Разработка и исследование имитационной модели функционирования робота манипулятора

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ 5
1.1 Основные положения АСУ ТП 5
1.2 Общие сведения о промышленных роботах 15
1.3 Описание технологического процесса 23
1.4 Обоснование необходимости разработки имитационной модели 28
2. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ 31
2.1 Подбор технических средств автоматизации 31
2.2 Функциональная схема автоматизации 33
2.2 Принципиальная электрическая схема 35
2.3 Описание алгоритма работы системы 38
3. РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ 41
3.1 Расчет траектории движения и время цикла работы 41
3.2 Настройка параметров столкновения 50
3.3 Разработка алгоритма работы контроллера и написание кода программы 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 60
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 64
ПРИЛОЖЕНИЕ А 66
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 70
ПРИЛОЖЕНИЕ В 71
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 72
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 73

Весь текст будет доступен после покупки

Современное промышленное производство стремительно переходит к высокой степени автоматизации и роботизации технологических процессов. Промышленные роботы становятся неотъемлемой частью гибких производственных систем, обеспечивая повышение точности, производительности, повторяемости операций и снижение влияния человеческого фактора. Однако эффективное внедрение роботизированных комплексов требует тщательного проектирования, отладки и верификации их работы до физической установки на производственной линии. В этих условиях разработка и использование имитационных моделей позволяют значительно сократить сроки ввода оборудования в эксплуатацию, минимизировать риски и снизить затраты на доработку.
Актуальность данной работы обусловлена необходимостью повышения надёжности и эффективности внедрения промышленных роботов за счёт применения цифрового моделирования. Имитационное моделирование даёт возможность протестировать траектории движения, проверить алгоритмы управления, оценить время цикла и исключить коллизии в виртуальной среде, что особенно важно при работе с дорогостоящим оборудованием и в условиях ограниченного производственного времени.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка и верификация имитационной модели промышленного робота в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Изучить основные принципы построения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) и особенности функционирования промышленных роботов.
2. Проанализировать технологический процесс с участием робота и обосновать необходимость создания имитационной модели.
3. Подобрать технические средства автоматизации (робот, контроллер, датчики, исполнительные механизмы).
4. Разработать функциональную и принципиальную электрическую схемы автоматизации.
5. Сформировать алгоритм работы системы управления.
6. Выполнить расчёт траектории движения робота и времени технологического цикла.
7. Настроить параметры обнаружения столкновений в виртуальной среде.
8. Разработать программный код управляющего алгоритма и интегрировать его в имитационную модель.
Объектом исследования является технологический процесс с участием промышленного робота.
Предметом исследования выступает имитационная модель роботизированного комплекса и система его автоматизированного управления.
Методы исследования включают:
– анализ научно-технической и нормативной литературы;
– системный и функциональный анализ технологического процесса;
– проектирование функциональных и принципиальных схем АСУ ТП;
– кинематический и временной расчёт движения робота;
– имитационное моделирование в специализированной программной среде;

Весь текст будет доступен после покупки

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
1.1 Основные положения АСУ ТП
Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) предназначена для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления.
Технологический объект управления (ТОУ) – это совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям или регламентам технологического процесса производства.
К технологическим объектам управления относятся:
– технологические агрегаты и установки (группы станков), реализующие самостоятельный технологический процесс;
– отдельные производства (цехи, участки) или производственный процесс всего промышленного предприятия, если управление этим производством носит в ос- новном технологический характер, т. е. заключается в реализации рациональных режимов работы взаимосвязанных агрегатов (участков, производств).
Совместно функционирующие ТОУ и управляющая им АСУТП образуют автоматизированный технологический комплекс (A T К). Автоматизированная система управления технологическим процессом - человеко-машинная система управления, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления
технологическим объектом в соответствии с принятым критерием.
Такое определение АСУТП подчеркивает наличие в ее составе современных автоматических средств сбора и обработки информации, в первую очередь средств вычислительной техники; роль человека в системе как субъекта труда, принимающего содержательное участие в выработке решений по управлению; реализацию в системе процесса обработки технологической и технико-экономической информации; цель функционирования АСУТП, заключающуюся в оптимизации работы технологического объекта управления по принятому критерию (критериям) управления путем соответствующего выбора управляющих воздействий.
Критерий управления АСУТП – это соотношение, характеризующее качество функционирования технологического объекта управления в целом и принимающее конкретные числовые значения в зависимости от используемых управляющих воздействий. Таким образом, критерием управления обычно является технико-экономический показатель (например, себестоимость выходного продукта при заданном его качестве, производительность ТОУ при заданном качестве выходного продукта и т. п.) или технический показатель (например, параметры процесса, характеристики выходного продукта).
Система управления ТОУ является АСУТП в том случае, если она осуществляет управление ТОУ в целом в темпе протекания технологического процесса и если в выработке и реализации решений по управлению, участвуют средства вычислительной техники и другие технические средства и человек-оператор.

Весь текст будет доступен после покупки

1) Adept Technology (Омрон). (2022). Trends in Industrial Robotics and Automation // Omron Robotics. – URL: https://automation.omron.com/en/us/ solutions/robotics
2) Boston Consulting Group (BCG). (2021). "The Next Generation of Industrial Robotics." – URL: https://www.bcg.com/publications/2021/next-generation-industrial-robotics
3) Bouhalassa, L., Benchikh, L., Ahmed-Foitih, Z., & Bouzgou, K. (2020). Path Planning of the Manipulator Arm FANUC Based on Soft Computing Techniques. International Review of Automatic Control, 13(4), 171–181.
4) Chen, H., & Wang, Y. (2021). "Collaborative Robotics in Smart Manufacturing: A Review of Current Trends and Future Directions." Journal of Intelligent Manufacturing, 32(5), 1235-1256.
5) FANUC Official Robotics. FANUC America Corporation // Официальный сайт FANUC. – URL: https://www.fanucamerica.com/ products/robots
6) Groover, M. P. (2020). Automation, Production Systems, and Computer-Integrated Manufacturing. – 5th Edition. – Pearson, 2020. – 816 p.
7) International Federation of Robotics (IFR). (2023). World Robotics Report 2023 // IFR. – URL: https://ifr.org/ifr-press-releases/news/world-robotics-report-2023
8) ISO 10218-1:2021 Robots and robotic devices – Safety requirements for industrial robots – Part 1: Robots. – URL: https://www.iso.org/standard/79425.html.
9) Pfrommer, J., et al. (2023). "Open-Source Offline Programming of Industrial Robots: A Review." IEEE Transactions on Automation Science and Engineering. – DOI: 10.1109/TASE.2023.3250287.
10) Ratta, M. P. (2019). Remotely controlled industrial robotic arm and simulation of automated thermal furnace. Open Access Master's Report, Michigan Technological University. – DOI: 10.37099/mtu.dc.etdr/799.

Весь текст будет доступен после покупки