Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Робот маніпулятор

Скачати 13.18 Mb.

Робот маніпулятор




Скачати 13.18 Mb.
Сторінка1/15
Дата конвертації29.12.2019
Розмір13.18 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15


Розроблення програмно-технічного забезпечення системи керування роботом-маніпулятором

під шифром Робот - маніпулятор

2017 рік

Зміст
Вступ……………………………………………………………………...……3

1. Теоретичні основи управління та структура типових промислових роботів......................................................................................................................5

1.1. Загальна структура промислового робота-маніпулятора........................5

1.2. Системи управління роботами-маніпуляторами......................................7

1.3. Обернена задача кінематики маніпулятора та способи її розв’язання...8

2. Вибір та обґрунтування апаратних засобів................................................11

2.1. Огляд маніпулятора...................................................................................11

2.2. Принципова схема досліджуваної установки.........................................13

2.3. Обґрунтування вибору плати для управління маніпулятором..............14

2.4. Вибір приводів ланок маніпулятора........................................................17

2.5. Характеристика драйвера двигуна постійного струму L298N.............19

3. Розробка програмного забезпечення..........................................................21

3.1. Програмне забезпечення для Arduino Mega в режимі програмного позиційного управління........................................................................................21

3.2. Розробка Windows-сумісного додатку для дистанційного керування маніпулятором.......................................................................................................22

3.3. Розробка мобільного додатку дистанційного керування маніпулятором для смартфонів на ОС Android.............................................................................24

3.4. Розв’язання і використання оберненої задачі кінематики..............................................................................................................27

Висновки...........................................................................................................29

Список використаних джерел.........................................................................30

Вступ
Основним напрямом розвитку сучасної промисловості є автоматизація виробництва. Це сприяє підвищенню якості виробництва за рахунок покращення якості продукції, що випускається, а також скороченню кількості обслуговуючого персоналу, зайнятого в різних сферах виробництва.

Одним із елементів автоматизації промислових підприємств є використання роботизованих комплексів, які складаються з механічних маніпуляторів і систем управління ними.

Разом з розвитком кібернетики знижувалася необхідність прямої присутності робітника при здійсненні того або іншого завдання. Прикладом цьому можуть служити численні промислові роботи-маніпулятори, що виконують найрізноманітнішу роботу. Використання промислових роботів-маніпуляторів дозволяє виключити вплив людського фактору на виробництво, підвищити точність виконання технологічних операцій, а також забезпечити постійну роботу виробництва на протязі відносно довгого часу.

Необхідність дослідження і вдосконалення систем управління маніпуляційними роботами зумовлена, перш за все, їх широким використанням. Такі засоби використовуються в будівельній галузі (крани-маніпулятори), металургії, гірничодобувній галузі (бурильні машини), хімічній промисловості (маніпулятори для роботи з токсичними і радіоактивними матеріалами), машинобудуванні, а також в багатьох інших галузях промисловості.

Промисловий робот містить у своєму складі багатоланковий механічний маніпулятор, що імітує рухи людської руки, забезпечений керуючим пристроєм [1]. Робот може бути обладнаний також засобами переміщення. Основне призначення робота – механізувати і автоматизувати маніпуляції, що дозволяє замінити людей на вже діючих виробничих ділянках без істотної перебудови їх технологічної і організаційної структури. Застосування промислових роботів підвищує ефективність праці і коефіцієнт завантаження устаткування та забезпечує швидку перебудову устаткування на випуск нової продукції. Руки роботів замість захоплювачів можуть оснащуватися різними інструментами для виконання робіт, починаючи з розпилюючого фарбування, нанесення клейових та ізоляційних покриттів, і закінчуючи свердлінням, фрезеруванням, закручуванням гайок, шліфуванням, піскоструминним очищенням. Крім того, маніпулятори можна використовувати для точкового і дугового зварювання, теплової обробки і різання за допомогою полум'я або лазера, а також при очищенні за допомогою водяних струменів.

Не дивлячись на різне технічне виконання, будь-який робот-маніпулятор складається з декількох ступенів рухливості і виконавчих механізмів (двигунів), які виконують рухи маніпулятором. У якості виконавчих механізмів найчастіше використовуються крокові двигуни або сервоприводи необхідної потужності.

Спрощено процес розробки маніпулятора складається з двох етапів:

- розробка механічної частини маніпулятора;

- розробка системи управління маніпулятором.

Метою дослідження є розроблення апаратно-програмного забезпечення для реалізації програмного управління роботом-маніпулятором та командного управління з комп’ютера зі зручним інтерфейсом користувача.



1. Загальні відомості про структуру і принципи управління промисловими роботами
1.1. Загальна структура промислового робота-маніпулятора
За ДСТУ 2879-94: промисловий робот – автоматична машина, стаціонарна чи пересувна, з виконавчим пристроєм у вигляді маніпулятора, який має декілька ступенів рухомості, і перепрограмовуваним пристроєм програмного керування для виконання у виробничому процесі рухових і керувальних функцій [2].

Рис. 1.1. Принципова схема промислового робота


Маніпулятор представляє собою сукупність просторового важільного механізму і системи приводів, що здійснює під керуванням програмованого автоматичного пристрою чи людини-оператора дії (маніпуляції), аналогічні діям руки людини.

Маніпулятор промислового робота повинен забезпечувати рух вихідної ланки і, закріпленого в ній, об'єкта маніпулювання в просторі за заданою траєкторією і з заданою орієнтацією. Для повного виконання цієї вимоги основний важільний механізм маніпулятора повинен мати не менше шести рухів, причому кожен рух повинен бути керованим. Промисловий робот із шістьма ступенями свободи є складною автоматичною системою. У реальних конструкціях промислових роботів часто використовуються також механізми зі ступенями свободи менше шести. Найбільш прості маніпулятори мають три, рідше два, рухи. Такі маніпулятори значно дешевші у виготовленні та експлуатації, але вимагають специфічних вимог до організації робочого простору.



Для виконання кожного з відносних рухів маніпулятор повинен бути оснащений приводами, що складаються з двигунів, редуктора і системи давачів зворотного зв’язку. Оскільки рух об'єкта здійснюється за заданим законом руху, то в системі повинні бути пристрої, що зберігають і задають програму руху. Перетворення заданої програми руху в сигнали керування приводами ui здійснюється системою керування. При необхідності вона коректує ці впливи за сигналами Δxi, що надходять до неї з давачів зворотного зв'язку (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Загальна функціональна схема промислового робота


Отже, маніпуляційний робот складається з декількох ступенів рухливості (ланок) і приводів, що приводять ланки в рух. У якості приводів робота найчастіше використовуються крокові двигуни або сервоприводи різної потужності. Кроковим двигунам надається перевага, якщо швидкість переміщення ланок робота не є критичним параметром. Наприклад, такий тип приводів може використовуватися при побудові вантажних маніпуляторів. Якщо ж потрібно забезпечити високу швидкість руху робота, то найбільш доцільно використовувати сервоприводи.
1.2. Системи управління роботами-маніпуляторами
Промислові роботи є важливими компонентами автоматизованих гнучких виробничих систем, які дозволяють збільшити продуктивність праці. Промислові роботи у виробничому процесі здатні виконувати основні і допоміжні технологічні операції. До основних технологічних операцій належать операції безпосереднього виконання формоутворення, зміни лінійних розмірів заготовки та ін. До допоміжних технологічних операцій відносять транспортні операції в тому числі операції з завантаження та вивантаження технологічного обладнання.

За видом програми системи управління ПР поділяють на:



  • жорсткопрограмовані – не мають можливості швидкої зміни програми;

  • гнучкопрограмовані – мають засоби швидкої зміни програми;

  • адаптивні – здійснюють свої дії на підставі інформації про об'єкти і явища зовнішнього середовища, отримуваної в процесі роботи;

  • інтелектуальні – здатні самостійно планувати свою поведінку залежно від поставленого завдання, критеріїв якості, власного стану і стану зовнішнього середовища [1].

У проектованому маніпуляторі буде реалізовано режими командного та програмного управління роботом-маніпулятором. Командне управління передбачає можливість змінювати задане положення для кожної ланки механізму маніпулятора. Цей режим застосовується як додатковий спосіб управління, наприклад, для програмування методом навчання промислових роботів, а також в аварійних і нештатних ситуаціях. У командному режимі приводи ПР працюють послідовно. Швидкодія такого управління є невисокою, оскільки для забезпечення необхідної точності позиціювання захватного пристрою швидкість переміщення вихідного вала сервоприводів знижена.
1.3. Обернена задача кінематики маніпулятора та способи її розв’язання
Планування заданого руху ПР потребує розв’язання оберненої задачі про стан механізму. Суть цієї задачі полягає у визначенні необхідних переміщень ланок системи за заданим рухом робочого органу.

Для маніпулятора промислового робота з шістьма ступенями рухливості (рис. 1.3) постановка оберненої задачі про стан робочого органу зводиться до наступного. За заданою траєкторією руху робочого органу Р необхідно розрахувати узагальнені координати ступенів рухливості q1-q6 маніпулятора.



Рис. 1.3. Схема шарнірного робота-маніпулятора з узагальненими координатами


При розв'язанні задачі необхідно враховувати обмеження на узагальнені координати і відповідно на розміри робочої зони і кути сервісу механізму.

Таким чином, положення кінематичного ланцюга в просторі визначається за допомогою узагальнених координат , які характеризують відносні переміщення у кінематичних парах, а для визначення положення робочого органа у просторі вводяться координати , де .

Така геометрична інтерпретація маніпуляційної системи (МС) робота дає змогу розглядати за допомогою матричного зображення положення робочих органів МС дві найбільш характерні задачі кінематики МС: пряму задачу – керування орієнтувальними і транспортними рухами робочих органів за відомих структури (склад ланок та їх розташування у МС), компонування МС та обмежень у робочій зоні; обернену задачу – визначення конфігурації робота, за допомогою якої можна реалізувати сукупність та послідовність заданих рухів робочих органів із врахуванням обмежень, що накладаються на робочу зону.



При розв'язуванні оберненої задачі кінематики МС лінійне та кутове положення окремих ланок МС можуть бути визначені графічно із врахуванням обмежень, що накладаються на кінематичні ланки. Процедура синтезу конфігурації МС робота при цьому зводиться до наступного: визначається оптимальна траєкторія руху робочого органа ПР від завантаження (захвату) до видачі об’єкта маніпулювання в орієнтованому положенні на позиції розвантаження та виділяються характерні точки цієї траєкторії, у кожній з яких формуються матриці переміщень та обертання ; далі для кожної вибраної точки траєкторії розв'язується обернена задача – формується матриця узагальнених координат, яка дає змогу визначити (вибрати) вид кінематичних з'єднань та ланцюга (наприклад, таких, які забезпечують траєкторію найшвидшої дії із врахуванням заданих обмежень); виконується оптимізація траєкторії за динамічними параметрами (швидкодією, швидкістю, прискоренням окремих елементів кінематичного ланцюга) МС; провадиться формування керуючих сигналів у часі. Необхідно, однак, пам'ятати, що всі рухомі з'єднання системи, за винятком останнього, допускають відносні переміщення в обмеженому діапазоні; тому після всіх розрахунків необхідно переконатись, що знайдений розв'язок відповідає заданим зображенням.

Каталог: root -> res
res -> Програма вступного іспиту зі спеціальності на навчання до аспірантури на третьому (освітньо-науковому) рівні вищої освіти
res -> Програма вступного іспиту зі спеціальності на навчання до аспірантури на третьому (освітньо-науковому) рівні вищої освіти
res -> Програма вступного іспиту зі спеціальності на навчання до аспірантури на третьому (освітньо-науковому) рівні вищої освіти
root -> Програма фахового іспиту з галузі знань 12 "Інформаційні технології" спеціальності 123 "Комп’ютерна інженерія" І
res -> Програма вступного іспиту зі спеціальності на навчання до аспірантури на третьому (освітньо-науковому) рівні вищої освіти
res -> Програма вступного іспиту зі спеціальності на навчання до аспірантури на третьому (освітньо-науковому) рівні вищої освіти
res -> Програма вступного іспиту зі спеціальності на навчання до аспірантури на третьому (освітньо-науковому) рівні вищої освіти
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15


Скачати 13.18 Mb.

  • 2017 рік Зміст
  • 1. Загальні відомості про структуру і принципи управління промисловими роботами 1.1. Загальна структура промислового робота-маніпулятора
  • 1.2. Системи управління роботами-маніпуляторами
  • 1.3. Обернена задача кінематики маніпулятора та способи її розв’язання