Введение к работе
Актуальность темы. Как известно, мангатуляционные механизмы параллельной структуры проявляют высокие показатели по удельной грузоподъемности и точности позиционирования, поскольку выходное звено связано с основанием несколькими кинематическими цепями, каждая из которых содержит привод или налагает некоторое количество связей на движение выходного звена. В силу этого данные конструкція! воспринимают нагрузку подобно, пространственным фермам, однако, недостатком этих систем являются пониженные показатели по рабочим объемам и манипулятивности.
Указшшыс обстоятельства обусловили область применения даїшьгх ма-гшпуляционных механизмов, которая распространяется на многочисленные испытательные, измерительные устройства (манипулирование моделями летательных аппаратов в аэродинамической трубе, сверхточные перемещения изделий электронной техники в вакууме, 1-координатныс тросовые системы для определения параметров пространственного движения роботов).
Следует отметить, что наличие многих кинематических цепей и нескольких замкнутых контуров приводит к существенному усложнению математического описания этих объектов, традиционные векторные и матричные подходы становятся малоэффективными, и им на смену приходит винтовое исчисление. Однако, при решении задач анализа и синтеза дагашх мшпптуляциотшх устройств не удается добнгься аналитических выражений в виде готовых формул, что обусловливает необходимость численного модслироваїшя этих объектов.
В связи с этим особую актуальность представляет разработка ориентированных на широкое использование компьютерной техники итерационных алгоритмов, позволяощих выясшпъ качественные характеристики манипуляторов указашгаго класса, существенным образом влияющих на их функциональные возможности.
Речь идет, прежде всего, об особых положениях, в которых манипулятор может терять управляемость. Поэтому необходимо либо синтезировать алгоритмы управления, позволяющие обходопъ указанные положения с учетом предписашюго движения выходного звена, либо ограничить рабочую зону положениями, достаточно далекими от особых, в которых углы давления не превосходят предельных значений.
Указанные задачи в силу сложности кинематической структуры могут быть решены лишь с использованием итерационных компьютерных методов, поэтому темой датчюй работы стало компьютерное моделирование пространственных манипуляциош їх механизмов параллельной структуры.
Целью диссертационной работы является создание методик и алгоритмов численного моделирования пространственных манлпуляшюнных механизмов параллельной структуры, обеспечивающих повышение функциональных возможностей данных устройств, путем исключения возможных нерабочих состояний, связанных с потерей управляемости в особых положен; гх.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
составить компьютерные модели кинематического и силового взаимодействия приводов соедишггельных кинематических цепей и выходного звена прострап-ствешшгх маштуляциотшх мехазшзмов параллельной структуры;
разработать модели взаимного движения выходного звена и соедишггельных кинематических цепей вблизи особых положений;
синтезировать алгоритмы управления ианипуляцнонными механизмами параллельной структуры для исключения нерабочих ситуаций и составил, алго-ритмы определения особых зон данных механизмов.
Методы исследования. В работе использовались методы теории механизмов и машин, теория винтов и винтовое исчисление, численные итерационные методы решения систем линейных и нелинейных уравнений. Достоверность получаемых результатов обусловлена строгостью математических выкладок и
применением лишь общепринятых в теории механизмов допущениями. Научная новизна На защиту выносятся следующие положения;
разработанные алгоритмы решения задач о положештях конкретных манипу-лящюнных механизмов параллельной структуры, в которых каждая соединительная кзшематическая цепь имеет параллельное соединение звеньев, и методики определения силовых винтов взаимодействия между приводами и звеньями;
разработанные алгоритмы определения особых положений, углов давлешга указанных механизмов и методики определения приращений плгоккеровых координат силовых винтов;
разработанные алгоритмы обхода особых положений по кинематическим винтам, наиболее близким к заданным, и методики моделирования особых зон данных механизмов.
Практическая значимость работы. Ценность работы для практики обусловлена разработанными в ней алгоритмами и программами, обеспечивающими повышение функциональных возможностей пространственных маншгуля-ционных механгамов параллельной структуры, в которых каждая кинематическая цега. имеет параллельное соединение звеньев. При этом обеспечивается эффективность решения задач о положениях и сохранение работоспособности вблизи особых положений при учете требуемых углов давления.
1. Апробация работы. Результаты работы докладывались на научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудншсов и аспирантов МГТА. Москва, 1996; 1-й научной конференции аспирантов Ивановской государственной архитектурно-строительной акадешш, г. Иваново; XII Международном симпозиуме "Динамика виброуддрных систем", г.Звенигород, 1998 г.; семинарах кафедры "Механика" Ивановской государственной архитектурно-строительной академій.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи 2 тезиса докладов [1-5]. .
Структура диссертации. Диссертация состоит го введешш, четырех глав, заключешія и списка использованной литературы, включающего 108 наименований. Общий объем диссертации составляет 101 страницу.