Синтез оптимального динамического режима движения стрелы манипулятора, установленного на упругом основании

С целью повышения надежности и точности выполнения манипуляторами-роботами либо иной строительной техникой грузоподъемных операций рассчитан оптимальный динамический режим перемещения их стреловой системы. В результате проведенных исследований построена математическая модель движения манипулятора и получены кинематические характеристики оптимального динамического режима. При определении оптимального динамического режима движения в качестве оптимизационного критерия использовано критериальное действие, представляющее собой интеграл по времени с подынтегральной функцией, выражающей динамическую составляющую мощности привода манипулятора. Рассчитаны функции изменения кинематических характеристик стрелы манипулятора при ее движении из одного заданного положения в другое, которые соответствуют оптимальному динамическому режиму движения. Поиск оптимального режима движения выполнен посредством минимизации критерия оптимизации при помощи уравнений Эйлера – Пуассона. При этом использован обобщенный угол поворота, который позволил связать перемещение стрелы и колебания ее опорной части. В качестве связующего компонента также применены дифференциальные уравнения движения системы, где записаны взаимосвязи между углом колебания, жесткостью опоры манипулятора и его массово-геометрическими характеристиками. Результаты работы могут быть полезны для уточнения и усовершенствования существующих инженерных методов расчета приводных механизмов манипуляторов как на стадиях проектирования/конструирования, так и в режимах реальной эксплуатации, а также использоваться при проектировании или усовершенствовании подобных исполнительных механизмов строительной техники и роботов.

1. Ловейкін, В. С. Експериментальне дослідження динаміки руху штока гідроциліндра підйому шарнірнозчленованої стрілової системи крана-маніпулятора з гідроприводом / В. С. Ловейкін, Д. О. Міщук // Гірничі, будівельні, дорожні та меліоративні машини. 2011. № 78. С. 28–34.

2. Міщук, Д. О. Дослідження динамічної моделі гідравлічного циліндра об’ємного гідроприводу / Д. О. Міщук // Гірничі, будівельні, дорожні та меліоративні машини. 2016. № 87. С. 74–81.

3. Бутенин, Н. В. Курс теоретической механики: в 2 т. / Н. В. Бутенин, Я. Л. Лунц, Д. Р. Меркин. СПб.: Лань, 2002, 737 с.

4. Міщук, Д. О. Підвищення ефективності маніпулятора за рахунок оптимального керування / Д. О. Міщук // Гірничі, будівельні, дорожні та меліоративні машини. 2015. № 85. С. 43–50.

5. Міщук, Д. О. Визначення оптимальних режимів руху маніпулятора за процес пуску (гальмування) під час роботи за однією з узагальнених координат / Д. О. Міщук, В. С. Ловейкін // Гірничі, будівельні, дорожні та меліоративні машини. 2009. № 73. С. 35–42.

6. Ловейкін, В. С. Обґрунтування параметрів та розробка системи керування маніпулятора для вантажних робіт / В. С. Ловейкін, Д. О. Міщук // The Development of the Informational and Resource Providing of Science and Education in the Mining and Metallurgical and the Transportation Sectors (DIRPSEMMTS 2014). Dnipropetrovsk, 2014. Р. 81–91.

7. Міщук, Д. О. Кінематичний аналіз маніпуляційної системи будівельного робота / Д. О. Міщук // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. 2014. Вип. 65–66. С. 90–96.

8. Shi, Z. X. Dynamic Modelling of a Rigid-Flexible Manipulator for Constrained Motion Task Control / Z. X. Shi, Eric Fung H. K., Y. C. Li // Applied Mathematical Modelling. 1999.Vol. 23, No 7. Р. 509–525.

9. Kalyoncu, M. Mathematical Modelling and Dynamic Response of a Multi-Straight-Line Path Tracing Flexible Robot Manipulator with Rotating-Prismatic Joint / M. Kalyoncu // Applied Mathematical Modelling. 2008. Vol. 32, Iss. 6. Р. 1087–1098.

10. Ловейкін, В. С. Оптимізація режиму зміни вильоту маніпулятора з гідроприводом / В. С. Ловейкін, Д. О. Міщук. Київ: ЦП «КОМПРИНТ». 2013. 206 с.

11. Ловейкін, В. С. Математична модель динаміки зміни вильоту маніпулятора з жорсткими ланками / В. С. Ловейкін, Д. О. Міщук // Техніка будівництва. 2006. № 19. С. 26–29.

12. Wang, J. Kinematic Analysis and Singularity Representation of Spatial Five-Degree-of-Freedom Parallel Mechanisms / J. Wang, C. M. Gosselin // J. Robotic Syst. 1997. Vol. 14, No 12. Р. 851–869.

13. Pengcheng, Liu, Modelling and Dynamic Analysis оf Underactuated Capsule Systems with Friction-Induced Hysteresis / Liu Pengcheng, Yu Hongnian, Cang Shuang // Intelligent Robots and Systems (IROS). 2016. IEEE/RSJ International Conference. Р. 549–554.

14. Овчинников, П. П. Вища математика: у 2 ч. / П. П. Овчинников. 2-ге вид. Київ: Техніка, 2000. Ч. 2. 792 с.

15. Миронов, Д. Н. Создание робота-сапера повышенной живучести и проходимости для обнаружения и обезвреживания взрывоопасных предметов / Д. Н. Миронов, Д. А. Евдокимов // Наука и техника. 2012. № 2. С. 7–10.