Details

На сегодняшний день широкое применение пневмопривода на пневмоцилиндрах в промышленных манипуляторах обусловлено рядом его достоинств по сравнению с другими видами приводов. В то же время применение пневмопривода на базе пневмоцилиндров не всегда целесообразно по причине ряда недостатков (неравномерность движения, сложность обеспечения плавного регулирования скорости). Пневмомускул FESTO, линейный пневмодвигатель оболочкового типа, может устранить указанные недостатки. Главными достоинствами пневмомускула является плавность скорости, большая удельная мощность, небольшой вес и компактность. При этом пневмомускул FESTO обладает теми же достоинствами, что и пневмоцилиндр: возможностью применения в запыленных, влажных, взрывоопасных и радиационных средах, высоким ресурсом (до 5 млн циклов). Целью работы являлась разработка методики расчета позиционного пневмопривода мускульного типа для подъемно-транспортных манипуляторов. Задачами работы являлись: разработка математической модели усилия, развиваемого пневмомускулом, разработка динамической модели пневматического мускула для подъема и опускания груза, синтез схем позиционного привода мускульного типа для подъемно-транспортных манипуляторов, исследование различных режимов работы позиционного привода и манипулятора мускульного типа с помощью пневмоаппаратуры и ручного ориентирования оператором, разработка методики позиционирования груза, теоретическое и экспериментальное исследование статических и динамических характеристик привода мускульного типа для верификации разработанных моделей и методик. Одними из основных результатов работы являются следующие математические модели пневмомускула: математическая модель для расчета усилия, развиваемого пневмомускулом, и динамическая модель пневмомускула, описывающая процессы подъема и спуска груза. Новые модели отличаются от моделей других авторов тем, что являются универсальными для всех диаметров и оболочек пневмомускула FESTO, содержат минимумом корректирующих коэффициентов, отражают структуру и принцип действия исследуемого двигателя. На основе динамической модели была разработана инженерная методика расчета и позиционирования промышленного манипулятора и исследованы основные режимы работы, в том числе аварийные. В работе были предложены и обоснованы математические модели пневматического мускула в виде пневматического трубопровода и в виде камеры с учетом и без учета динамики подводящего трубопровода. Выполнен синтез принципиальных схем пневматического привода мускульного типа для промышленных сбалансированных манипуляторов, отличающихся от других расширенным диапазоном режимов, а также минимумом используемого оборудования. В ходе натурного эксперимента были получены статические и динамические экспериментальные зависимости перемещения пневмомускула от подаваемого давления, статические зависимости изменения диаметра оболочки пневмомускула от подаваемого давления, а также исследована зависимость усилия оператора от подаваемого давления. Верификация разработанной модели пневматического мускула показала хорошую сходимость результатов расчета и эксперимента.

Nowadays pneumatic cylinders are widely used in industrial manipulators due to their advantages over other types of actuators. At the same time application of pneumatic cylinders is prevented because of their disadvantages such as oscillatory motion, problems with velocity control. FESTO pneumatic muscle, linear shell-type actuator, can overcomes these shortcomings. The main advantages of pneumatic muscle are a high power to weight ratio, smooth speed adjustment, low weight, and compactness. FESTO pneumatic muscle can operate in hazardous and dusty environments, have longer operating life like pneumatic cylinders. The aim of the work was to elaborate method for mathematical modelling of positioning system of a pneumatic muscle-based actuator for industrial manipulator for lifting and lowering operations. The main tasks of the work were to elaborate mathematical model of static force produced by pneumatic muscle, to elaborate dynamic mathematical model of pneumatic muscle, to design schemes of positioning system of pneumatic muscle-based actuator for manipulators for lifting and lowering operations, to investigate different working regimes of muscle-based actuator and manipulator, to elaborate method for load positioning with pneumatic equipment and manual orientation, to perform theoretical and experimental studies to verify presented models and methods. One of the main work results are new equation of static characteristics of pneumatic muscle and dynamic mathematical model of pneumatic muscle, that describes processes of lifting and lowering of a load. New models compared with models of other author are universal for all diameters and lengths of FESTO pneumatic muscle, contains few fitting coefficients and represents construction and work principle of pneumatic muscle. Elaborated dynamic model allows to develop engineering method for modelling and positioning of industrial manipulator and investigate the main working regimes, including emergency condition. In work mathematical models of pneumatic muscle as pneumatic pipeline and pneumatic camera with and without consideration of supply pipeline dynamic were elaborated. Also schemes of industrial pneumatic muscle-based actuator for industrial balanced manipulators. These schemes compared with similar schemes have wide range of working regimes and minimum set of equipment. The experimental studies were performed to verify elaborated models and methods of muscle-based actuator. The gathered data includes static and dynamic relations between diameter of pneumatic muscle bladder and supply pressure, static and dynamic relations between displacement of pneumatic muscle and supply pressure, static relations between operator force and supply pressure. Theoretical mathematical models show good converges with experimental results.