СОДЕРЖАНИЕ 5
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Технологии проектирования и производства роботов 9
1.1 Состав, параметры и классификация роботов 9
1.2 Обзор промышленных роботов-манипуляторов 11
1.3 Система автоматизированного проектирования 15
1.4 Числовое программное управление 17
1.5 Быстрое прототипирование 18
1.6 Техническое задание на проектирование робота-манипулятора 19
2 Выбор основного оборудования робота-манипулятора 25
2.1 Аппаратная платформа Arduino 25
2.2 Электромеханические приводы промышленных роботов 27
3 Проектирование прототипа робота-манипулятора 42
3.1 Проектирование основных блоков робота-манипулятора 42
3.2 Статический анализ робота-манипулятора 46
3.3 Изготовление деталей робота-манипулятора 57
3.4 Сборка прототипа робота-манипулятора 61
4 Управление промышленным роботом-манипулятором 64
4.1 Прямая задача кинематики 64
4.2 Обратная задача кинематики 67
4.3 Нечеткая логика 71
4.4 Модель робота-манипулятора в системе Mathworks Matlab Simulink
Simscape 83
4.5 Алгоритмическое и программное обеспечение системы управления .... 88
4.6 Алгоритмическое и программное обеспечение управления роботом -
манипулятором 89
5 Экспериментальные исследования 92
6 Технико-экономическое обоснование 97
6.1 Расчет затрат на оборудование и программное обеспечение 97
6.2 Расчет затрат на амортизацию оборудования 99
6.3 Расчет заработной платы 100
6.4 Смета затрат на разработку прототипа робота-манипулятора 101
7 Безопасность и экологичность проекта 103
7.1 Безопасность оборудования 103
7.2 Безопасность конструкции и отдельных ее частей 103
7.3 Безопасность системы управления 104
7.4 Безопасность органов управления 104
7.5 Электробезопасность 104
7.6 Защита электрических сетей 105
7.7 Безопасность при транспортировке и хранении 105
7.8 Требования безопасности к профессиональному отбору 105
7.9 Пожарная безопасность 106
7.10 Экологическая безопасность 106
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 107
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 108
Тенденция развития современных производств нацелена на автоматизацию производственных процессов. Наиболее универсальным способом автоматизации является применение промышленных роботов.
Промышленные роботы способны выполнять рутинные и трудоемкие виды работ: перенос деталей, обслуживание станков и машин, операции механообработки, дуговая и точечная сварка, ковка и штамповка, контроль качества продукции и т.д.
Поэтому для получения практических навыков в проектировании, разработки программного обеспечения и управлении промышленным роботом был взят за основу проект Andreas Holldorfer [1], который необходимо доработать.
Конструкция робототехнических систем - сложный механизм, который условно можно поделить на следующие категории: робот-манипулятор, (включает в себя датчики), рабочий орган или инструмент, внешние датчики и механизмы, контроллер.
Несмотря на то, что роботы являются универсальными программируемыми машинами, способными выполнять широкий спектр задач, из экономических и практических соображений роботов-манипуляторов проектируют с учетом конкретных задач, которые они будут выполнять. Его функциональные возможности напрямую зависят от следующих факторов: допустимая нагрузка, скорость, объем рабочего пространства и свойством повторяемости.
От задач зависят не только размер проектируемого робота, но и количество и порядок сочленений, тип приводов, сенсорное оснащение и система управления.
Проектирование и разработка роботов-манипуляторов - это сложный итерационный процесс: часто проблемы, возникающие в процессе проектирования, заставляют пересматривать решения, полученные на предыдущих этапах.
Поэтому основная и важная цель при проектирования роботов- манипуляторов, которую нужно учесть в самом начале - добиться общей жесткости конструкции и приводной системы. Жесткие конструкции обеспечивают два преимущества. Во-первых, типичные роботы-манипуляторы не оснащаются датчиками, которые бы измеряли положение системы отсчета инструмента. Во-вторых, гибкость структуры или системы приводов создают резонансы, плохо влияющие на эксплуатационные показатели роботов- манипуляторов [2].
Поэтому в рамках выполнения выпускной квалификационной работы необходимо учесть опыт разработки роботов-манипуляторов и изготовить прототип.
Цели дипломного проекта:
- приобрести практические навыки, компетенции, опыт самостоятельной работы в проектно-конструкторской и организационно-управленческой деятельностях;
- получить опыт в проектировании и изготовлении прототипа робота- манипулятора;
- разработать систему управления роботом-манипулятором.
Задачи:
- спроектировать модель робота-манипулятора;
- выполнить статический анализ робота-манипулятора в CAE-системе Autodesk Inventor;
- рассчитать ременные передачи для робота-манипулятора;
- изготовить прототип робота-манипулятора с помощью 3D печати и фрезерной обработки;
- разработать модель робота-манипулятора в система Mathworks Matlab Simulink Simscape;
- разработать программное обеспечение системы управления робота- манипулятора;
- разработать программное обеспечение для управления роботом- манипулятором ;
- разработать и изготовить прототип робота-манипулятора.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы достигнуты поставленные цели: приобретены практические навыки и компетенции самостоятельной работы в проектно-конструкторской и организационно-управленческой деятельностях; получен опыт в проектировании и изготовлении прототипа робота-манипулятора; разработана система управления роботом-манипулятором.
В первой главе выпускной квалификационной работы выбраны система автоматизированного проектирования и способ изготовления прототипа робота-манипулятора.
Во второй главе выбран контроллер для управления роботом- манипулятором и рассчитаны электромеханические привода.
В третьей главе спроектированы основные блоки прототипа робота- манипулятора, выполнен статический анализ конструкции, изготовлены детали прототипа робота-манипулятора и выполнена сборка прототипа.
В четвертой главе решена прямая и обратная задача кинематики, исследованы методы нечеткой логики, разработана математическая модель робота-манипулятора и программное обеспечение для управления роботом- манипулятором.
В пятой главе исследована работа прототипа робота-манипулятора.
В шестой главе рассчитана экономическая составляющая проекта робота- манипулятора.
В седьмой главе составлены основные правила безопасности при работе с прототипом робота-манипулятора.
По полученным результатам можно сделать вывод, что пластиковый прототип робота-манипулятора решает все поставленные задачи, но не обеспечивает заданную точность и грузоподъемность. Поэтому следующими шагами в проектировании робота-манипулятора будут:
- разработка и изготовление металлического варианта;
- установка серводвигателей с обратной связью;
- установка самотормозящихся редукторов или тормозов осей;
- замена контроллера Arduino на более производительный.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
