Приводы роботов вертикального перемещения Семенов, Евгений Александрович

Введение к работе

' .

Актуальность теш. В связи с выполнением разнообразных технологических операций в сложных, экстремальных или опасных для человека условиях получают развитие мобильные роботы, способные перемещаться по наклонным и вертикальным поверхностям.

Разработки и исследования роботов вертикального перемещения (РВП) ведутся примерно с 1984 г. в Японии. России. США. Великобритании и других странах.

В Институте Проблем Механики РАН (ИПМ РАН) в рамках Государственной Научно-технической Программы (ГНТП) "Технологии машины и производства будущего" для указанных условий работы были разработаны различные модели РВП с пневматической системой приводов. При этом можно считать, что при использовании РВП одной из основных характеристик является изменение скорости движения РВП в широком диапазоне и требуется надежное удержание робота на поверхности перемещения. В связи с этим как в нашей стране, гак и за рубежом_ведутся интенсивные,работы и исследования по созданию пневматических, приводов с "жесткими" механическими ха-зактеристиками в широком диапазоне скоростей.и нагрузок и адаптивных устройств фиксации (АУФ). Однако, всем предложенным приводам и АУФ свойственны существенные недостатки: режимы ползу-іих скоростей возможны только в очень узком диапазоне нагрузок: шгоритмы управления приводами и АУФ достаточно сложны; разви-іаемая приводами и АУФ мощность и их надежность не велики. Нес-ютря на полученные результаты в этой области, потребовалось наполнение комплекса исследований по созданию, экспериментальных ібразцов данных устройств. В связи с этим разработка и исследо-:ание новых надежных к простых типов приводов и АУФ. позволяющее обеспечить "жесткость" механических характеристик в широком иапазоне скоростей движения и нагружения и возможности адапта-да к поверхности перемещения"РВП. являются-актуальной задачей.

Цель' диссертационной работы. ' Исследование возможностей ' величения диапазона скоростей и нагрузок пневмоприводов РВП ля транспортных движений к фиксации и разработка системы при-

- 2 -водсв. обеспечивающих "жесткость" механических характеристик в режиме "ползучих" скоростей к адаптацию устройств фиксации к поверхности по которой перемешается РВП.

Основные задачи. В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи: _

разработать принципиальные схемы приводов транспортных движений и фиксации РВП. удовлетворяющие заданным режимам движения и нагружения;

разработать математическую модель привода;

разработать методику экспериментальных исследований;

экспериментально исследовать пневмоприводы транспортных движений и фиксации и выбрать рациональные характеристики их работы в составе РВП;

экспериментально исследовать пневмоприводы фиксации РВП и выбрать предельно достижимые силовые и динамические характеристики их работы с учетом изменения температуры и качества поверхностей соприкосновения С АУФ.

Решение этих основных задач выносится на защиту.

Методика исследований. При теоретическом исследовании была построена математическая модель электропневмомеханического привода (ЗПМП) в виде системы нелинейных дифференциальных уравнений; описывающих движения выходного звена ЭПМП и газодинамические процессы в пневматическом приводе, которая решалась на ЭВМ численными методами с помощью пакета прикладных программ по моделированию и оптимизации динамических систем.

При экспериментальном исследовании изучены основные рекимь движения и нагрунения ЭПМП и АУФ по разработанной методике. Использованы методы прикладной и теоретической механики, вычислительной техники, гидрогазодинамики.

Научная новизна диссертации состоит в разработке принципов построения и основ расчета нового типа ЗПМП и АУФ. в которых реализован широкий динамический диапазон при "жесткости" механических характеристик"и адаптации АУФ к поверхности перемещения РВП. ,

Практическая ценность. Методы-расчета ЭПМП могут быть ис-

- з -пользованы при разработке других аналогичных типов приводов. Разработка доведена до.рабочей документации и передана заказчикам. Тульским НПО "Точность" были изготовлены три опытных образца РВП с предложенной системой приводов.

Реализация работы. Разработанные АУФ и ЗІШП входят в состав различных моделей РВП в качестве сменных модулей.

Апробация работы. Основные разделы работы докладывались на научных семинарах по робототехнике и мехатроникв в ИПМ РАН. на 5-ом Всесоюзном совещании по робототехнике, на научном семинаре во время Международных соревнований роботов в г.Глазго, на Международной конференции по робототехнике и мехатронике в Средневосточном техническом Университете г. Анкары, на конференции "Интеллектуализация систем управления" (ИСУ-91) в г.Баку, на кафедре гидропривода и гидропневмоавтоматики МАЛИ.

Публикации. По теме.научных исследований опубликовано 18 печатных работ, в том числе 7 авторских свидетельств.

~~ Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 52 рисунка. 2 таблицы, включает библиографию из 52 использованных источников.

' ' СОДЕРЖАНИЕ" РАБОТЫ. ' ""

Во введении обоснована актуальность темы. Изложены основные положения, выносимые на'защиту, дается обзор диссертации и распределение материала по главам.

В первой главе рассматриваются условия функционирования РВП с точки зрения их влияния на систему приводов РВП. Рассмат-ривайтся особенности "взаимодействия различных механических схем РВП в составе системы приводов. Анализируются возможности раз-яичных механических схем. Анализируются результаты обзора лите-затуры. Формулируются цели и задачи исследования.

Основным назначением РВП ' является выполнение различных технологических операций на вертикальных и наклонных поверхностях. - Из'технологических задач вытекает необходимость: доставки'

- 4 -грузов или технологического оборудования на высоту и выполнение различных операций, таких как резка, сварка, очистка, окраска различных поверхностей, их инспекция и др.

Исходя.из вышесказанного, можно определить влияние особенностей функционирования РВП и выполняемых им задач на обоснование выбора его системы приводов. Из наиболее существенных особенностей отметим следующие:

надежность удержания на поверхности, т.к. при отсутствии надежного удержания на поверхности и фиксации на ней, РВП не сможет выполнить поставленную задачу;

достаточную нагрузочную способность при наименьшем собственном весе", т.е. отношение "полезная нагрузка - собственный' вес" должно быть максимальным;

широкий динамический диапазон перемещения, т.к. РВП должен с достаточно высокой скоростью двигаться к месту назначения и изменять скорость своего движения с учетом требований технологической операции;

высокую маневренность, поскольку необходимы перемещения
РВП в пространственной декартовой системе координат, причем
движения могут быть в ограниченном рабочем пространстве с воз
можностью обхода препятствий, возникающих на пути следования
РВП: " ' ' "

способность перемещения по поверхностям с различными физическими и механическими свойствами, такими как различная шероховатость, ^! намагничиваемость и др;

легкую управляемость, т.е. возможности управления от дискретных контроллеров и уменьшения времени специального обучения персонала, обслуживающего РВП;

движение на экономичных режимах для увеличения ресурса работы и уменьшения потребляемой энергии от источников питания.

Исходя из всего выше сказанного, можно проанализировать, соответствие различных типов приводных систем отмеченным особенностям функционирования.

Анализируя достоинства и недостатки различных приводов, не -трудно- придти к -выводу, что пневматические приводы наиболее

- 5 -подходят для системы РВП. так как они удовлетворяют ее основным особенностям функционирования. Однако, определенные конструктивные решения пневмоприводов потребовали дальнейшего развития для улучшения параметров. Например,, потребовалось существенно улучшить "жесткость" механической характеристики приводов в режиме "ползучих" скоростей движения, разработать АУФ , исследовать динамические реетмы их работы.

Как следует из анализа, основной задачей при использовании пневматической системы приводов являются наличие "жесткости" .механических характеристик в различных режимах движения и напруження при достижении достаточной точності? позиционирования и адаптация к поверхности перемещения РВП.

Рассмотрим возможности решения этих задач в различных типах пневматических приводов.

В пневматическом приводе с торможением требуемый закон
скоростей движения исполнительных устройств задается демпфера
ми. Вопросам расчета пневматического привода с торможением пос
вящены монографии Е. В.Герц. Г. В. Крейшша.' Б.Н.Бажанова и др.
авторов. Важной особенностью функционирования такого типа пнев
матических приводов является значительное снижение мощности
пневматического привода из-за потерь в демпферах при малом чис-
'ле точек" позиционирования. ' " . .

- Однако в этих случаях открытым остается вопрос о ползучих скоростях движения исполнительного устройства и конечности точек позиционирования.

В пневматическом приводе с торможением противодавлением режим ползучих скоростей осуществляется путем подключения выхлопной полости к магистрали высокого давления, а позиционирование привода происходит при включении фрикционного устройства. Такие типы приводов. были- описаны в работах В.А.Королева. В. В. Васкарева, А.И.Евдокимова и др. авторов.

В следящих пневматических приводах ползучий режим движения осуществляется за счет обратных связей по положению, скорости или давлению. Однако в таких типах приводов устойчивость системы является важной проблемой, а из-за -ограничения использования

- 6 -корректирующих устройств и сжимаемости воздуха не удается получить результатов в широком диапазоне скоростей к нагрузок. Таким типам приводов посвящены монографии В. Г.Градецкого. В. Н. Дмитриева. К. Ямафуджи, М.Ивата. Т.Фукушма и др. авторов.

Вопросам адаптации АУФ посвящены работы таких авторов как К.Икеда, Ф.Чен. Р.Телла, А.Райт и др. В этих работах рассматриваются различные АУФ, имеющие несколько схватоз на одном испол-, нительном устройстве. Однако большинство таких типов АУФ обладают повышенной энергоемкостью.

АУФ с мягкими исполнительными устройствами предложены такими авторами как А.Перовский. И.Шмидт и др. Однако такие АУФ обладают незначительной грузоподъемностью.

Адаптивннз захватные устройства с поисковыми движениями были предложены В.Б. Вешняковым, А.Шварцем, Б.Хофманном и др. Однако предлогешшэ схваты могут использоваться только в робо-

рис 1
тах. перемещавшееся по наклонным поверхностям и лестницам, что
сужает функциональные-' возможности PBIL-

В связи с вышеизложенным, потребовалось разработать новые принципиальные сязмные и конструктивные решения приводов РВП и АУФ. провести необходимое математическое и физическое моделирование для установления адекватности полученных характеристик с предъявляемыми требованиями. Общая схема приводов представлена на рис 1.

Во второй главе рассмотрена математическая модель ЭПМП, который используется в качестве привода транспортных движений.

Проведено ее исследование и в результате моделирования получены зависимости скорости от нагрузки для различных управляющих напряжений и исследованы различные режимы.работы ЭПМП. Установлено соответствие полученных параметров ЭПМП заданным требованиям.

рис 2 В связи с тем. что традиционные пневматические приводы не способны обеспечить режим ползучих скоростей при широком диапазоне нагрузок, в ИПМ РАН была поставлена задача разработки при-

вода, способного обеспечить требуемые условия.

ЭПЫП изображен на рис.2. Такой привод содержит паевмоци-лішдр 2 со штоком 1, на котором нестко закреплена зубчатая ройка 3.' Зубчатая рейка 3 находится в зацеплении с зубчатым колесом 4, которое связано с выходом цилиндрического редуктора 5. Выход редуктора 5 через пневматически управляемую гуфту 6 связан с червячным колесом 7, находящемся в зацеплении с червяком 8. На одном конце червяка 8 находится электродвигатель 9, а на другом датчик 10 оборотов. Принцип работы заключается в передаче . управляющего момента от электродвигателя через самотормозящуюся червячную передачу,_ редуктор и реечную передачу на шток силового пневыоцилиндра. После подачи давления в соответствующую полость пневмощимндра включается управляючи электродвигатель. Направление его вращения выбирается таким образом, чтобы шестерня имела вращение, совпадающее по направленна с движением зубчатой .рейки. При этом управляющая муфта включена и связывает вал с червячным колесом. Передаточное отношение механической передачи определяется по следующей формуле:

где z_m - число зубьев шестерни реечной передачи, .1 -модуль зубьев реечной передачи, п - номинальное число оборотов управляецего электродвигателя, v₃ -заданная скорость доступа-тельного движения штока пневмопривода. к=50 - экспериментально полученная оптимальная по мощности при заданной прочности величина передаточного отношения червячной передачи для данной схемы привода.

Таким образом, силовое воздействие пневмоцилиндра при включенной муфте гасится до величины, обеспечивающей заданную скорость движения штока пневмопривода.

Рассмотренная конструкция привода позволяет реализовать как замедленную непрерывную скорость передвижения платформы робота, так и ее скоростное дискретное перемещение, 'которое необходимо для оперативной доставки технологического оборудования в 'рабочую зону. Режим' скоростного движения реализуется отключени-

ем управляемой муфты.

Для исследования возможностей принципиальной схемы привода
и выбора рабочих параметров. была разработана математическая
модель' ЗПМ1. "

Математическая модель привода представляет собой систему дифференциальных уравнений, описывавших газодинамические процессы и движения рабочего органа ЭПМП.

Схема действия сил в приводе представлена на рис. 2. Расчет дішамики ЗШШ представляет определенную.сложность из-за взаимовлияния действующее сил. Получена полная система дифференциальных уравнений, описывающих динамику работа.ЗШШ.

Уравнение двихения рабочего органа представлено в виде:.

здесь к далее: ш - масса поршня и присоединённых к нему

поступательно движущихся частей; к' ,і,х,-*д,Фд,фд - текущие значення соответственно ускорений, скоростей, и перемещений штока пневмопривода и управляющего электродвигателя; pi , - текущие значения давлений определяемых по известной методике, основанной на описании газодинамических процессов в полостях пневматического привода; к - эффективная пловддь поршня С одинаковая с обоих сторон поршняЗ; г_тр= .- сила сухого' трения; &= - коэффициент вязкого трениявпневмоцилиндре. ^F_vm3~

*д

сила упругости ред'уктора, равная f,__ = s^E

Как ^dp

упр «зк

где: с - коэффициент упругости редуктора; і = -суцмаркоепредаточное число редуктора; к =-радиусзубчатого колеса, входящего в зацепление с рейкой.

Результирующие и составляющие сил, действувіцих на поршень, считается, отрицательными, если их направление совпадает с направлением силы трения и положительными, если оно совпадает с направление» двикуцих сил.

Значения Ад, *д ,Фд определялись по методике П. Д. Крутько, основанной на описании электромеханических процессов в

электродвигателе постоянного тока и редукторе с нагрузкой. Такий образом с учетом всех описаниях параметров была получена следующая система, дифференциальных уравнений, описывающих работу ЭПМП:

P(x₀₁.fx) H₂M 2 Кр₂

Pi⁼ =; — V (<>l) г

\ RT_B

(зы)/а

Jcpj x₀₁+- :

kP2

S+K52-X

я^=кя ^(ІЯ ⁺ "Г і_я >^+к« ^;д

Г Д Ы Я тр і

1 -ІВ

"зк *р

-н -м тре трв

%

*р

mi'=(_Pl-p₂) F + mg - F

где:

9. (і)=.|і^2Д - _ОІ<^к*^1,/|[ при 0.528 < _ei < 1

- D X

Моделирование системы проводилось на ЭВМ типа IBM PC А' с помощью пакета прикладных программ МОДС и специально разработанных сервисных программ.

Особенностью привода является возможность его работы в 2~: режимах: "движущегося упора" и "толкателя". До величины нагруз-ки 60 кгс шестерня червячного колеса работает в режиме движущегося упора. В данном случае действие давления питания преодоле вает действие нагрузки и. тем самым, результирующая сила н штоке, регулируемая двигателем, представляет собой разност указанных воздействий.

В диапазоне нагрузок около 60 кгс происходит максимальна

- 11 -разгрузка двигателя при переходе из режима движущегося упора в режим толкателя. В этот момент величина скорости становится наибольшей. При дальнейшем увеличении нагрузки двигатель в режиме толкателя затрачивает энергию не на удержание .давления пневмо-цилиндра при преодолении нагрузки в процессе регулирования скорости, как в режиме движущегося упора, а на создание дополнительного усилия, направленного' в сторону действия давления шевмоцилиндра. Смена режимов работы привода приводит к смене рабочих поверхностей" зубьев червячной шестерни при контакте с червяком.

Анализ механических характеристик, полученных при моделировании, позволил сделать вывод о том, что при изменении нагрузки- от -. -БО кгс до 0 диапазон изменения скорости находится от 2.2 до 2.6 см/с. При дальнейшем увеличении нагрузки от 0 до + 60 кгс происходит падение скорости до 1.5 см/с вследствие совпадения действия движущей силы от давления питания и внешней нагрузки, что приводит к перегрузке'электродвигателя.

Для расширения диапазона допустимых положительных нагрузок
и уменьшения вариаций скорости при' изменении величин и знаков
нагрузки целесообразно использовать режим работы привода, при
котором действие давления магистрали противоположно скорости
-движения рейки.- - -

В результате моделирования системы было выявлено, что значение противодавления р = 0.3 МПа является наиболее предпочтительным, т.к. в этом случае достигается наименьший диапазон изменения скорости при изменении нагрузки от а до 60 кгс.

При дальнейшем моделировании системы было установлено, что для нормальной работоспособности жесткость редуктора ЭПМП должна лежать в пределах от 50 до 75 Нм/рад. кроме того, при изменении нагрузок в пределах -800 Н до +800 Н. жесткостей редуктора от 20 Км/рад до 20000 Нм/рад и зазоров в зубчатых зацеплениях редуктора от 0.0005 рад до 0.1 рад, была получены диапазоны рабочих параметров, принятых при создании конструктивной модели привода и обеспечивающих работоспособность ЭГШП при отсутствии колебаний выходного звена. .',:''.''

В третьей главе приводятся результаты экспериментальнь исследований ЗІШІ и АУФ. Задачами экспериментальных исследовс йий являлись: экспериментальная проверка"работоспособности ЭГ и АУФ; проверка - адекватности предложенной в теоретической часі математической модели ЭПМП его физической реализации, и onpej ление реальных показателей функционирования.

Для экспериментальных исследований ЭПМП был создан испьгп
тельный стенд (рис.3) и разработана методика экспериментальнь
исследований. Стенд содержит: пневмоцилиндр 1; муфту сцеплею
2; редуктор 3: рейку 4; э/двигатель ДПР-62 5; датчик тока і
датчики 7.давления ДМП-10; датчик 8 перемещения ПТП-2; пневмої
лапан П-РЭ 3/2.5- 5112 9; пневмоклапан П-Р4Ф 232 10; регистр;
тор SONY А-1007 11; имитатор нагрузки 12.
~+у~-~ " — -- ~ ' ~-у"

рис з

+ F -F

- 13 -Методика экспериментальных исследований предусматривает получение нагрузочных, статических и динамических .характеристик.

- Основные эксплуатационными характеристиками привода являются зависимости скорости от нагрузок на ытоке при различных давлениях питания' пкевмоцилиндра и различных величинах управляющего напряжения U на электродвигателе (рис.4). Соответствующие направления векторов нагрузок F. скорости V и давлений Р показаны на рис.3.

-1000 . О 1000 F-N

рис 4 На рис.4 характеристики 1-5 получены при -противоположных знаках скорости и нагрузки, при этом давление питания р = 0,6 МПа. Напряжение на двигателе для кривой 1 равнялось'33 В. для

- 14 -кривой 2 - 27 В. для кривой 3 - 20 В. для кривой-4 -10 В. ДЛЯ кривой 5 - 8 В.

Максимальная отрицательная нагрузка на привод равняется -
150 кгс (кривая 1).. При смене знака нагрузки на положительный,
результирующая сила на штоке, регулируемая двигателем, нараста
ет, что приводит к проскальзыванию муфты в области нагрузки F =
+50 кгс. . '

Как было получено при моделировавши, для того, чтобы расширить диапазон допустимых положительных нагрузок и' уменьшить вариации скорости при изменении величин и знаков нагрузки, целесообразно использовать режим работы привода с противодавлением, характеристики которого отражены зависимостями 6-9 (рис.4).' При положительных значениях нагрузки напряжение на двигателе соответствует следующим значениям: кривая 6 - 33 В. кривая 7 -27 В, кривая 8 - 12 В и кривая 9 - 8 В.

При положительных нагрузках, так ке как и при отрицательных, режим движущегося упора предпочтительней для двигателя, так как противодействующие силы гасятся самотормозящейся червячной передачей и форма характеристик становится более пологой. Используя полученные зависимости, можно путем комбинации соответствующих участков характеристик для положительных и отрицательных нагрузок .получить желаемый-режим работы привода .-на. всем диапазоне возможных знаков и величин нагрузок. Например, для зависимостей, соответствующих напряжению двигателя 33 В (кривые 1 и 6. рис.4), комбинированная характеристика привода в режиме движущегося упора представляет собой кривую, соединяющую точки BCDEF. Смена знака давления в шевмоцилиндре при этом происходит в точке D\ Для сужения диапазона изменения скоростей в рабочем диапазоне нагрузок при допустимых пределах действия режима толкателя рекомендуется использовать комбинированную характеристику по точкам ABCEF. Смена, знака противодавления в данном - случае осуществляется в точке С. а диапазон изменения скорости при изменении нагрузки от - 100 кгс до +140 кгс равен 1,8 см/с. При необходимости можно реализовать и более высокие отрицательные нагрузки'до -'150 кгс. Таким образом, получены

- 15 -оптимальные по .диапазону изменения скоростей характеристики привода. -

Экспериментально были определены границы получения непрерывной скорости при комбинированных характеристиках (кривые 4 и 8). Нике этой границы лекит область прерывания скорости, обозначенная на рис. Л одинарной штриховкой. Кривые 5 и 9 определяют границу устойчивости работы привода при минимально возможном напряжении. Соответствующая область неустойчивости на рис. 4 обозначена двойной штриховкой.

Выполненные экспериментальные исследования пропорционально * регулируемого клапана, обеспечили его включение в систему приводов для получения дополнительного эффекта по расширению нагрузочных возможностей ЭПШ за счет компенсации внешней нагрузки силой, развиваемой пневматическим цилиндром, до 15 от текущего, значения/

Целью исследований АУФ является определение основных рабочих характеристик, к которым относится изменение усилия отрыва и сдвига АУФ в зависимости от давления питания на входе эжектора для различных видов поверхности фиксации и внешних условий.

Обратимся сначала к общей схеме АУФ (рис 5). которая вклю-

рис* 5 чает в себя эластичный захват 1, внутри которого находится опора сцепления 2, жестко соеданенная с приводом подъема-опускания '3. На опоре' сцепления- 2 закреплен датчик вакуума 4, связанный с

системой управления. Полость эластичного захвата связана с источником вакуума 5. Эластичный захват выполняет функцию элемента, герметизирующего вакуумируемый объем АУФ при фиксации. Опора сцепления, кроме функции, несущей конструкции АУФ, обеспечивает механическую фиксацию за счет сил сцепления с поверхностью, возникающих одновременно с вакуумированием полости эластичного захвата путем прижатия опоры к поверхности. Целесообразность использования эжектора как генератора вакуума в АУФ обусловлена возможностью его включения независимо на каждом АУФ робота, что необходимо для повышения надежности его функционирования. Датчик вакуума контролирует минимально допустимое разрежение в полости захвата. Качество поверхностей фиксации ' при испытаниях соответствовало классам шероховатости поверхности в диапазоне от 1 до 5, что охватывает широкий круг реальных поверхностей для таких практических задач.. как например, инспектирование металлических резервуаров, а также испытывались поверхности с неровностями до" 0.3 мм. Эластичный захват изготовлен из герметика ВИКСИНТ У2-28.

На рис.6 приведены результаты исследований по определению усилий отрыва и сдвига АУФ в зависимости от давления питания; эжектора. Испытания проводились как с сухими поверхностями, так и-с-поверхностями, покрытыми-машинным маслом, что моделирует реальные условия эксплуатации робота, в частности, на резервуарах с горюче-смазочными материалами. Усилие отрыва определяется путем плавного увеличения давления схсатого воздуха, которое через редуктор подается к вертикальному силовому цилиндру. В момент отрыва АУФ результирующее давление фиксируется манометром. -Серии измерений проводятся при разных давлениях питания эжектора. На рис.6 зависимости 1 и 2 характеризуют отрыв АУФ соответственно от сухой и замасленной поверхности, а зависимости 3 и 4 - сдвиг АУФ соответственно на .тех же видг.х поверхностей. Зависимость 5 получена при комбинированном воздействии на АУФ с использованием сухой поверхности при температуре 20 С.

- Из полученных результатов вытекает, что максимальное уси- лие отрыва- возникает при давлении питания в диапазоне (0.3'- '

- 17 -0.4) Mia. Это связано с особенностями рабочих характеристик эжектора. В случае замасленной поверхности (рис. 6. характеристика 2) усилие'отрыва уменьшается на 7%.

Усилие сдвига АУФ определялось аналогично-усилию отрыва при использовании горизонтального силового цилиндра, работающего ;:а сдвиг, з момент начала проскальзывания, "зксимадьное усилие сдвига на сухой поверхности на 5% меньше, чем соответствующее максимальнее усилие отрыва, однако характеристика имеет более пологую форму, что расширяет диапазон рабочих давлений питания на 25%. В случае замасленной поверхности усилие сдвига ' снижается более, чем на 10%. Таким образом, при.сдвиге уменьшение коэффициента трения более критично, чей при отрыве.

Как правило, в реальных условиях работа отрывающее и сдвигающее усилия действуют ка АУФ одновременно. Результаты моделирования данной ситуации отражены характеристикой 5 (рис.6), которая получена при одновременно изменяющихся давлениях в вертикальном и горизонтальном силовых цилиндрах. Из сравнения характеристик для отдельного и комбинированного воздействия усилий отрыва и сдвига видно, что реальный запас надежности- удержания можно определять по результатам моделирования отдельных воздействий с поправкой в сторону увеличения запаса надежности на 30% от полученного усилия в оптимальной зоне давлений питания, которая находится в пределах (0.3 - 0.4) МПа.

Одной из определяющих характеристик использования робота с АУФ при выполнении противопожарных операций является возможность работы в условиях повышенных температур: К основным требованиям для АУФ при этом относится термостойкость эластичного захвата. Температурные испытания проводились с помощью нагревательного элемента экспериментального стенда при разогреве поверхности фиксации до 150 С и 300 С. Результаты испытаний представляют собой соответственно характеристики 6 и 7. полученные при комбинированном нагружении АУФ. Как видно из графиков, при нагревании поверхности фиксации на каждые 100 С силы фиксации увеличиваются примерно на 5%. Это явление объясняется тем. что с возрастанием температуры захват АУФ становится более

700 т

' рис б - ..... .. .... :.

эластичным и. следовательно, улучшаются условия герметизации его вакуумной полости. Данный эффект наблюдается до величины температуры, соответствующей тепловому разрушению материала, из которого изготовлена рабочая поверхность захвата АУФ.

Результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментальный! исследованиями (с точностью до 8%).

В четвертой главе описаны и проанализированы с .точки зрения возможностей применения различные схемы АУФ. Описаны различные модели разработанных и реально, существующих моделей РВИ, даны схемы АУФ и проанализированы области их использования, даны характеристики, возможности и области применения различных РВП. Так, планируется использование РВП для .пожаротушения, строительства, судоремонтной промышленности и в др. областях.- В

- 19 -это» направлении ведутся работы с такими организациями как АО І.ЩТК "Робот". ВШИЛО. НБЦ МОКОП И др.

На заводе НПО "Точность" г.Тулы в рамках конверсионных работ Сыло изготовлено три опытных образца РВП..

Две модификации РЗП псинкмали участие в 1-ых международных соревнованиях роботов з г.Глазго (Великобритания).' где заняли призовые места и омлі награждены двумя медалями.

1. Предложены схема электропневмомеханического привода с оригинальным устройством управления скоростью перемещения н оригинальные конструкции адаптивных устройств фиксации, осуществлявшие различнее види адаптации к поверхности перемещения робота вертикального перемещения.

2. Построена математическая модель электропневмомеханического привода в виде системы нелинейных дифференциальных уравнений. В результате моделирования были обоснованы принятые схемы механической системы РВП и системы приводов транспортных движений платформ робота при различны;; режимах движения и нагружения.

.. 3.Проведена качественная оценка показателей электропневмомеханического привода на основе анализа динамических и статических характеристик. Был предложен новый режим работы электропневмомеханического привода с противодавлением и установлено, что величина противодавления равная р = 0.3 МПа, позволяет получать наименьшие-вариации скорости в требуемом диапазоне нагрузок.

4. Установлено что, разработанный ЭПНП обеспечивает в диапазоне нагрузок от -400Н до +400Н вариацию скорости выходного звена не более 20 % при режиме "ползучих" скоростей и развивает скорость до 1.2 м/с в режиме форсированных скоростей.

5. Установлено, что для нормальной работоспособности жесткость редуктора ЭПМП должна лежать в пределах от 50 до 75 Н м /рад.

6.На разработанных экспериментальных установках проведены: исследования работоспособности электропневмомеханического привода

' - 20 -в различных предложенных режимах; исследования механических характеристик электропневыомехашческого привода; исследования нагрузочных характеристик адаптивных устройств фиксации. Экспериментальные результаты хорошо согласуются с теоретическими.

7. В результате выполненных экспериментальных исследований установлено что, реаим движущегося упора более благоприятен для работы ЭШШ. Экспериментально подтверждено, что наиболее целесообразной является величина противодавления в пневмоцилиндре ЗПМП. равная 0.3 МПа.

8. Получено, что ПРК. по своим статическим н динамическим характеристикам может быть использован в контурах обратных связей по давлению ЭПШ* и ВУФ. и, что при применении таких обратных связей в контурах управления ЭПМП вариации скорости в диапазоне внешних нагрузок от - 400 Н до + 400 Н не превышают 10 %.

9. Установлено что, маїссимальное усилие на отрыв ВУФ преодолевает при давлении на входе эжектора равном 0.3 - 0.4 МПа и оно равно 630 Н., при этом на поверхности, покрытой машинам маслом, оно снижается на 7 %.

10. Результаты исследований показывают что, максимальное усилие на сдвиг ВУФ преодолевает при давлении на входе эжектора равном 0.3 - 0.4 МПа и оно равно 620Н, при этом на поверхности, покрытой машинным маслом, оно снижается на 10 % и при нагревании поверхности фиксации на каждые 100 С (до-300 С) силы фиксации увеличиваются на 5 %.

11. Получено что, теоретическая несущая способность ВУФ выше реальной примерно на 7%.

Данные электропневмомеханический привод и адаптивные устройства фиксации значительно расширяют - возможности применения рассмотренных в диссертации роботов вертикального перемещения.

Важным достоинством предложенных электропневмомеханического привода и адаптивных устройств фиксации является их универсальность, т.е. возможность применения не только в различных конструкциях робота вертикального перемещения, но и в различных устройствах автоматизации в качестве отдельных модулей.

В приложении приводятся копии документов, подтверждающих

- 21 -Енедрение результатов работы в народном хозяйстве.