ФОРУМ 01' (19) 2017

ИССЛЕДОВАНИЯ
Что за штука
эта KUKA?
Кинематические возможности промышленного робота-манипулятора
KUKA KR 1000 TITAN делают его потенциально привлекательным
для использования в области авиационного тренажеростроения. Специалисты
Концерна «Инновационные технологии» («ИННОТЕХ»)
и ФГУП «ЦАГИ» исследовали возможность использования его в качестве
системы подвижности авиационного тренажера и разработали
технический облик пилотажного стенда-демонстратора технологий
для расширенной области режимов полета.
Андрей БЮШГЕНС, доктор технических наук
Дмитрий ПОЧКАЕНКО, кандидат технических наук
Качество имитации условий полета
на современных авиационных тренажерах
достигло фантастического
уровня. По большинству систем (кабины,
системы визуализации, имитации
шумов и загрузки рычагов управления,
математические модели динамики полета
и др.) выход на уровень абсолютного
сходства с реальным полетом в настоящее
время лишь вопрос денег.
Совершенно другая история с системами
подвижности: тут в силу геометрической
ограниченности перемещения
тренажерных кабин достижение
высокого уровня реализма во всем диапазоне
режимов полета в принципе невозможно.
Тем не менее, стремление
сократить этот разрыв является предметом
настоящего вызова для соответствующих
специалистов. Ясно, что лобовым
путем повышения совершенства
систем подвижности является увеличение
ходов механизмов по отдельным степеням
свободы. Об этом говорят и данные
исследований специалистов ЦАГИ
(В.В. Родченко, Л.Е. Зайчик и др.) применительно
к наиболее важному продольному
каналу управления: увеличение
хода с 1,5 м до 3 м приводит к росту
достоверности условий моделирования
перегрузки в 3 раза. Именно поэтому
до эпохи глобального доминирования
платформ Стюарта (70-е годы) разработчики
механизмов подвижности увлекались
различными альтернативными
кинематическими схемами, среди
которых наиболее распространенными
были консольные системы, имевшие
преимущество в линейных ходах (особенно
в продольном и поперечном направлении)
и независимость угловых перемещений
от линейных.
Появление в тренажерной индустрии
изящных и технологичных платформ
Стюарта в сочетании с прогрессом в
области создания мощных гидравлических,
а затем и электромеханических
приводов на время остановило поиски
альтернативных схем систем подвижности.
Тем более что другие компоненты
тренажеров до поры до времени были
столь же далеки от совершенства, таким
образом в тренажерах того времени все
было «ровненько» и гармонично.
Теперь, когда стало ясно, что системы
подвижности фактически сдерживают
прогресс целого направления, усилия
по поиску новых прорывных решений
возобновились. В очередной раз мы
воспользовались преимуществом отстающих:
на активность в этом направлении
нас подтолкнули работы наших
западных коллег из MPI (Институт
Макса Планка) и научно-исследовательского
центра DLR. С этими работами
мы познакомились в процессе реализации
международного проекта SUPRA.
В рамках этого проекта ученые из MPI
занимались разработкой моделей восприятия
акселерационных воздействий
на оператора с использованием достаточно
простой установки на базе промышленного
робота сравнительно небольшой
грузоподъемности (100 ÷ 150 кг).
Дальше заработало воображение: «А
что, если взять робот максимальной
имеющейся грузоподъемности в 1000 кг
(KUKA TITAN 1000) и подвесить на него
кабину небольшого самолета?» Масла
в огонь подлила информация о том, что
такой тренажер применительно к самолету
DA-42 уже создан. Даже дошли восторженные
отзывы Б.С. Алешина и А.Н.
Зелина (в те годы, соответственно, генеральный
директор ФГУП «ЦАГИ» и
главком ВВС РФ), которые на нем смогли
«полетать» на одной из авиационных
выставок.
Еще одно преимущество догоняющих:
им хорошо видны дефекты прототипа.
Так вот, наши коллеги из DLR не смогли
преодолеть конфликт между большими
ходами робота-манипулятора и паразитным
затенением изображения системы
визуализации на неподвижном экране.
Тем самым, в значительной степени преимущества
системы подвижности были
сведены на нет. Наша разработка свободна
от этого недостатка.
Энтузиазм сборной команды специалистов
ЦАГИ и компании «ИННОТЕХ»
был поддержан руководством «Динамики»
и процесс (в виде инициативного
НИРа) пошел.
Покупке робота KUKA TITAN 1000
предшествовала ознакомительная поездка
в Германию на предприятие KUKA
(г. Аугсбург) и в институт Макса Планка
(г. Тюбинген), где к тому времени
появилась более крупная, чем использовалась
в проекте SUPRA, установка
грузоподъемностью 500 кг. Эта поездка
позволила нам сориентироваться
в составе закупаемого оборудования и
программного обеспечения. И, наконец,
весной 2015 года робот приехал в Россию
и был установлен в стендовом зале
НИО-15 ЦАГИ.
При всех очевидных достоинствах
промышленных роботов (диапазон перемещений
полезной нагрузки по вертикали
≈4 м, очень большие, до ± 180°,
и независимые от линейных угловые перемещения),
они имеют совершенно
другой технический функционал, чем
нам требуется. Они предназначены для
перемещения в пространстве предметов
и инструмента с высокой скоростью
и точностью по заданной программе.
А вот динамические параметры движения
полезной нагрузки оценить по информации
от производителя робота не
представляется возможным. Значения
некоторых параметров, причем, лишь
для отдельных звеньев с весьма приблизительными
характеристиками, можно
было оценить по документации, поставляемой
с роботом. Например, зная
максимальные моменты и скорости,
20 ФОРУМ 1 (19) / 2017