9.3. ПРОБЛЕМЫ ВИБРАЦИЙ
Инерционные и упругие силы являются причинами возникновения механических резонансов, которые нарушают нормальное функционирование робота, особенно на низких частотах, когда резонансными амплитудами нельзя пренебречь. В результате возникают неконтролируемые отклонения от траектории движения манипулятора (в частности, перескоки через запрограммированные положения остановки) и увеличивается время переходного процесса даже для быстродействующих систем.
Так как роботы функционируют в разнообразных условиях, вероятность возбуждения вибраций во время движения очень велика. Это явление пытаются устранить различными способами на разных уровнях.
• На уровне системы управления. При наличии точной динамической модели и возможности проводить необходимые вычисления в ходе производственного процесса можно по желанию менять режимы наблюдения и управления. Указанные требования не всегда выполняются, так как в модель входят нелинейные функции переменных кинематических пар, содержащие часто плохо известные параметры (нагрузки, трение и т.д.). Кроме того, возникает проблема существования многих режимов работы, на которые система управления не оказывает влияния, например «поперечные» относительно движения моды согласно степеням подвижности сочленения.
• На уровне структуры. Как показано в гл. 2 и 6, часто требуется большая жесткость рабочих органов звеньев, так как это позволяет одновременно добиться высокой статической точности (состояние равновесия манипулятора достигается за счет малых деформаций в соответствии с измерениями внутренних датчиков) и большей устойчивости к вибрациям (возбуждаются лишь высокочастотные вибрации с пренебрежимо малыми амплитудами).
Для этого используются специальные конструкции манипулятора (например, с замкнутыми кинематическими цепями твердых тел), которые увеличивают его массу и размеры. Поэтому конструкторы стремятся сделать манипуляторы гибкими и легкими и учесть эти свойства при управлении по замкнутому (относительно параметров рабочей среды) циклу. Однако данный подход не решает проблемы устранения поперечных мод.
• На уровне динамического уравновешивания. В консольных конструкциях усилия, действующие на сочленения, несимметричны, и в тех случаях, когда в них развиваются переменные усилия, могут возникнуть вибрации. Этот нежелательный эффект можно уменьшить путем тщательно выполненной компенсации асимметрии, вносимой консолями и неуравновешенными звеньями (по крайней мере в первом приближении).
• На уровне амортизаторов. Трение в соединениях по своей природе вызывает затухание колебаний (амортизацию). К сожалению, при малых скоростях редко удается достаточно точно описать это явление, чтобы правильно учесть его в законах управления, в которых в наиболее неблагоприятном случае (сухое трение минимально или пренебрежимо мало) обычно вводится необходимое затухание путем применения отрицательной тахометрической обратной связи. Поэтому не рекомендуется увеличивать трение между твердыми телами, особенно в гибких манипуляторах, в которых такое увеличение приводит к существенному снижению точности позиционирования робота.
С другой стороны, мы уже говорили о целесообразности введения необратимых соединений с трением для разъединения механических подсистем с целью устранения колебаний (системы с «разомкнутой обратной связью»). Малые же поперечные колебания можно погасить, приклеивая на концы органов демпфирующие материалы (пенопласт).
