Оптимізація режиму руху робота-маніпулятора з двома поступальними та однією обертальною ланками у площині

Abstract

В представленій науковій роботі наведено оптимізацію режимів руху робота-маніпулятора з двома поступальними та однією обертальними ланками в площині повороту маніпулятора. Між двома крайніми положеннями захвату робота маніпулятора вибрано траєкторію його руху, яка представляє собою пряму, що з’єднує ці положення, оскільки по ній найкоротша відстань переміщення вантажу. Вздовж обраної траєкторії протягом всього циклу руху визначені оптимальні режими руху, де за критерії оптимізації використані середні значення кінетичної енергії та енергії ривків захвату з вантажем. В першому випадку отримали режим руху, який забезпечує постійну швидкість захвату на всій ділянці руху. При такому режимі руху забезпечуються мінімальні енергетичні витрати, але його не можна використати на всій ділянці руху, бо в ньому відсутні ділянки пуску та зупинки. Рекомендовано використовувати оптимальний енергетичний режим на ділянках усталеного руху. В другому випадку отримали режим руху, у якого швидкість змінюється протягом всього циклу руху за кривою четвертого порядку, а пришвидшення – третього. Причому, на відміну від оптимального енергетичного режиму руху, при оптимальному ривковому режимі швидкість і пришвидшення захвату на початку і в кінці руху дорівнюють нулю, тому цей режим може бути використаний протягом всього циклу руху. Розроблено комплексний режим руху захвату з вантажем, де оптимальний ривковий режим руху захвату використано на окремих ділянках пуску та зупинки, а на ділянці усталеного руху – оптимальний енергетичний режим руху. В результаті розв’язування зворотних задач кінематики для визначених оптимальних режимів руху захвату встановлені закони зміни узагальнених координат робота-маніпулятора, які дають можливість оцінити характеристики приводних механізмів і систем їхнього керування. Порівняння кінематичних характеристик захвату при оптимальних режимах руху з визначеними характеристиками узагальнених координат при цих же режимах руху показує їхню принципову відмінність. Якщо оптимальні характеристики захвату плавно змінюються, то узагальнені координати мають знакозмінний характер, що вказує на необхідність постійного керування рухом приводними механізмами. Встановлено, що на характер зміни кінематичних характеристик приводних механізмів поряд з режимом руху захватного пристрою має значний вплив конструкція елементів робота-маніпулятора. В результаті проведених досліджень для реалізації оптимальних режим руху захвату встановлені необхідних параметрів та характеристик приводних механізмів видовження та повороту руки захвату, які дозволять розробляти систему їхнього керування

The presented scientific paper describes the optimization of the motion modes of a robot-manipulator with two translational and one rotational links in the plane of the manipulator rotation. Between the two extreme positions of the robot-manipulator grip, the trajectory of its movement was chosen, which is a straight line connecting these positions, since it is the shortest distance of a load moving. Along the selected trajectory during the entire movement cycle, the optimal movement modes were determined, where the average values of kinetic energy and energy of grip jerks with the load were used as optimization criteria. In the first case, a movement mode that provides a constant speed of a grid over the entire movement section was recieved. With this mode of movement, minimum energy consumption is ensured, but it cannot be used on the entire section of movement, because there are no start and stop sections in it. It is recommended to use the optimal energy mode in lines of steady movement. In the second case, a mode of movement in which the speed changes during the entire cycle of movement according to the curve of the fourth order, and the acceleration – of the third were obtained. Moreover, in contrast to the optimal energy movement mode, with the optimal jerk mode, the speed and acceleration of the grip at the beginning and at the end of the movement are equal to zero, so this mode can be used throughout the entire movement cycle. A complex mode of movement of the grip with a load was developed, where the optimal jerk mode of movement of the grip was used in separate sections of the start and stop, and in the section of steady motion – the optimal energy mode of movement. As a result of solving the inverse problems of kinematics, laws were established. They allow to determine optimal modes of motion of the grip in terms of the generalized coordinates of the robot-manipulator. It makes it possible to evaluate the characteristics of drive mechanisms and their control systems. A comparison of the kinematic characteristics of the grip in the optimal modes of movement with the determined characteristics of the generalized coordinates in the same modes of movement shows their fundamental difference. Optimal grip characteristics change smoothly, the generalized coordinates have a sign-changing character, which indicates the need for constant movement control by drive mechanisms. It was established that the design of the elements of the robot-manipulator has a significant influence on the nature of the change in the kinematic characteristics of the drive mechanisms along with the movement mode of the grip. As a result of the conducted research, the necessary parameters and characteristics of the drive mechanisms for the extension and rotation of the grip have been established for the implementation of its optimal modes of movement. It allows the development of their control system