Аннотация 2
Введение 5
1. Состояние вопроса 10
1.1. Формулирование цели и задач проекта 10
1.2. Анализ исходных данных и известных решений 10
2. Проектный раздел 13
2.1. Разработка схемы и выбор необходимых компонентов 13
2.2. Разработка конструкции устройства 18
2.3. Практическое изготовление устройства 19
3. Программная часть 23
3.1. Описание алгоритма работы устройства 23
3.2. Разработка программной части устройства 28
4. Экспериментальная часть 40
4.1. Инструкция по работе с устройством 40
4.2. Проверка и отладка программной части устройства 42
5. Безопасность и экологичность устройства 43
6. Экономическая часть 45
Заключение 46
Список используемых источников 47
Приложение А 50
Приложение В 53
Современный человек в 21 веке во множестве сфер деятельности, например, в промышленности, медицине, строительстве, исследовательской деятельности, быту и т. п., очень сильно стал нуждаться в таких незаменимых «помощниках», как роботы. Именно поэтому в последние годы очень сильно стала развиваться робототехника. Было разработано много разновидностей роботизированных устройств, которые максимально упрощают работу над определенными задачами, существенно повышают качество выполняемой работы и минимизируют вероятность получения производственных травм, вплоть до летального исхода. Одним из примеров подобных устройств является роботизированный манипулятор.
Рисунок 1 - Роботизированный манипулятор на производстве
Роботизированный манипулятор — это устройство, имитирующее движения, подобные движениям человеческой руки, предназначенное для реализации широкого спектра поставленных задач, от простейшего перемещения различных объектов в пространстве до проведение сложных хирургических операций. Существует огромное количество разновидностей манипуляторов, которые различаются по числу степеней подвижности, используемыми приводами, грузоподъемностью, способом управления, методом установки, наличию возможности к перемещению и соответственно способом перемещения. Все эти критерии выбираются исходя из цели использования манипулятора. Ниже приведены основные виды манипуляторов, различающихся по конструкции:
Декартовы (картезианские) манипуляторы, представляющие собой конструкцию, состоящую из расположенных перпендикулярно друг другу осей движения. Манипуляторы данного типа обладают хорошей жесткостью конструкции из-за малого количества соединений. В тоже время недостатком таких манипуляторов является полное отсутствие гибкости, что сильно ограничивает их в движении. Исправить эти недочеты смогли инженеры создавшие манипуляторы SCARA, которые, в отличии от предшественников, обладали хорошей гибкостью по горизонтали. Описанные выше манипуляторы нашли свое применение в основном на сборочном производстве.
Рисунок 2 - Манипулятор декартового типа
Шарнирные манипуляторы представляют собой несколько звеньев, образующих полярную систему координат. Такой вид конструкции манипулятор обладает очень высокой гибкостью, что позволяет им принимать любые положения внутри рабочей зоны. Шарнирные манипуляторы применяются во многих областях: при сварке, малоинвазивной хирургии и т.д.
Рисунок 3 - Манипулятор шарнирного типа
Параллельные стержневые манипуляторы. Чаще всего представляют собой несколько кинематических цепей, который образуют схему параллелограмма. Такие устройства обладают высокой точностью, возможностью работать на высоких скоростях и огромную степень свободы. Манипуляторы такой конструкции применяются в основном при сортировке и упаковке готовых изделий.
Рисунок 4 - Манипулятор параллельного типа
Однако все описанные выше виды конструкций манипуляторов представляют собой незамкнутую цепь, соединенных между собой звеньев, которые имеют свои названия, аналогичные названиям частей руки человека (плечо, предплечье, локоть, кисть, пальцы, сустав и т.д.)
Рисунок 5 - Устройство манипулятора
На сегодняшний день особенно востребованы шарнирные манипуляторы в промышленности, где основным требование является высокая грузоподъемность. С этой задачей хорошо справляются пневматические и гидравлические манипуляторы. В тоже время манипуляторы нужны и для других задач, где не так важна грузоподъемность, но требуется высокая точность, возможность гибкой настройки и управления. Для этих целей больше подходят, не такие известные как их гидравлические и пневматические собратья, манипуляторы на сервоприводах. Данный вид манипуляторов только начал набирать популярность и пока что существует не так много готовых решений, которые соответствуют всем требованиям. В нашем проекте как раз и будет использоваться шарнирный манипулятор на сервоприводах, который мы рассмотрим поподробнее.
Во время реализации выпускной квалификационной работы было осуществлено изучение всех существующих на сегодняшний день решений, связанных с темой нашего проекта. Проанализировав все преимущества и недостатки каждого решения, были выбраны наиболее перспективные для нас варианты. Исходя из выбранных способов реализации, был произведен тщательный подбор наиболее оптимальных компонентов, необходимых для нашего проекта. Далее была разработана схема конструкции стенда и описан весь процесс сборки. Показан принцип работы всех основных компонентов, задействованных в исследуемом устройстве. Создана терминальная программа управления манипулятором и программа для платы с полным управлением через компьютер, описан весь основной код данных программ. Разработанный код был испытан на построенной модели манипулятора и впоследствии доработан. Составлена подробная инструкции по эксплуатации разработанного стенда. Так же осуществлена оценка безопасности и экологичности устройства. Была подготовлена смета на все задействованные при сборке устройства компоненты. Итогом выпускной квалификационной работы являются неплохие результаты управления манипулятором. Главным преимуществом является возможность применения разработанной программы для других устройств с разными вариациями конструкции и используемых компонентов. Однако заметны небольшие рывки при движении конструкции манипулятора, это происходит из-за особенностей выбранных сервоприводов. Разработанный манипулятор может эффективно использоваться в качестве демонстрационного стенда для изучения задач кинематики, динамики роботов и их программирования.
