Разработка системы управления на основе полной и упрощенной кинематической моделей робототехнических комплексов

ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 11
1.1 История развития манипуляторов 11
1.2 Классификация манипуляционных робототехнических комплексов 15
1.3 Анализ существующих систем управления 21
1.4 Анализ существующих роботов манипуляторов 25
2 РЕАЛИЗАЦИЯ КИНЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ 31
2.1 Присвоение систем координат 33
2.2 Определение параметров Денавита-Хартенберга 36
2.3 Решение прямой задачи кинематики 38
2.4 Упрощение кинематической схемы шестизвенного манипулятора. 41
2.5 Выбор программного обеспечения для моделирования 44
2.6 Реализация прямой и обратной задач кинематики модели шестизвенного манипулятора в среде Matlab. 45
2.7 Реализация прямой и обратной задач кинематики модели упрощенного трехзвенного манипулятора в среде Matlab. 51
3 Анализ эффективности. 54
4 Заключение 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 58
Приложение А 59
Приложение Б 60
Приложение В 61
Приложение Г 62
Приложение Д 63
Приложение Е 64

Весь текст будет доступен после покупки

Современные промышленные предприятия все больше ориентируются на применение автоматизированных решений, их стремление к бережливому и безопасному производству, а также желание внедрить инновационные технологии и устранить вредные факторы, вредящие здоровью работников. Именно поэтому растет популярность решений, основанных на использовании промышленных роботов для автоматизации производства. Эти роботы обеспечивают высокую производительность и точность обработки, а также исключают ошибки и перерывы, свойственные человеку.
Достоинства применения промышленных роботов в производстве очевидны.
Прежде всего, большинство промышленных роботов, в основном, используются для замены ручного труда. Они обладают манипуляторами, которые могут использовать инструментальные захваты для фиксации инструментов и обработки деталей, либо для удержания заготовки и перемещения ее в рабочую зону для последующей обработки.
Дополнительно, применение роботов на промышленных предприятиях ограничено некоторыми факторами, такими как область достижимости, необходимость избегать столкновений с препятствиями, грузоподъемность и требование программирования движений. Однако, с правильным использованием и предварительным анализом работы системы, роботы могут обеспечить бесперебойное производство, повышение эффективности и качества рабочего процесса. Существуют определенные характеристики, которые отличают промышленных роботов и являются их основными особенностями.
Использование роботов обычно приводит к увеличению производительности. Это объясняется несколькими факторами. Во-первых, роботы способны более быстро позиционироваться и перемещаться во время обработки, что сокращает время выполнения задач. Во-вторых, роботы могут работать автоматически в течение 24 часов без простоев и перерывов, что обеспечивает непрерывную работу производства.
Когда роботизированная система используется грамотно, производительность может значительно возрасти по сравнению с ручным трудом. Однако, стоит отметить, что в некоторых случаях производительность может снижаться из-за широкого ассортимента продукции, частых переналадок и необходимости использования различного периферийного оборудования для обработки разных деталей. Эти факторы могут затруднить и снизить эффективность процесса.
Повышение экономической эффективности — это главное преимущество приобретения манипулятора-робота. Приобретение такой машины означает замену человека, что ведет к снижению затрат на оплату труда специалистов. Этот фактор особенно важен для развитых стран с высокими заработными платами работников и потребностью в дополнительных выплатах за ночные смены, переработку и другие подобные случаи.
При использовании автоматизированной системы или робота в цехе требуется только присутствие оператора, который контролирует процесс. Он способен одновременно контролировать несколько систем.
Важно отметить, что при приобретении роботизированных ячеек изначально требуется значительное финансовое вложение. Неправильное использование оборудования, а также возможные ошибки при его установке и настройке могут привести к увеличению трудозатрат или времени обработки, что, в свою очередь, снижает экономическую эффективность производства.
В большинстве случаев, применение инновационной системы
на основе промышленного робота обусловлено необходимостью обеспечения требуемого качества обработки, соответствующего документации на изделие.
Высокая точность позиционирования манипулятора промышленного робота и его повторяемость позволяют исключить вероятность производственных дефектов и гарантировать высочайшее качество продукции. Путем устранения человеческого фактора можно снизить ошибки в работе и сохранить постоянную повторяемость в течение всего производственного процесса.

Весь текст будет доступен после покупки

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Робототехнический комплекс (РТК) – это совокупность взаимодействующих с роботом или несколькими роботами механизмов, обеспечивающих комплексную автоматизацию выполнения группы производственных операций посредством программного обеспечения.
Промышленный робот - устройство, предназначенное для выполнения двигательных и управляющих функций в производственном процессе.
Манипуляционный робот (МР) – автоматическое устройство, состоящее из манипулятора и перепрограммируемого устройства управления, которое формирует управляющие воздействия, задающие требуемые движения исполнительных органов манипулятора.

1.1 История развития манипуляторов

Мир робототехники претерпел огромные преобразования на протяжении последних десятилетий. Одним из наиболее значимых достижений в этой области стало появление и развитие манипуляторов - робототехнических систем, способных выполнять разнообразные задачи, требующие манипуляций и взаимодействия с окружающей средой. В этой статье мы рассмотрим историю возникновения манипуляторов и прогресс, который привел к их современному состоянию.
Ранние манипуляционные роботы:
В 1960-х годах появились первые манипуляционные роботы. Они были громоздкими и неуклюжими, но заложили основу для будущего развития. Эти ранние роботы оснащались простыми пневматическими или гидравлическими системами, которые позволяли им выполнять простые и ограниченные движения. Один из таких роботов был создан компанией General Motors для работы на атомном реакторе. (Рисунок 1)

Рисунок 1 - Промышленный робот для работы на атомном реакторе.
Электромеханические роботы:
В 1970-х годах на смену гидравлическим и пневматическим системам пришли электромеханические роботы (Рисунок 2). Они использовали электродвигатели для более точного управления движениями, что позволило им выполнять более сложные задачи и демонстрировать повышенную гибкость и точность. Это время стало отправной точкой для развития манипуляторов в промышленности.

Рисунок 2 - пятизвенный робот манипулятор «Юнимейт»
Внедрение микропроцессоров:
С появлением и развитием микропроцессоров в 1980-х годах робототехника получила новый импульс развития. Микропроцессоры стали основой для управления манипуляторами, что позволило программировать и выполнять более сложные операции. (Рисунок 3) Роботы стали более автономными и способными к восприятию окружающей среды с помощью датчиков.

Рисунок 3- Робот манипулятор Unimate PUMA 200
Гибкие механизмы и искусственный интеллект:
В 1990-х годах и вплоть до настоящего времени активно внедряются гибкие механизмы в манипуляционные роботы. Эти механизмы позволяют роботам имитировать движения и гибкость человеческой руки, что открывает новые возможности для выполнения сложных задач. (Рисунок 4) Кроме того, искусственный интеллект стал играть важную роль в развитии манипуляционных роботов, обеспечивая им способность к анализу и принятию решений на основе собранных данных.

Рисунок 4 BionicSoftHand
Коллаборативные роботы:
В последние годы наблюдается развитие коллаборативных роботов, известных как коботы (Рисунок 5). Они разработаны для совместной работы с людьми и могут выполнять задачи, требующие тесного взаимодействия с человеком. Коботы оснащены датчиками безопасности, позволяющими им обнаруживать присутствие людей и прекращать свои движения в случае опасности. Это открывает новые перспективы для использования манипуляторов в различных сферах, включая производство, медицину и обслуживание клиентов.

Рисунок 5 Кобот UR10
История возникновения манипуляторов свидетельствует о прогрессе в робототехнике и развитии возможностей для автоматизации и оптимизации процессов в различных отраслях. От простых устройств в древности до современных гибких и коллаборативных роботов, манипуляционные роботы продолжают эволюционировать и вносить важный вклад в повышение эффективности и качества нашей жизни. В будущем они будут играть еще более важную роль, преодолевая границы человеческой возможности и помогая нам в решении сложных задач.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Лебедев П.А. Кинематика пространственных механизмов. М.: Машиностроение, 1967. – 280 с
2. D’Souza A., Vijayakumar S., Schaal S. Learning inverse kinematics // Intelligent Robots and Systems, 2001. Proceedings. 2001 IEEE/RSJ International Conference on / IEEE. Vol. 1. 2001. P. 298–303.
3. Шаньгин, Е. С. Управление роботами и робототехническими системами: учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению 652000 "Мехатроника и робототехника"
4. Борисов О.И., Громов В.С., Пыркин А.А., Методы управления робототехническими приложениями. Учебное пособие. — СПб.: Университет ИТМО, 2016. — 108 с.
5. J.Denavit, R.S.Hartenberg, (1955). A kinematic notation for lower-pair mechanisms based on matrices, Transactions ASME Journal of Applied Mechanics, 23, p. 215–221
6. А.С. Климчик Р.И. Гомолицкий Ф.В. Фурман К.И. Сёмкин Разработка управляющих программ промышленных роботов Минск 2008.– 131 c.

Весь текст будет доступен после покупки