Применение замены существующего электронно-управляемого регулятора давления в параллельном роботе.

Концепция параллельного робота основана на платформе Steward, использовавшейся для моделирования полетов в 1965 году, и была предложена Хантом, известным австралийским профессором, в 1978 году. В настоящее время многие эксперты и ученые провели множество теоретических и практических исследований в этой области.

По сравнению с последовательными роботами, параллельные роботы обладают преимуществами высокой жесткости, высокого отношения нагрузки к весу, равномерного распределения нагрузки, отсутствия накопления ошибок позиционирования и простой обратной связи по усилию. Они подходят для задач, требующих высокой точности, больших нагрузок и относительно небольшого рабочего пространства.

В то же время, благодаря значительному улучшению характеристик и функциональности пневматических компонентов, а также развитию науки и техники, таких как электроника, материаловедение, теория управления и датчики, технология электронного регулирования давления также быстро совершенствовалась. Система электронного регулирования давления с пропорциональным/сервоприводным регулирующим клапаном в качестве основы обеспечивает высокоточное управление непрерывным изменением давления и расхода и может удовлетворить гибкие производственные требования автоматизированного оборудования. Это делает возможным применение пневматического привода в параллельных роботах.

Конструкция состоит из верхнего и нижнего плоских шарниров, которые соединены набором телескопических шатунов с шаровыми шарнирами на обоих концах, что позволяет верхней платформе перемещаться и вращаться в трехмерном пространстве. В большинстве параллельных роботов в качестве приводов движения используются винтовые тяги или электрогидравлические сервоцилиндры. Поскольку движения между приводными блоками параллельного робота не могут быть независимыми друг от друга, они должны поддерживать очень строгую взаимосвязь. Ошибка движения любого звена приведет к сбою управления. В нашем исследовании гидравлический регулятор давления заменен более надежным электронным регулятором давления в качестве среды передачи привода параллельного робота.

1. Выдвинутое положение цилиндра определяется аналоговым решателем на верхнем компьютере и передается на нижний компьютер.

2. Нижний компьютер преобразует его в напряжение (0–10 В) через плату ЦАП и подает его на электронно-управляемый регулятор давления.

3. Электронно управляемый регулятор давления контролирует размер и направление отверстия в зависимости от величины напряжения и подает точный поток газа в цилиндр для обеспечения движения поршня.

4. Положение поршня определяется датчиком перемещения, а напряжение обратной связи датчика перемещения передается на нижний компьютер через плату АЦП; давление газа на обоих концах поршня определяется датчиком давления воздуха, а напряжение обратной связи передается на нижний компьютер через плату АЦП.

5. Нижний компьютер в режиме реального времени регулирует управляющее напряжение электрического пропорционального клапана в соответствии с значением обратной связи, чтобы цилиндр мог точно занять заданное положение. 6. Сигнал положения платформы передается обратно в верхний компьютер через датчик положения, и положение платформы дополнительно корректируется верхним компьютером.

В процессе управления основное внимание уделяется системе управления одноцилиндровым двигателем. Экспериментальная принципиальная схема системы управления одноцилиндровым двигателем показана на следующем рисунке.

Для системы управления электронно-управляемым регулятором давления управление одним цилиндром имеет лучшие характеристики; добавление ПИ-регулирования в оптимальную обратную связь по состоянию может значительно повысить жесткость системы и улучшить точность отслеживания. Она демонстрирует хорошие характеристики отслеживания в частотном диапазоне от 0,1 Гц до 5 Гц. Объектом данного испытания является модель испытательной платформы автомобильной подвески, которая не требует очень высокой точности перемещения и более чувствительна к скорости реакции на скорость и ускорение. После использования большого цилиндра нагрузка на всю систему значительно возрастает. Частотная характеристика системы может достигать 5–10 Гц, что соответствует требованиям испытательной платформы.

Используется параллельная платформа с 6 степенями свободы, состоящая в основном из цилиндра и электрического пропорционального клапана, что позволяет избежать трудностей управления, вызванных строгой взаимосвязью движений шести приводов, требуемой гидравлическим давлением и винтовым штоком, и обеспечивает чувствительность к скорости и ускорению. Одновременное использование пневматических цилиндров и электронно-управляемого регулятора давления позволяет значительно снизить затраты, уровень шума и загрязнения окружающей среды.