Синтез компоновочной схемы манипулятора для лазерной резки - Дипломная работа

Современный этап развития различных технологических процессов характеризуется широким привлечением средств вычислительной техники и автоматики для создания высокопроизводительного автоматизированного оборудования. С этих позиций лазерная резка является процессом, который может быть реализован на высоком уровне автоматизации. При этом наибольшее распространение для автоматизации получили роботы, способные выполнять различные производственные функции в обстановке гибкого производственного процесса при более низких материальных затратах. Поэтому для автоматизации процесса лазерной резки предлагается использовать промышленный робот для перемещения лазерного излучателя вдоль контура изготавливаемой детали. Это определяется наличием у робота программы действий, обусловленной заложенными в компьютер алгоритмами систем управления и очувствления, т.к. он представляет собой программируемый универсальный манипулятор, снабженный внешними датчиками оценки положения и других параметров рабочего органа. Таким образом, основной проблемой робототехники является проблема планирования движений, обеспечивающих выполнение поставленной задачи, и последующего управления манипулятором с целью реализации запланированных движений. Для обеспечения функционирования робота в реальном масштабе времени необходимы мощные и эффективные алгоритмы управления и быстродействующие компьютеры, способные эти алгоритмы реализовать. В данном проекте решаются задачи выбора компоновочной схемы манипулятора для лазерной резки, построение его полной нелинейной математической модели и синтеза законов управления, обеспечивающих осуществление перемещения по траекториям, характерным для технологического процесса лазерной резки. Такой подход неадекватно отражает переменные динамические характеристики манипулятора, поскольку не учитывает движения и конфигурации манипулятора в целом, а также переменные нагрузки, связанные с выполнением технологических операций. Это часто ограничивает область применения манипулятора работами, не требующими высокой точности. Улучшение качества функционирования манипулятора может быть достигнуто реализацией более эффективных законов управления на основе использования более точных динамических моделей, синтеза достаточно сложных законов управления. Поэтому в данном проекте решаются следующие задачи: - выбор кинематической схемы манипулятора; - расчет приводов для сочленений робота; - решение прямой и обратной задач кинематики; - построение математической модели приводов; - построение математической модели манипулятора в виде уравнения Эйлера-Лагранжа второго рода; - синтез дискретно-непрерывной системы управления промышленного робота методом обратной задачи динамики по точной математической модели. В результате получены структурная схема системы управления трехзвенным ПР и алгоритм синтеза замкнутого управления на основе эталонных переходных процессов. В качестве примера осуществлен синтез системы управления для изготовления кулачка. Показано, что синтезированный закон управления обеспечивает необходимую точность перемещения рабочего органа, которая по техпроцессу составляет 0,1 мм. 1. Характеристика технологического процесса как объекта управления 1.1 Анализ технологического процесса для лазерной резки В современной промышленности широкое применение находят различные механические методы разделения металлов и других материалов, в первую очередь резка ножовочными полотнами, ленточными пилами, фрезами и др. В производстве используются разнообразные станки общего и специального назначения для раскроя листовых, профильных и других заготовок из различных металлов и сплавов. В связи с этим возникает производственная необходимость в разработке и промышленном освоении методов резки современных конструкционных материалов, обеспечивающих высокую производительность процесса, точность и качество поверхностей реза. Классифицируя методы обработки, можно указать, что та или иная операция разделения в лазерной технологии может быть отнесена к одному из трех видов обработки - резке, сверлению или термораскалыванию. К лазерной резке можно отнести следующие операции: - обработка диэлектрических, кермитных и оксидных пленок для подгонки номиналов резисторов и конденсаторов в микросхемах, частоты кварцевых резонаторов; - получение рисунков на тонких пленках, нанесенных на диэлектрические подложки микросхем, которое осуществляется как с помощью прямого испарения, так и сканирования луча по специальным меткам; - гравирование и маркировка деталей; - собственно сквозная разделительная резка материалов для получения деталей готовых конфигураций. Сфокусированное лазерное излучение, обеспечивая, высокую концентрацию энергии, позволяет разделять практически любые металлы и сплавы независимо от их теплофизических свойств. При лазерной резке отсутствует механическое воздействие на обрабатываемый материал, и возникают минимальные деформации, как временные в процессе резки, так и остаточные после полного остывания. В связи с вышесказанным при использовании лазер