Математическое моделирование и анализ предельных режимов промышленного роботизированного манипулятора при недетерминированных возмущениях производственной среды
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Рубрика: Электротехнические комплексы и системы
Статья в выпуске: 3 т.26, 2026 года.
Бесплатный доступ
В работе рассматривается возможность применения нелинейной гибридной модели четырехкоординатного SCARA-манипулятора для анализа поведения системы в предельных режимах работы с учетом стохастических возмущений производственной среды. Структура модели включает широтно-импульсный преобразователь, синхронный двигатель с постоянными магнитами, упруго-диссипативную механическую передачу с люфтом и звено манипулятора. Исследование проведено с учетом данных о нелинейных возмущениях. Среди них трение Стрибека, квантование и шум измерительных каналов, переменная инерция и нагрузка, цветной случайный момент и кратковременные ударные воздействия. Выполнена сравнительная оценка поведения системы. Условия – приложение случайной или переменной нагрузки, ударные и перегрузочные режимы работы. Выявлено, что цифровой двойник должен хранить информацию о состоянии контакта и оценке деформации передачи. Присутствует необходимость различия границ: потеря линейной устойчивости из-за задержки, потеря точности из-за люфта и возмущения и достижение токового ограничения. Разработанная модель переводит цифровой двойник из класса геометрических симуляторов в класс динамических моделей электромеханического объекта и позволяет до запуска физической установки оценивать достижение точки, ток, момент в передаче, состояние контакта, вероятность превышения допуска и время восстановления после удара.
Короткий адрес: https://sciup.org/147255387
IDS: 147255387 | УДК: 621.885.8:62-83 | DOI: 10.14529/power260308
Mathematical modeling and analysis of limiting operating modes of an industrial robotic manipulator under nondeterministic disturbances of the production environments
The paper considers the feasibility of applying a non-linear hybrid model of a four-axis SCARA manipulator to analyze the system behavior in limit operating modes, taking into account stochastic disturbances of the production environment. The model structure includes a pulse-width modulator, a permanent magnet synchronous motor, an elastic-dissipative mechanical transmission with backlash, and a manipulator link. The study was conducted taking into account data on non-linear disturbances. Among them are Stribeck friction, quantization and noise of measurement channels, variable inertia and load, colored random torque, and short-term impact loads. A comparative evaluation of the system behavior was performed under conditions of random or variable load application, as well as impact and overload operating modes. It is revealed that the digital twin must store information about the contact state and the transmission deformation estimation. There is a need to distinguish boundaries: loss of linear stability due to delay, loss of accuracy due to backlash and disturbance, and reaching the current limit. The developed model transfers the digital twin from the class of geometric simulators to the class of dynamic models of an electromechanical object and allows, prior to the launch of the physical installation, estimating target point achievement, current, torque in the transmission, contact state, the probability of exceeding the tolerance, and the recovery time after an impact.
