Разработка манипуляторов для проведения гидроакустических исследований ВНИИФТРИ.

В марте 2007 года компания "Сервотехника" успешно завершила проект по оснащению лаборатории гидроакустических исследований Всероссийского Научно-Исследовательского Института Физико-Технических и Радиотехнических Измерений (ФГУП ВНИИФТРИ) автоматическими координатными манипуляторами.

ФГУП ВНИИФТРИ является Главным метрологическим центром Государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли.

Институт проводит фундаментальные и прикладные исследования в области единства измерений и метрологического обеспечения.

В рамках института создаются и совершенствуются государственные эталоны, высокоточные приборы и аппаратура, измерительные системы, средства контроля и автоматизации. Для обеспечения единства измерений в России служат более 100 государственных эталонов, и около четверти из них созданы и применяются во ВНИИФТРИ.

Еще в советское время в институте для проведения гидроакустических исследований была создана лаборатория, оснащенная бассейнами. Во время эксперимента исследуемые элементы (гидроакустические преобразователи) перемещаются под водой в заданные позиции, далее при помощи специальных анализаторов проводятся исследования.

Для перемещения объектов под водой в лаборатории были установлены манипуляторы на основе передачи "рейка-шестерня" с шаговым приводом. На сегодняшний день это оборудование морально устарело, так как не обеспечивало требуемых характеристик по точности, скорости и плавности хода. Поэтому исследования в этой области практически прекратились, и оборудование не использовалось в течение последних нескольких лет.

Улучшение ситуации с финансированием государственных организаций позволило институту провести полную реконструкцию лаборатории и заменить устаревшее оборудование на новую современную технику.

Для реализации проекта по оснащению лаборатории ФГУП ВНИИФТРИ современным оборудованием был проведен тендер, по результатам которого подряд на установку координатных манипуляторов выиграла компания "Сервотехника", предложив качественное высокотехнологичное решение и минимальные сроки поставки.

В рамках проекта в соответствии с техническими требованиями были спроектированы и установлены четыре координатных манипулятора, предназначенных для позиционирования составных частей гидроакустического эталона.

Первый манипулятор.

4-х координатный манипулятор СТ-060 располагается над малым бассейном и обеспечивает перемещение и поворот гидроакустического преобразователя.

Технические характеристики манипулятора:

• масса перемещаемого гидроакустического преобразователя до 2 кг;
• максимальное перемещение по оси Х -1940 мм, по оси Y - 1100 мм, по оси Z -700 мм;
• поворот преобразователя по оси V - 360 градусов;
• точность позиционирования по осям X,Y, Z - 0,3 мм;
• точность установки угла поворота - 30 угловых минут;
• максимальная скорость перемещения - 0,1 м /сек;
• максимальная скорость поворота - 6 град/сек.

Второй манипулятор.

2-х координатный манипулятор МП-3000 располагается над большим бассейном и обеспечивает перемещение и поворот гидроакустического преобразователя.

Технические характеристики манипулятора:

• масса перемещаемого гидроакустического преобразователя до 60 кг;
• максимальное перемещение по вертикальной оси Z - 3000 мм;
• поворот преобразователя по оси V - 360 градусов;
• точность позиционирования по оси Z - 0,6 мм;
• точность установки угла поворота - 30 угловых минут;
• максимальная скорость перемещения - 0.035 м /сек;
• максимальная скорость поворота - 6 град/сек.

Третий манипулятор.

2-х координатный манипулятор СТ-080 располагается над большим бассейном и обеспечивает перемещение гидроакустического преобразователя.

Технические характеристики манипулятора:

• масса перемещаемого гидроакустического преобразователя до 5 кг;
• максимальное перемещение по оси Х - 1800 мм, по оси Y - 1800 мм;
• точность позиционирования по осям X, Y - 0,3 мм;
• максимальная скорость перемещение - 0.1 м /сек.

Четвертый манипулятор.

2-х координатный манипулятор СТ-090 располагается над большим бассейном и обеспечивает перемещение гидроакустического преобразователя.

Технические характеристики манипулятора:

• масса перемещаемого гидроакустического преобразователя до 10 кг;
• максимальное перемещение по оси Х - 5000 мм, по оси Z - 3000 мм;
• точность позиционирования по осям X, Z - 0,3 мм на 1000 мм;
• максимальная скорость перемещения - 0,1 м /сек.

Все комплектующие для манипуляторов были подобраны с учетом требований и пожеланий заказчика.

Для обеспечения бесшумной работы оборудования в качестве передачи был выбран зубчатый армированный ремень. Направляющие для координатных манипуляторов выполнены на основе линейных модулей производства CTS (Италия). Линейные модули, оснащенные зубчатым ремнем, полностью соответствуют требованиям заказчика по скорости и точности. Однако в четвертом манипуляторе длина горизонтальной оси X составляет 5000 мм, ременная передача на таком расстоянии не обеспечивает требуемую точность и может вызывать вибрацию при движении. В связи с этим было принято решение вместо ременной передачи по горизонтальной оси Х в этом манипуляторе использовать систему прямого привода производства "Рухсервомотор" (Белоруссия-Германия)

Приводы в координатных манипуляторах выполнены на основе синхронных двигателей КЕВ (Германия) с прецизионными планетарными редукторами Apex (Тайвань). Вертикальные оси манипуляторов оснащены сервомоторами с тормозами и абсолютными датчиками позиции.

Система управления первых трех манипуляторов построена на основе частотных преобразователей F5-S производства KEB (Германия). А для управления четвертым использовался частотный преобразователь Unidrive SP компании Control Techniques (Великобритания).

По требованию заказчика необходимо было реализовать управление приводами манипуляторов от персонального компьютера, при этом разработка программы управления и анализа в самих технологических установках ведется в среде Visual Basic. Инженерным отделом компании "Сервотехника" была разработана DLL - библиотека с необходимым набором функций для управления приводами. Позиционирование по каждой оси осуществляется заданием координат с персонального компьютера через COM- порт.