В лекциях 13 и 14 излагается возможность расширения функциональных характеристик и интеллектуальных свойств системы <<низшего>> уровня путем установки дополнительных датчиков и приводов. Дополнительные встраиваемые элементы контроля в механизмах Y00Z0. Кроме датчиков контроля углов поворота двигателей q1,q2 и q3
, в механизме установлены датчики измерения углов взаимного положения звеньев, расположенные в сочленениях $$\varphi _{A},\varphi _{B},\varphi _{C}$$.
(рис 13.1) Для определения положения выходного звена (XYZ)П относительно базовой системы координат (XYZ)0 достаточно знать длины звеньев L1 L4, yd2, zd2 и три угла поворота. При наличии шести датчиков контроля углового положения звеньев q1,q2,q3 $$\varphi _{A}, \varphi _{B}, \varphi _{C}$$ требуется найти такое сочетание трех из шести: C63 (XYZ)0. Следует отметить, что при рассмотрении только линейных перемещений выходного звена достаточно из пяти датчиков q1,q2, $$\varphi _{A},\varphi _{B},\varphi _{C}$$ выбрать только два.
Рассмотрим решение данной задачи в общем случае. Связь между вектором, определяющим погрешности выходного звена механизма, - $$\Delta R$$ (в общем случае размерности 6x1 ) и погрешностями qj (размерности nx1, где n>6 ) однозначно выражается линейной зависимостью
где Kj - матрица весовых множителей 6 x n. Вектор $$\Delta R=[\Delta r_{i}]^{T}$$ включает погрешность линейных координат $$\Delta x,\Delta y$$ и $$\Delta z$$ в точке i конечного звена механизма и погрешность угловых координат $$\Delta \varphi ,\Delta \Phi$$ и $$\Delta \theta$$ вокруг данных осей,
Погрешности определяются в неподвижной или связанной с деталью системах координат.
Общее возможное количество датчиков, с помощью которых можно определить положение выходного звена механизма m степеней свободы, равно n=m2. Максимальное число возможных сочетаний
Cnm=(n(n-1)(n-2)...(n-m+1))/(1x2x3x...xm) .
Для шестистепенного механизма
C366=(36x35x34x33x32x31)/(1x2x3x4x5x6)=1947792.
Чаще всего требуется обеспечить высокую точность вычисления линейных координат. В этом случае число возможных вариантов определения трех линейных координат составляет C363=7140 и одной координаты C361=36.
Для механизма, представленного на рисунке 13.1, выходным звеном плоского пятизвенника D1,A,B,C,D2 является звено L3, на котором располагается привод q3. Две линейные координаты, определяющие положение центра привода q3, могут быть определены датчиками углов q1,q2 $$_{A},\varphi _{B},\varphi _{C}$$ различным их сочетанием по два: C52=10. Поэтому число способов вычисления координат выходного звена в этом случае также равно 10.
Вычисление и анализ элементов матрицы Kj является основной задачей при выборе
Погрешности выходного звена будем рассматривать в системе координат (XYZ)П. Данные погрешности путем матричных преобразований можно получить в любой другой координатной системе. Определим связь межу погрешностями, представленными в системах (XYZ)i и (XYZ)П (рис. 13.2). С точностью до элементов первого порядка малости
и погрешностям вычисления угловых координат

(рис 13.2) где $$[\Delta x_{дi}\Delta y_{дi}\Delta z_{дi}]^{T}$$ - вектор, определяющий положение точки 0дi в системе координат (XYZ)П (4-й столбец матрицы преобразования координат пAдi ); пCдi - подматрица пAдi.
Как правило, датчики, расположенные в сочленениях звеньев, измеряют только одну из координат xдi,yдi или zдi, поэтому соответствующий данной координате столбец матрицы пCдi в (13.2) или в произведении матриц (13.3)

представляет коэффициенты в матрице KJ (13.1) при одной из координат xдi,yдi или zдi, измеряемой датчиком
Если датчик измеряет один из углов поворота вокруг оси Xдi,Yдi или Zдi, то погрешности $$\Delta \varphi _{дi},\Delta \Phi _{дi}$$ или $$\Delta \theta _{дi}$$ приводят к
Для каждой одной угловой координаты, измеряемой датчиком, коэффициенты KJ в (13.1) представляют столбец в матрице пCдi при этой координате
Задача определения линейных погрешностей $$\Delta x_{п}, \Delta y_{п}$$ и $$\Delta z_{п}$$ в системе координат (XYZ)П по заданным (XYZ)дi. На рисунке 13.2 - это угол вращения относительно оси Xдi. Для этого случая связь линейных погрешностей в системе координат (XYZ)дi с угловой

где R0=[x0y0z0]T - вектор, проведенный из 0дi в точку 0п. Координаты R0 определяются из матрицы пAдi умножением четвертого столбца, взятого с противоположным знаком, на матрицу пCдi
[x0y0z0]T=пCдi[-xдi, -yдi, -zдi]T (13.8)
В зависимости от выбора направления оси, относительно которой измеряется угол вращения, погрешность $$\Delta q_{i}$$ в Xдi, на втором месте - для оси Yдi и на третьем - для оси Zдi.
Для определения линейной погрешности в системе координат выходного звена (XYZ)П необходимо $$\Delta r_{дi}$$ умножить на матрицу пCдi
Таким образом, уравнения (13.2)-(13.9) позволяют определять коэффициенты матрицы KJ (13.1), которые устанавливают взаимосвязь между линейными и угловыми (XYZ)П.
Надо отметить, что элементы матрицы пAдi, а следовательно и коэффициенты KJ в (13.1), являются функциями геометрических параметров механизма и измеряемых координат KJ=KJ(q,L), поэтому также вычисляются с погрешностями
Подстановкой (13.1) в (13.10) получим
$$\Delta R=K_{J}x\Delta q_{J}=(K_{J0}+\Delta K_{J})\Delta q_{J}=K_{J0}\Delta q_{J}+\Delta K_{J}\Delta q_{J} (13.11)$$Однако погрешность
$$\Delta K_{J}\Delta q_{J}=(\partial K/\partial q)\Delta q_{J}\Delta q_{i}$$является погрешностью второго порядка малости, поэтому для первого приближения данные погрешности можно принять равными нулю.
После расчета n - количество датчиков, n>=m. Прежде чем проводить дальнейшие рассуждения, приведем одно замечание. Уравнение (13.1) является исходным уравнением только для анализа
Представим (13.1) в виде

Требуется в (13.12) из матрицы K размерности [6 x 1] выбрать такое
сочетание столбцов j=6, которое обеспечивает минимальные погрешности $$[\Delta x_{п}\Delta y_{п}\Delta z_{п}\Delta \varphi _{п}\Delta \Phi _{п}\Delta \theta _{п}]^{T}\Rightarrow min$$.
Сначала рассмотрим решение указанной задачи для одной из координат вектора $$\Delta R$$. В этом случае анализируется только одна строка в (13.12), соответствующая данной координате. Необходимо выбрать такое сочетание слагаемых в анализируемой строке, чтобы обеспечить $$|\Delta r_{i}|\to min$$. Задача в такой постановке имеет решение только для заданных значений
(рис 13.3) Вычислив погрешность по каждой из ветвей, выбирается такое сочетание координат, измеряемых данными датчиками, которое обеспечит минимальную погрешность вычисления $$\Delta r_{i}$$. На рисунке 13.3 приведено дерево решений для сочетания датчиков C63=20, где qi - общее количество датчиков ( i=1...6 ), из которых выбираются три информационных.
Выбор m датчиков, соответствующих m минимальным слагаемым.
Если требуется выбрать сочетание
Как и в предыдущем случае, $$\sigma _{п}$$ вычисляется перебором для различного сочетания $$\Delta q_{i}$$ и выбирается такое сочетание датчиков, для которого $$\sigma _{п}=min$$.
Особый интерес представляет задача выбора сочетания датчиков при их однотипности, когда погрешность $$\Delta q_{i}=const$$. В данном случае анализируются только коэффициенты матрицы K в (13.12).
Процедура выбора
В лекциях 13 и 14 излагается возможность расширения функциональных характеристик и интеллектуальных свойств системы <<низшего>> уровня путем установки дополнительных датчиков и приводов. Дополнительные встраиваемые элементы контроля в механизмах Y00Z0. Кроме датчиков контроля углов поворота двигателей q1,q2 и q3
, в механизме установлены датчики измерения углов взаимного положения звеньев, расположенные в сочленениях $$\varphi _{A},\varphi _{B},\varphi _{C}$$.
(рис 13.1) Для определения положения выходного звена (XYZ)П относительно базовой системы координат (XYZ)0 достаточно знать длины звеньев L1 L4, yd2, zd2 и три угла поворота. При наличии шести датчиков контроля углового положения звеньев q1,q2,q3 $$\varphi _{A}, \varphi _{B}, \varphi _{C}$$ требуется найти такое сочетание трех из шести: C63 (XYZ)0. Следует отметить, что при рассмотрении только линейных перемещений выходного звена достаточно из пяти датчиков q1,q2, $$\varphi _{A},\varphi _{B},\varphi _{C}$$ выбрать только два.
Рассмотрим решение данной задачи в общем случае. Связь между вектором, определяющим погрешности выходного звена механизма, - $$\Delta R$$ (в общем случае размерности 6x1 ) и погрешностями qj (размерности nx1, где n>6 ) однозначно выражается линейной зависимостью
где Kj - матрица весовых множителей 6 x n. Вектор $$\Delta R=[\Delta r_{i}]^{T}$$ включает погрешность линейных координат $$\Delta x,\Delta y$$ и $$\Delta z$$ в точке i конечного звена механизма и погрешность угловых координат $$\Delta \varphi ,\Delta \Phi$$ и $$\Delta \theta$$ вокруг данных осей,
Погрешности определяются в неподвижной или связанной с деталью системах координат.
Общее возможное количество датчиков, с помощью которых можно определить положение выходного звена механизма m степеней свободы, равно n=m2. Максимальное число возможных сочетаний
Cnm=(n(n-1)(n-2)...(n-m+1))/(1x2x3x...xm) .
Для шестистепенного механизма
C366=(36x35x34x33x32x31)/(1x2x3x4x5x6)=1947792.
Чаще всего требуется обеспечить высокую точность вычисления линейных координат. В этом случае число возможных вариантов определения трех линейных координат составляет C363=7140 и одной координаты C361=36.
Для механизма, представленного на рисунке 13.1, выходным звеном плоского пятизвенника D1,A,B,C,D2 является звено L3, на котором располагается привод q3. Две линейные координаты, определяющие положение центра привода q3, могут быть определены датчиками углов q1,q2 $$_{A},\varphi _{B},\varphi _{C}$$ различным их сочетанием по два: C52=10. Поэтому число способов вычисления координат выходного звена в этом случае также равно 10.
Вычисление и анализ элементов матрицы Kj является основной задачей при выборе
Погрешности выходного звена будем рассматривать в системе координат (XYZ)П. Данные погрешности путем матричных преобразований можно получить в любой другой координатной системе. Определим связь межу погрешностями, представленными в системах (XYZ)i и (XYZ)П (рис. 13.2). С точностью до элементов первого порядка малости
и погрешностям вычисления угловых координат

(рис 13.2) где $$[\Delta x_{дi}\Delta y_{дi}\Delta z_{дi}]^{T}$$ - вектор, определяющий положение точки 0дi в системе координат (XYZ)П (4-й столбец матрицы преобразования координат пAдi ); пCдi - подматрица пAдi.
Как правило, датчики, расположенные в сочленениях звеньев, измеряют только одну из координат xдi,yдi или zдi, поэтому соответствующий данной координате столбец матрицы пCдi в (13.2) или в произведении матриц (13.3)

представляет коэффициенты в матрице KJ (13.1) при одной из координат xдi,yдi или zдi, измеряемой датчиком
Если датчик измеряет один из углов поворота вокруг оси Xдi,Yдi или Zдi, то погрешности $$\Delta \varphi _{дi},\Delta \Phi _{дi}$$ или $$\Delta \theta _{дi}$$ приводят к
Для каждой одной угловой координаты, измеряемой датчиком, коэффициенты KJ в (13.1) представляют столбец в матрице пCдi при этой координате
Задача определения линейных погрешностей $$\Delta x_{п}, \Delta y_{п}$$ и $$\Delta z_{п}$$ в системе координат (XYZ)П по заданным (XYZ)дi. На рисунке 13.2 - это угол вращения относительно оси Xдi. Для этого случая связь линейных погрешностей в системе координат (XYZ)дi с угловой

где R0=[x0y0z0]T - вектор, проведенный из 0дi в точку 0п. Координаты R0 определяются из матрицы пAдi умножением четвертого столбца, взятого с противоположным знаком, на матрицу пCдi
[x0y0z0]T=пCдi[-xдi, -yдi, -zдi]T (13.8)
В зависимости от выбора направления оси, относительно которой измеряется угол вращения, погрешность $$\Delta q_{i}$$ в Xдi, на втором месте - для оси Yдi и на третьем - для оси Zдi.
Для определения линейной погрешности в системе координат выходного звена (XYZ)П необходимо $$\Delta r_{дi}$$ умножить на матрицу пCдi
Таким образом, уравнения (13.2)-(13.9) позволяют определять коэффициенты матрицы KJ (13.1), которые устанавливают взаимосвязь между линейными и угловыми (XYZ)П.
Надо отметить, что элементы матрицы пAдi, а следовательно и коэффициенты KJ в (13.1), являются функциями геометрических параметров механизма и измеряемых координат KJ=KJ(q,L), поэтому также вычисляются с погрешностями
Подстановкой (13.1) в (13.10) получим
$$\Delta R=K_{J}x\Delta q_{J}=(K_{J0}+\Delta K_{J})\Delta q_{J}=K_{J0}\Delta q_{J}+\Delta K_{J}\Delta q_{J} (13.11)$$Однако погрешность
$$\Delta K_{J}\Delta q_{J}=(\partial K/\partial q)\Delta q_{J}\Delta q_{i}$$является погрешностью второго порядка малости, поэтому для первого приближения данные погрешности можно принять равными нулю.
После расчета n - количество датчиков, n>=m. Прежде чем проводить дальнейшие рассуждения, приведем одно замечание. Уравнение (13.1) является исходным уравнением только для анализа
Представим (13.1) в виде

Требуется в (13.12) из матрицы K размерности [6 x 1] выбрать такое
сочетание столбцов j=6, которое обеспечивает минимальные погрешности $$[\Delta x_{п}\Delta y_{п}\Delta z_{п}\Delta \varphi _{п}\Delta \Phi _{п}\Delta \theta _{п}]^{T}\Rightarrow min$$.
Сначала рассмотрим решение указанной задачи для одной из координат вектора $$\Delta R$$. В этом случае анализируется только одна строка в (13.12), соответствующая данной координате. Необходимо выбрать такое сочетание слагаемых в анализируемой строке, чтобы обеспечить $$|\Delta r_{i}|\to min$$. Задача в такой постановке имеет решение только для заданных значений
(рис 13.3) Вычислив погрешность по каждой из ветвей, выбирается такое сочетание координат, измеряемых данными датчиками, которое обеспечит минимальную погрешность вычисления $$\Delta r_{i}$$. На рисунке 13.3 приведено дерево решений для сочетания датчиков C63=20, где qi - общее количество датчиков ( i=1...6 ), из которых выбираются три информационных.
Выбор m датчиков, соответствующих m минимальным слагаемым.
Если требуется выбрать сочетание
Как и в предыдущем случае, $$\sigma _{п}$$ вычисляется перебором для различного сочетания $$\Delta q_{i}$$ и выбирается такое сочетание датчиков, для которого $$\sigma _{п}=min$$.
Особый интерес представляет задача выбора сочетания датчиков при их однотипности, когда погрешность $$\Delta q_{i}=const$$. В данном случае анализируются только коэффициенты матрицы K в (13.12).
Процедура выбора
Для получения официальных документов о завершении программы дополнительного профессионального образования (удостоверения о повышении квалификации, дипломов о профессиональной переподготовке и MBA) необходимо предоставить:
Внимание! Вы можете не заказывать доставку бумажной версии официального документы, а скачать его в электронном виде и распечатать самостоятельно. Информация о выданном документе в течение 1 месяца загружается в Федеральную информационную систему «Федеральный реестр сведений о документах об образовании и (или) о квалификации, документах об обучении» - ФИС ФРДО.
Доступ на новый сайт осуществляется с использованием адреса электронной почты, который был указан вами при регистрации на "старом". Мы постарались перенести все ваши данные с прежнего ресурса, однако не исключена вероятность потери части информации.
При возникновении проблемы со входом, воспользуйтесь функцией сброса пароля
Если вы обнаружите несоответствия, пожалуйста, сообщите нам.