Pneumatic muscles have significant advantages over typical pneumatic cylinders, such as smooth speed adjustment, higher power-to-weight ratio and longer operating life. Applying а pneumatic artificial muscle is а way to considerably simplify manipulator mechanisms due to its physical properties. This paper deals with the development of positioning control principles of pneumatic artificial muscle drive and presents numerical and experimental investigations of different operation modes such as lifting and lowering а load under normal working conditions, operation in а case of а sudden load separation and position control by manual operator force. In this work, the mathematical model elaborated earlier was numerically and experimentally investigated. Experimental validation of static and dynamic characteristics confirmed the results of the theoretical studies, so the elaborated model can be used to design a PAM-based manipulator with required characteristics.

No abstract

Ñòàòüÿ ïîñâÿùåíà èññëåäîâàíèþ âîçìîaeíîñòè êîððåêòèðîâêè ïîëîaeåíèÿ âûõîäíîãî çâåíà ïíåâìîïðèâîäà ìóñêóëüíîãî òèïà óñèëèåì îïåðàòîðà â òî÷êå ïîçèöèîíèðîâàíèÿ. Ìíîãèå ðàáîòû äðóãèõ àâòîðîâ ïîñâÿùåíû ðàçðàáîòêå ïîçèöèîííûõ è êîíòóðíûõ ñèñòåì äëÿ óïðàâëåíèÿ ïíåâìîìóñêóëîì. Äëÿ ïðîìûøëåííûõ ìàíèïóëÿòîðîâ, èñïîëüçóåìûõ äëÿ ïîãðóçî÷íûõ èëè ðàçãðóçî÷íûõ ðàáîò, íå òðåáóåòñÿ ñîçäàíèÿ ñëîaeíûõ àâòîìàòè÷åñêèõ ñèñòåì óïðàâëåíèÿ. Ïîýòîìó â ðàáîòå ðàññìàòðèâàåòñÿ ìåòîäèêà âûâîäà ãðóçà â òðåáóåìóþ ïîçèöèþ ñ ïîìîùüþ ïðèëîaeåíèÿ äîïîëíèòåëüíîãî óñèëèÿ îïåðàòîðîì âðó÷íóþ. Äëÿ ðàçðàáîòêè ìåòîäèêè áûëà ïîëó÷åíà ìîäåëü, îñíîâàííàÿ íà ðàíåå ðàçðàáîòàííîé ìîäåëè äëÿ ïîäúåìà/îïóñêàíèÿ ãðóçà ïíåâìîìóñêóëîì.  ðåçóëüòàòå ìîäåëèðîâàíèÿ áûëè ïîëó÷åíû ãðàôèêè çàâèñèìîñòè óñèëèÿ îïåðàòîðà îò âåëè÷èíû äîïîëíèòåëüíîãî ïåðåìåùåíèÿ äëÿ ïíåâìîìóñêóëà DMSP-10 ïðè p M = var, m = const, à òàêaeå çàâèñèìîñòè äëÿ ðÿäà ðàçìåðîâ ïíåâìîìóñêóëà (DMSP-10, DMSP-20, DMSP-40) ïðè p M = const, m = var, è äàíû ðåêîìåíäàöèè. Äëÿ ýêñïåðèìåíòàëüíîé ïðîâåðêè ìåòîäèêè áûë ðàçðàáîòàí ñïåöèàëüíûé ñòåíä. Ýêñïåðèìåíò ïðîâîäèëñÿ äëÿ ïíåâìîìóñêóëà DMSP-10-400N ñ íà÷àëüíûì äèàìåòðîì 0,01 ì è äëèíîé 0,4 ì.  õîäå ýêñïåðèìåíòà áûëè ñíÿòû çàâèñèìîñòè óñèëèÿ îïåðàòîðà îò äîïîëíèòåëüíîãî ïåðåìåùåíèÿ â äèàïàçîíå îò 0,001 ì äî 0,01 ì ïðè ðàçíîì ìàãèñòðàëüíîì äàâëåíèè, p M = var è ïîñòîÿííîé ìàññå ãðóçà, m = const. Ðàñõîaeäåíèå ñ ðåçóëüòàòàìè ìîäåëèðîâàíèÿ íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ 11 %. Ðàçðàáîòàííàÿ ìîäåëü è ïîëó÷åííûå çàâèñèìîñòè ïîçâîëÿþò îöåíèòü óñèëèÿ îïåðàòîðà íà ýòàïå ïðîåêòèðîâàíèÿ ïðèâîäà èëè ìàíèïóëÿòîðà è ïîäîáðàòü êîíñòðóêòèâíûå ïàðàìåòðû ïíåâìîìóñêóëà äëÿ îáåñïå÷åíèÿ òðåáóåìîãî äèàïàçîíà ïîçèöèîíèðîâàíèÿ.

Транспортировка измельченной древесины по трубопроводу, особенно на значительные расстояния,- это крупная научно-техническая проблема, имеющая ряд аспектов, как технологических, так и социально-экономических. Сегодня существует множество подходов к математическому моделированию потока древесной пульпы, но ни один из них не дает полностью надежных и достоверных результатов, а также не имеет практического применения. Поэтому рассматриваемая тема актуальна. Поток древесно-водной пульпы представляет собой поток частиц щепы, взвешенных в турбулентной жидкости. Для разработки математического аппарата, нужного для описания турбулентных течений, применяются положения полуэмпирической теории. Одним из первых ученых, положивших начало развитию полуэмпирического метода, был французский ученый Буссинеск, который предположил, что турбулентность вызывает перемешивание между слоями не микроскопических частиц, а конечных объемов среды. Также решающие шаги в развитии полуэмпирического подхода к теории турбулентности сделаны Джеффри Тейлором, Людвигом Прандтлем и Теодором фон Карманом. В настоящее время используются труды таких ученых, как Юфин, Трайнис, Смолдырев, Дюранд. В их теориях основную роль играют понятия «путь перемешивания», «интенсивность турбулентности», «коэффициенты турбулентной вязкости, теплопроводности и диффузии». Особое значение в разработке полуэмпирических методов расчета основных характеристик взвесенесущего потока в рамках пульсационной теории имеют исследования И.С. Крыля. Результаты этих исследований стали главной составной частью теоретических расчетов по гидротранспорту древесной щепы в статье Б.М. Нуллера, А.Н. Минаева. Это стало возможным с появлением фундаментальных исследований природы турбулентности, и, как следствие, появлением теории статистической гидромеханики. Развитие теории связано с исследованиями Колмогорова, а также Баренблата, Монина, Обухова, Нигматулина, Яглома. На основе этих исследований произошло развитие теории гидротранспорта, которая получила название пульсационной, или дискретной, теории. Одним из главных положений этой теории является утверждение о том, что энергия взвешивания частиц в потоке берется из пульсационного движения, характерного для турбулентного течения. Рассмотрены как труды зарубежных ученых, так и результаты российских исследований в этой области. Даны рекомендации для дальнейшей разработки методов проектирования промышленного гидротранспорта измельченной древесины. Wood pulp transportation by a pipeline, especially over long distances, it is a major scientific and technical problem, which has a number of aspects, as well as technological and socio-economic. Nowadays there are many approaches of pulp flow mathematical modeling, but none of them are appropriate for getting reliable and accurate results, and does not have the practical use. Therefore, the topic under consideration is relevant. The wood pulp flow is a stream of particles suspended in a turbulent fluid. The provisions of the semi-empirical theory were applied for the development of the mathematical apparatus necessary for the description of turbulent flows. One of the first scientists who laid the foundation for the development of semi-empirical method was a French scientist Valentin Joseph Boussinesq, who suggested that the turbulence causes mixing between the layers are not microscopic particles, and the final volume of the medium. Also decisive steps in the development of a semi-empirical approach to the theory of turbulence was made by Jeffrey Taylor, Ludwig Prandtl and Theodore von Karman. Currently there are works of authors such as A.P.Yufin, V.V. Traynis, A.E. Smoldyrev, D.M. Newitt. In their theory the fundamental role play concepts suchas the mixing length, turbulence intensity, the coefficients of turbulent viscosity, thermal conductivity and diffusion. The particular importance in the development of semi-empirical methods of calculating the basic characteristics of suspended flow within the pulsation theory have studies of I.S. Kryl. The results of these studies were the main part of the theoretical calculations on the wood pulp transportation in the article by B.M. er, A.M. Minaev. It became possible with the advent of fundamental research turbulent nature and, as a consequence, the emergence of the theory of statistical hydrodynamics. Development of the theory associated with the studies of A.N. Kolmogorov, as well as G.N. Barenblat, A.S. Monin, A.M. Obukhov, R.I. Nigmatulin, A.M. Yaglom. The basis of these studies was the development of the theory of hydraulic transport, which is called a discrete or the pulsation theory. One of the main provisions of this theory is the statement that the energy for weighting particles in the flow is taken from the pulsating movements characteristic of turbulent flow. The articles of foreign authors are considered as well as data of Russian research in this field. There are recommendations in this article for further development of methods of designing industrial wood pulp flow hydraulic transport.

Pneumatic muscle is a new type of actuator that has a number of advantages over pneumatic cylinders, such as higher power-to-weight ratio, smooth speed adjustment, and longer operating life. Pneumatic muscle-based industrial devices can be used in combustible, explosive, and contaminated environments in different industry fields. This article is dedicated to the modeling of pneumatic muscles manufactured by FESTO, a global leader in the production of this type of pneumatic actuators. The existing pneumatic muscle models have several significant drawbacks: they can only be applied to specific types of pneumatic muscles and are inappropriate for FESTO pneumatic muscles, their accuracy is low, and they contain too many adjusting factors. The model presented in this article makes it possible to obtain static characteristics with up to 10% accuracy. The aim of this study is to assess the feasibility of application of the developed expression for modeling the dynamic characteristics of pneumatic muscle and to develop a comprehensive mathematical model of pneumatic muscle for describing the processes of raising and lowering a load.