьютерного моделирования, аналитической геометрии, теории механизмов и машин, матричного исчисления.
Научная новизна. В ходе выполнения диссертационной работы впервые:
синтезированы новые структурные схемы манипуляционных механизмов параллельной структуры с четырьмя, пятью и шестью степенями свободы, в которых осуществлена частичная кинематическая развязка;
решена задача о скоростях манипулятора параллельной структуры с четырьмя степенями свободы, на основе которой разработаны алгоритмы определения особых положений, соответствующих потере одной или нескольких степеней свободы механизма или его управляемости;
рассчитаны собственные частоты колебаний для рассматриваемого манипулятора параллельной структуры с четырьмя степенями свободы и получены численные решения задачи о колебаниях механизма;
разработана конструкция и определены технические характеристики физической модели маншгуляционного механизма параллельной структуры с четырьмя степенями свободы.
Практическая значимость результатов работы. Полученные в работе результаты позволяют повысить эффективность, точность и функциональные возможности робототехнических систем предприятий текстильной и легкой промышленности. Это достигается на основе созданных структурных схем манипуляционных механизмов параллельной структуры, алгоритмов и программ, предназначенных для решения задач о положениях, скоростях и особых конфигурациях, а также о динамических свойствах данных механизмов.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждены на заседаниях кафедры прикладной механики МГТУ имени А.Н. Косыгина. Результаты работы доложены на ХШ Всемирном конгрессе по теории механизмов и
машин (Мексика, 2011 г.), на XVII международном семинаре «Технологические проблемы прочности» (г. Подольск - 2010 г.), на международных научно - технических конференциях "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" - ТЕКСТИЛЬ - 2008, ТЕКСТИЛЬ - 2009, ТЕКСТИЛЬ -2010 (г. Москва - 2008г., 2009 г., 2010 г.), на Ш, IV Всероссийских конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Искусственный интеллект: философия, методология, инновации» (г. Москва - 2009г., 2010 г.), на XXI, ХХП, Международных Иновапионно-ориентированных конференциях молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения - МИКМУС-2009, МИКМУС-2010 (г. Москва - 2009г., 2010 г.), на VII Всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль XXI века» (г. Москва - 2008 г.).
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 5 научных статей в журналах из списка ВАК, 1 патент РФ на полезную модель.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Объём диссертации составляет 121 страницу машинописного текста, включает 70 рисунков. Список использованной литературы содержит 187 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. Приложение представлено на 1 странице.
