ЧИТАТЬ СТАТЬЮ

Аннотация. Применение пневматических мускулов вместо пневмоцилиндров, как показано во многих работах, поможет улучшить характеристики подъемно-транспортных манипуляторов и обеспечить их большую безопасность как для окружающей среды, так и для оператора. В данной работе представлена классификация существующих математических моделей пневмомускулов и выявлены недостатки каждого вида. Эмпирические модели пневмомускулов обладают высокой сходимостью с экспериментальными данными, однако количество корректировочных коэффициентов может достигать двадцати одного. Аналитические модели не подходят для моделирования рассматриваемых пневмомускулов фирмы Festo, самых распространенных на сегодняшний день в промышленности. Поэтому была предложена математическая модель для расчета динамических и статических характеристик пневмомускула, которая обладает преимуществами перед моделями других авторов. Разработанная модель имеет минимум корректировочных коэффициентов, а также показывает сходимость с экспериментальными данными в пределах 10 %. Для подтверждения работоспособности модель была проведена ее экспериментальная валидация на лабораторном стенде. В ходе валидации было получено расхождение результатов моделирования с экспериментальными статическими характеристиками в пределах 15 %, а расхождение с динамическими характеристиками – в пределах 13 % для перемещения груза, и в пределах 5 % для изменения давления в полости пневмомускула, что можно считать неплохим результатом при исследовании пневматических систем. В ходе статического эксперимента было обнаружено явление гистерезиса и была проведена корректировка разработанной математической модели. Также было проведено моделирование пневмомускулов с помощью метода конечных элементов в программном пакете Ansys Mechanical APDL. Такой подход поможет в дальнейшем создавать пневмомускулы с необходимыми характеристиками под конкретные задачи.
Ключевые слова: пневматические мускулы, двигатель, математическая модель, сходимость.
Annotation. The use of pneumatic muscles instead of pneumatic cylinders, as shown in many works, will help improve the characteristics of lifting and transport manipulators and ensure their greater safety both for the environment and for the operator. In this paper, the classification of existing mathematical models of pneumomuscles is presented and the disadvantages of each type are identified. Empirical models of pneumomuscles have high convergence with experimental data, however, the number of correction coefficients can reach twenty-one. Analytical models are not suitable for modeling the considered Festo pneumomuscles, the most common in industry today. Therefore, a mathematical model was proposed to calculate the dynamic and static characteristics of the pneumomuscle, which has advantages over models of other authors. The developed model has a minimum of correction coefficients, and also shows convergence with experimental data within 10%. To confirm the operability of the model, its experimental validation was carried out on a laboratory stand. During the validation, the discrepancy between the simulation results with experimental static characteristics was obtained within 15%, and the discrepancy with dynamic characteristics was within 13% for cargo movement, and within 5% for pressure changes in the cavity of the pneumomuscle, which can be considered a good result in the study of pneumatic systems. During the static experiment, the phenomenon of hysteresis was detected and the developed mathematical model was corrected. The simulation of pneumomuscles was also carried out using the finite element method in the Ansys Mechanical APDL software package. This approach will help in the future to create pneumomuscles with the necessary characteristics for specific tasks.
Keywords: pneumatic muscles, motor, mathematical model, convergence.