novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.22.35-41novtexmech-927Research ArticleРОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫROBOT, MECHATRONICS AND ROBOTIC SYSTEMSИмитационное моделирование динамики сборочного механизмаNumerical Imitation Simulation of Assembly Mechanism DynamicsКарташевВ. А.KartashevV. A.

проф., вед. науч. сотр.

Москва

Kartashev Vladimir A., Full Professor, Doctor of Math., Leading Research Fellow

Moscow, 125047

kart@list.ruКарташевВ. В.KartashevV. V.

мл. науч. сотр.

Москва

Moscow, 125047

vsevolod.kartashev@gmail.comКириленкоА. А.KirilenkoA. A.

аспирант 

Москва

Moscow, 125047

artemkirilenko@yandex.ruФИЦ Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша РАНРоссияFRC Keldysh Institute for Applied Mathematics RASRussian Federation2021120120212213541Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20212021Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/927

Описывается метод имитационного моделирования, который основан на представлении узлов механизма в виде геометрических тел. Движение системы тел вычисляется с использованием принципа виртуальных перемещений Лагранжа. Приводятся результаты применения метода для исследования зависимости результата выполнения сборочной операции вставления цилиндрического вала в отверстие от их размеров и начального положения. Использование комплекса программного имитационного моделирования существенно уменьшает трудоемкость такого исследования. По сравнению с существующими программными средствами достоверность имитационного моделирования выше, так как оно не связано условием неизменности кинематической схемы и допускает динамические изменения в составе контактирующих тел. При моделировании получены все сценарии взаимного положения вала и отверстия в процессе сборки. Результаты моделирования показывают, что для механизмов, включающих несколько кинематических пар, вычислительной мощности персонального компьютера достаточно для выполнения всех вычислений в масштабе реального времени.

Numerical simulation is widespread method to investigate machines and robotic mechanisms in different applications. Program complexes such as MATHLAB Simulink and similar ones are based on the assumption that mechanism kinematics can be described by kinematic scheme and it does not change on time interval of simulation. This is used to generate equations of dynamics automatically and then calculate the mechanism motion. Formulated assumption does not take place for numerous applications cause a set of contact points between mechanism parts is not permanent. This circumstance restricts application area of simulation method and accuracy of investigations. "Physical drives" are software systems for motion simulation of interacting bodies in real time. This restricts the complicity of dynamics model that are used in simulation. The paper describes the simulation method in which mechanism is represented as mechanical system of geometrical bodies. Their motion is defined by Lagrange virtual movement principle. Simulation algorithm generates equations automatically when all contact points between mechanism parts and with external environment are found. Simulation program was been used to investigate the motion of cylindrical shaft in assembly operation. It was been became all scenarios of shaft motion relatively hole. Each of them is defined by initial position of shaft and hole and also mechanical features of assembly device units or features of assembly manipulator servo control system. Simulation algorithm calculates assembly force, forces and moments are acted in mechanism and between mating surfaces. Developed simulation program can be used for choosing of constructive parameters and defining acceptable deviation in initial shaft position.

численное имитационное моделированиеавтоматическая сборкаманипуляционный роботавтоматическое сборочное устройствоnumerical imitation simulationautomatic assemblymanipulation robotautomatic assembly deviceReferencesКраснощеченко В. И. Разработка и исследование математической модели гибкого однозвенного манипулятора с использованием принципа наименьшего действия Гамильтона // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т. 18, № 6. С. 383—390. DOI: 10.17587/mau.18.383-390.Krasnoshchechenko V. I. Development and Investigation of the Mathematical Model of a Flexible Single-Link Manipulator with the Use of the Hamilton’s Principle, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2017, vol. 18, no. 6, pp. 383—390 (in Russian).Васильев А. В. Разработка компьютерной динамической модели и исследование прямолинейного движения транспортной системы малогабаритного мобильного робота // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19, № 5. DOI: 10.17587/mau.19.312-326. С. 312—326.Vasiliev A. V. Development of Computer Dynamic Model and the Study of Motion of Small Mobile Robot Transport System, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2018, vol. 19, no. 5, pp. 312—326 (in Russian).Колесниченко Е. Ю., Павловский В. Е., Орлов И. А., Алисейчик А. П., Грибков Д. А., Подопросветов А. В. Математическая модель робота на омни-колесах, расположенных в вершинах прямоугольного треугольника // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19, № 5. С. 327—330. DOI: 10.17587/mau.10.327-330.Kolesnichenko E. Y., Pavlovsky V. E., Orlov I. A., Aliseychik A. P., Gribkov D. A., Podoprosvetov A. V. Mathematical Model of a Robot with Omni-Wheels Located at the Vertices of the Right Triangle Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2018, vol. 19, no. 5, pp. 327—330 (in Russian).Градецкий В. Г., Ермолов И. Л., Князьков М. М., Семенов Е. А., Суханов А. Н. Силовое взаимодействие мобильного нагруженного робота с грунтом // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т. 18, № 12. С. 819—824. DOI: 10.17587/mau.18.819-824.Gradetskiy V. G., Ermolov I. L., Knyazkov M. M., Semenov E. A., Sukhanov A. N. Force Interaction between Soil and Loaded UGV, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2017, vol. 18, no. 12, pp. 819—824 (in Russian).Градецкий В. Г., Чащухин В. Г. Исследование динамики миниатюрных внутритрубных роботов вибрационного типа // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19, № 6. С. 396—401. DOI: 10.17587/mau.19.396-401.Gradetsky V. G., Chashchukhin V. G. Studying the Dynamics of Miniature in-Pipe Vibration Type Robots, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2018, vol. 19, no. 6, pp. 396—401 (in Russian).Тачков А. А., Калиниченко С. В., Малыхин А. Ю. Моделирование и оценка эффективности системы удержания малогабаритного автономного робота вертикального перемещения с вакуумными захватами // Мехатроника, автоматизация, управление. 2016. Т. 17, № 3. С. 178—187.Tachkov A. A., Kalinichenko S. V., Malykhin A. J. Simulation and Evaluation of the Adhesion System Effectiveness for a Miniature Mobile Wall-Climbing Robot with Suction Cups, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2016, vol. 17, no. 3, pp. 178—186 (in Russian).2018 IEEE International Conference on Simulation, Modeling, and Programming for Autonomous Robots (SIMPAR). Proceedings. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). 2018. 191 p.2018 IEEE International Conference on Simulation, Modeling, and Programming for Autonomous Robots (SIMPAR). Proceedings, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2018, 191 p.Дьяков В. П. Simulink: Самоучитель // ДМК-Пресс, 2013. 784 c.Dykov V. P. Simulink: Tutorial,DMK-Press, 2013, 784 p. (in Russian).Погорелов Д. Ю. Компьютерное моделирование динамики технических систем с использованием программного комплекса "Универсальный механизм" // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2005. Т. 10, № 4. С. 27—34.Pogorelov D. Yu. Numerical simulation of technical system dynamics by program complex "Universal mechanism", Vestnik komputernyh I inaormacionnah tehnolohij, 2005, vol. 10, no. 4, pp. 27—34 (in Russian).Pogorelov D. Y. Numerical modelling of the motion of systems of solids // Computational Mathematics and Mathematical Physics. 1995. V. 35, I. 4.Pogorelov D. Yu. Numerical modelling of the motion of systems of solids, Computational Mathematics and Mathematical Physics, 1995, vol. 35, iss. 4.Погорелов Д. Ю. О численных методах моделирования движения систем твердых тел // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1995. № 4. C. 501—506.Pogorelov D. Yu. About numerical methods to simulate solid bodies systems, Zhurnal vychislitelnoy matematiki i matematicheskoy fizike, 1995, no. 4, pp. 501—506 (in Russian).Погорелов Д. Ю. Алгоритмы моделирования динамики систем тел с большим числом степеней свободы // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. Общая и прикладная механика. 2011. № 4 (2). С. 278—279.Pogorelov D. Yu. Algorithms to simulate dynamics of mechanical system with a large number degrees of freedom, Vestnik Nizhegorodskogo Univerciteta imeni N. I. Lobachevskogo. General and applied mechanics, 2011, no. 4 (2), pp. 278—279 (in Russian).Ковалев Р. В., Михеев Г. В., Погорелов Д. Ю., Агапов Д. Г. Моделирование динамики колесных и гусеничных роботов в реальном времени с использованием программного комплекса "Универсальный механизм"// Вопросы оборонной техники. Cерия 16. С.-Петербург. Научно-производственное объединение специальных материалов. 2010. № 9-10. С. 69—74.Kovalev R. V., Miheev G. V., Pogorelov D. Yu., Agapov D. G. Simulation of wheel and crawler robots dynamics in real time by software complex Universal mechanism, Nauchno-proizvodstvennoe objedinenie specialnyh mayterialov, 2010, no. 9—10, pp. 69—74 (in Russian).Kumar K. Learning Physics Modeling with PhysX. Packt Publishing, 2013. 104 p.Kumar K. Learning Physics Modeling with PhysX, Packt Publishing, 2013, 104 p.Dickinson C. Learning Game Physics with Bullet Physics and OpenGL. Packt Publishing, 2013. 250 p.Dickinson C. Learning Game Physics with Bullet Physics and OpenGL, Packt Publishing, 2013, 250 p.Drumwright E., Hsu J., Koenig N.P, Shell D. Extending Open Dynamics Engine for Robotics Simulation. International Conference on Simulation, Modeling, and Programming for Autonomous Robots SIMPAR-2010 // Lecture Notes in Computer Science. Springer, 2010. Vol. 6472. P. 38—50.Drumwright E., Hsu J., Koenig N. P., Shell D. Extending Open Dynamics Engine for Robotics Simulation. International Conference on Simulation, Modeling, and Programming for Autonomous Robots SIMPAR-2010, Lecture Notes in Computer Science, Springer, 2010, vol. 6472, pp. 38—50.Surhone L., Tennoe M., Henssonow S. Open Dynamics Engine. Betascript Publishing, 2011. 108 p.Surhone L., Tennoe M., Henssonow S. Open Dynamics Engine, Betascript Publishing, 2011, 108 p.Miller F., Vandome A., McBrewster J. Box2D. Alphascript Publishing, 2011. 92 p.Miller F., Vandome A., McBrewster J. Box2D, Alphascript Publishing, 2011, 92 p.Бедрин В. М., Бедрина А. В. Обзор методов и устройств автоматического ориентирования деталей при сборке // Сборка в машиностроении и приборостроении. 2000. № 2. C. 7—21.Bedrin V. M., Bedrina A. V. Review of methods and devices for automatic orientation parts in assembly, Sborka v mashinostroenii I priborostroenii, 2000, no. 2, pp. 7—21(in Russian).Vartanov M., Martynovich N. Reliability for the Robotic Assembly of Cylindrical Parts. International Conference on Industrial Engineering. ICIE 2016 // Procedia Engineering. 2016. 150. P. 376—383.Vartanov M., Martynovich N. Reliability for the Robotic Assembly of Cylindrical Parts. International Conference on Industrial Engineering. ICIE 2016, Procedia Engineering, 2016, 150, pp. 376—383.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.