Разработка копирующего задающего устройства шестистепенного манипулятора

Швецов А.П., Писаренко А.В., Юрчик Ф.Д.

РАЗРАБОТКА КОПИРУЮЩЕГО ЗАДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ШЕСТИСТЕПЕННОГО МАНИПУЛЯТОРА

Расширение области применения дистанционно управляемых устройств в современном мире привело к появлению различных видов управления. Существуют основные виды дистанционного биотехнического управления манипуляторами: командное управление, копирующее управление и полуавтоматическое управление. Чаще всего вид управления определяется поставленной задачей, т.е где и чем необходимо управлять [1].

Для того, чтобы оператор видел полную картину управления, необходима не только визуальная информация, но и информация о действующих на исполнительном органе усилиях. Такие системы управления получили название следящие системы двустороннего действия (ДСД). На рукоятку управления передается крутящий момент, пропорциональный моменту, действующему на исполнительный орган. Это позволяет информировать оператора о силах, развиваемых исполнительным органом, и внешних воздействиях. Оператор принимает информацию в виде наиболее удобном для восприятия, посредством ощущения. Благодаря указанному обстоятельству, системы ДСД обеспечивают значительное повышение эффективности использования дистанционного управления [2].

Основная область применения систем ДСД - манипуляционные устройства различных дистанционно управляемых машин, мобильных роботов, подводных аппаратов. Такие манипуляторы находят широкое применение в исследовательских и практических работах, связанных с освоением подводного и космического пространств, а также с созданием атомной и термоядерной энергетики, обеспечением аварийно-спасательных работ в чрезвычайных ситуациях.

Во всех указанных случаях в экстремальных для человека условиях, как правило, выполняются разнообразные операции в изменяющихся условиях рабочей зоны, что требует использования высокоманевренных манипуляционных механизмов.

Аналогом разрабатываемого задающего устройства является устройство ввода манипулятора Titan 4. Легкость управления достигается наличием устройства ввода с шестью степенями свободы в виде копии исполнительного манипулятора. На устройстве ввода также имеются клавиши для работы с меню и дисплеем, отображающем состояние устройства. Также имеются специальные функции для управления, например, фиксирование любой из степеней свободы, настройка ограничений на перемещение по всем степеням свободы [3].

В задающем устройстве установлены датчики положения, сигналы с которых передаются на приводы соответствующих звеньев манипулятора. Следовательно, здесь происходит лишь односторонняя передача воздействия человека-оператора на манипулятор без ответных воздействий со стороны манипулятора на руку человека, что не даёт полной картины работы манипулятора в рабочей зоне.

Необходимо спроектировать задающее устройство для управления исполнительным манипуляционным аппаратом, состоящим из четырёх шестистепенных манипуляторов, где реализовано отражение усилий с использованием следящей системы двустороннего действия [4].

Системами ДСД оснащается каждая степень подвижности копирующего манипулятора, как показано на блок-схеме рис.1.

Человек-оператор управлет положением и ориентацией в пространстве схвата задающего манипулятора (координаты Хз; Уз; Z3; ах; ау; az), прикладывая к нему соответствующие усилия и моменты (Рх; Ру; Pz; Мх; My; Mz).

Аналогичные координаты и воздействия присущи и схвату исполнительного манипулятора, взаимодействующего с объектом работ.

Рис.1. Блок-схема биотехнической системы человек-оператор - копирующий шестистепенной

манипулятор двустороннего действия

При выполнении декомпозиции по отдельным степеням, можно выделить структурную схему системы управления ¡-ой, например 1-ой степени подвижности (рис.2).

МапШ

-Ми 1st

Рис.2 Структурная схема системы ДСД при движении вала оператора и вала нагрузки под действием

внешних моментов.

На рис.2 введены следующие обозначения: Jl, J2- моменты инерции вращения масс; Jh -момент инерции нагрузки; аоп, ан- координаты вала оператора и вала нагрузки; cl, с2 -коэффициенты жёсткости передачи приведённые к валу оператора и валу нагрузки; Ы, Ь2-коэффициенты скоростного трения; Mon(s), Mh(s) - моменты приложенные к валу оператора и валу нагрузки соответственно.

При копирующем управлении на скоростях до 0,5 м/с для характерной точки не возникает существенного взаимовлияния между отдельными степенями подвижности. Таким образом, в перспективе, основываясь на выше изложенном материале возможно, выполнить синтез задающего устройства для управления манипуляционным аппаратом, состоящим из четырёх шестистепенных манипуляторов, с обратной связью по отражению нагрузки от исполнительного манипулятора. Разрабатываемое манипуляционное устройство позлит существенно повысить качество применения необитаемого подводного аппарата при выполнении аварийно-спасательных и исследовательских работ.

ЛИТЕРАТУРА -

1. Дистанционно управляемые роботы и манипуляторы / B.C. Кулешов и др.; Под общ. ред.

Е.П.Попова. - М.: Машиностроение, 1986. - 328 с.

2. Проектирование следящий систем двустороннего действия / И.Н. Егоров, Б.А. Жигалов, B.C. Кулешов и др. - Под ред. B.C. Кулешова. - М., Машиностроение, 1980. - 300 с., ил.

3. http://www.diveservice.ru

4. Писаренко A.B., Юрчик Ф.Д., Старков Е.А. Исследование системы двустороннего действия для подводного манипулятора // Сборник докладов 57-й международной молодежной научно-технической конференции «МОЛОДЕЖЬ - НАУКА - ИННОВАЦИИ», посвященной 200-летию транспортного образования в России, 25-26 ноября 2009 г.' в 2 т. - Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2009.-Т. 1.С. 181-184.

Ляпунова Н И.

ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТИОНИНА НА ФОНЕ

ГОМОСЕРИНА

Настоящая работа является продолжением проведенных ранее исследований [1] вольтамперного поведения серосодержащих а - аминокислот (АК). Установлена электрохимическая активность метионина (Met) и цистеина (Cys) в анодной области потенциалов на Pt- электроде. Изучена природа тока окисления, сняты зависимости величины предельного тока (I) от концентрации деполяризатора (С0). Для аналитических определений оказались пригодны только волны окисления Met.

Не смотря на сложный характер электродного процесса с участием Met (наличие включенных химических реакций, а также адсорбция деполяризатора и продуктов окисления), существование прямо пропорциональной зависимости I - С0 позволило разработать вольтамперометрическую методику его определения на Pt- электроде.

Целью данной работы является изучение вольтамперного поведения Met в присутствии другой аминокислоты - гомосерина (HSer) и разработка на основе проведенных исследований экспрессной селективной вольтамперометрической методики определения этих АК. Такая задача имеет прикладное значение. В процессе промышленного синтеза Hser из метилмеркаптана и акролеина образуется некоторое количество Met. После очистки Hser часто Met остается в конечном продукте Содержание остаточного Met колеблется от 2 до 5%

В производственном контроле за содержанием остаточного Met используют спектрофотометрический метод с нингидриновой реакцией при детектировании; процесс весьма продолжительный; нижняя граница определяемых содержаний составляет ~ n* I O ' М. Несмотря на достаточно высокую чувствительность методики, она имеет существенные недостатки. Так, перед спектрофотометрическими измерениями необходимо проводить концентрирование проб, так как реакция нингидрина с Met протекает количественно только при концентрациях Met > 4*104 М. Кроме того, спектрофотометрическая методика не селективна, так как нингидрин дает цветные реакции практически со всеми АК. В связи с этим перед определением проводят хроматографическое разделенине Hser и Met

Изучение вольтамперного поведения Met на Pt- электроде в присутствии Hser показало, что Hser не оказывает мешающего влияния на количественное определение Met (табл. 1). Относительное стандартное отклонение не превышает 0,05. Предлагаемая методика может быть использована для определения остаточного Met в препарате Hser.

Таблица 1

Вольтамперометрическое определение Met в присутствии Hser

Содержание Met В аликвоте, мкг/мл Молярное соотношение Met: HSer Найдено Met, мкг/мл sr

1 : 10 15 + 1,2 0,03

15,0 1 : 50 15 ± 1,5 0,04

1 : 100 15 + 1,8 0,05