Аннотация 2
Введение 3
1 Описание роботов-манипуляторов 5
1.1 Задание ориентации звеньев робота 7
1.2 Представление Денавита-Хартенберга 9
1.3 Пример описания ориентации рабочего органа 13
2 Решение прямой задачи кинематики (ПЗК) для манипулятора PUMA560 16
2.1 Кинематика манипулятора Puma 560 16
2.2 Решение ПЗК для Puma 560 на языке программирования C++ 19
2.3 Результаты 22
3 Обратная задача кинематики (ОЗК) 25
3.1 Способы решения ОЗК 25
3.2 Проблемы решения ОЗК и предлагаемые решения 30
4 Решение ОЗК для манипулятора IRB 4600-40-2.55 в среде CoppeliaSim 32
4.1 Промышленный манипулятор IRB 4600-40-2.55 32
4.2 Среда моделирования CoppeliaSim 36
4.3 Обратная задача кинематики 37
4.4 Визуализация 43
Заключение 50
Список использованных источников и литературы 51
Приложение А Код программы для сцены 53
В основе всех действий робота лежит перемещение его рабочего органа. Интуитивно понятно: для осуществления движения концевой точки манипулятора необходимо каким- то образом двигать и звенья. Здесь важно понимать кинематику робота: как он устроен, каким образом соединяются его звенья, какие из них подвижные и какие выполняют движения. Кроме этого, необходимо уметь использовать разные способы определения положения рабочего органа в зависимости от его конструкции.
В стационарных промышленных роботах движение исполнительного рабочего органа является исполнительным и, соответственно, получается из перемещений и поворотов всех звеньев. Понимание, каким образом необходимо осуществить движение звеньев робота, чтобы рабочий орган оказался в конкретной точке рабочего пространства, необходимо для всех производственных операций. Безусловно, здесь важно понимать кинематику робота: как он устроен, каким образом соединяются его звенья, какие из них подвижные и какие выполняются движения. Кроме этого, необходимо уметь использовать разные способы определения положения рабочего органа в зависимости от его конструкции.
Одним из главных шагов в работе с роботами является решение обратной задачи кинематики. Она позволяет получить углы и перемещения всех звеньев робота для достижения конкретной точки в пространстве.
Целью работы является создание программ расчёта прямой и обратной задач кинематики промышленного робота-манипулятора.
Задачи, решаемые в работе:
1. Изучение метода решения прямой задачи кинематики робота-манипулятора PUMA
560;
2. Изучение языка программирования;
3. Создание расчётной программы для компьютера решения прямой кинематической
задачи, анализ результатов;
4. Изучение метода решения обратной задачи кинематики робота-манипулятора IRB
4600-40-2.55;
5. Изучение среды моделирования роботов CoppeliaSim;
6. Решение обратной кинематической задачи и визуализация движения звеньев
промышленного робот в CoppeliaSim, анализ результатов.
Объектом исследования является кинематика роботов-манипуляторов. Предметом исследования являются прямая и обратная задачи кинематики роботов-манипуляторов PUMA 560 и IRB 4600-40-2.55.
Теоретическую основу данной работы составляют важные, по мнению автора, труды Т.И. Горбенко «Основы мехатроники и робототехники», Дж. Крейга «Введение в робототехнику» и О. И. Борисова «Методы управления робототехническими приложениями».
Соответственно, к теоретическим методам познания, использованным в работе, можно отнести анализ литературы и способов решений прямой и обратной задач кинематики. В качестве эмпирических методов исследования в текущей работе использовалось математическое описание решения с элементами компьютерного моделирования.
Результаты и теоретическую информацию, описанные в данной работе, можно использовать для решения задач о планировании перемещений рабочего органа манипулятора, что является следующим логическим шагом после решения обратной задачи кинематики. Кроме этого, на основе приведенного материала можно моделировать более сложную траекторию движения робота.
В ходе работы создана программа расчёта прямой задачи кинематики и сделана визуализация движения звеньев промышленного робота-манипулятора.
Для описания положения рабочего органа относительно стойки, что является целью решения прямой задачи кинематики, было рассмотрено представление Денавита- Хартенберга, заключающееся во введении для каждого сочленения робота четырех параметров, по которым можно отследить изменение положения системы координат, связанной с одной кинематической парой, относительно системы координат, связанной с предыдущей кинематической парой. Этот метод был перенесен на робот-манипулятор Puma 560.
Кроме того, был изучен необходимый для создания программы функционал языка программирования c++ и среды разработки Microsoft Visual Studio, где было получено решение ПЗК для робота-манипулятора Puma 560. Проведен анализ результатов.
Решение ОЗК было рассмотрено на примере робота-манипулятора IRB 4600-40-2.55. Для него в среде моделирования CoppeliaSim была проведена визуализация движения звеньев и создана сцена. Анализ результатов проведен для нескольких режимов работы: с решением обратной задачи кинематики, без него и с целью, находящейся за пределами рабочей зоны робота.
