Аннотация
Перечень условных сокращений 4
Введение 5
1 Механика и устройство манипуляторов 7
1.1 Составные части манипулятора 7
1.2 Описание положения и ориентации 9
1.3 Прямая задача кинематики манипуляторов 10
1.4 Обратная задача кинематики манипуляторов 11
1.5 Проектирование манипуляторов 12
1.6 Программирование роботов 14
1.7 Сенсорное оснащение роботов-манипуляторов 16
2 Основы работы в программе СoppeliaSim 18
2.1 Интерфейс программы 18
2.2 Обзор основных инструментов CoppeliaSim 22
3 Создание модели манипулятора 25
3.1 Конструирование модели 25
3.2 Постановка задачи программирования 27
3.3 Написание программы 27
3.4 Графики 29
4 Моделирование сцен производственных процессов 31
4.1 Выбор робота-манипулятора 31
4.2 Выбор основных инструментов 32
4.2.1 Захват 32
4.2.2 Сварочная горелка 34
4.3 Постановка задачи 35
4.4 Моделирование сцены по резки деталей с помощью робота-
манипулятора 35
4.5 Моделирование сцены по ориентированию объектов с помощью
робота-манипулятора 39
Заключение 42
Список использованных источников и литературы 43
Приложение А Программа по реализации движения модели робота- манипулятора 44
Приложение Б Программа по реализации движения модели робота- манипулятора для сцены по резке металлических деталей 48
Приложение В Программа работы робота-манипулятора для сцены по ориентированию объектов в пространстве 50
Приложение Г Программа работы ленточного конвейера для сцены по ориентированию объектов в пространстве 53
В настоящее время автоматизация производств и промышленности играют важную роль в повышении эффективности и качества производства. Робототехника - это одно из наиболее важных направлений автоматизации, которое позволяет создавать многофункциональные и универсальные манипуляторы, способные взаимодействовать с окружающей средой и выполнять широкий спектр задач. В настоящее время робототехника активно используется в таких областях, как медицина, телекоммуникация, военное и промышленное дело, а также образование.
Виртуальное моделирование роботов-манипуляторов является важным инструментом в разработке и оптимизации производственных процессов. Использование корректных математических моделей роботов, поверхностей объектов и среды, где они работают, позволяет избежать необходимости проведения экспериментов на реальных машинах и сократить время и затраты на их создание. Моделирование давно уже стало неотъемлемой частью разработки огромного количества различных технологий и продуктов. Оно позволяет сберечь время и денежные ресурсы, а также позволяет не подвергать людей и окружающую среду различного рода опасностям. В сфере робототехники актуальность моделирования преобладает еще в большей степени ввиду высокого уровня сложности технических систем. Будь то исследовательский проект или новый продукт для серийного производства, грамотное моделирование с использованием математического аппарата и вычислительных возможностей современных компьютеров сокращает как технологические риски в процессе создания, так и вероятность выхода робототехнической системы из строя при дальнейшей эксплуатации.
Цели моделирования зависят от поставленных задач, а при создании новых робототехнических решений, главным образом от стадии разработки. Это может быть и проверка гипотезы, и оптимизация конструкции, и тестирование программного обеспечения, реализующего новые алгоритмы обработки сенсорной информации и управления поведением, и на более поздних этапах - отладка исполняемого кода до его запуска на контроллере рабочей станции манипулятора [2].
Целью исследования, проведенного в данной работе, является создание виртуальной модели робота-манипулятора в программном пакете CoppeliaSim, а также разработка виртуальных сцен технологических процессов с использованием робота.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Изучение теоретических материалов по строению и принципам работы роботов-манипуляторов;
2. Изучение возможностей программного пакета CoppeliaSim;
3. Проектирование виртуальной модели робота-манипулятора;
4. Создание виртуальных сцен промышленных процессов;
5. Получение визуального представления работы робота-манипулятора
Развитие робототехники и технологий моделирования привело к появлению целого класса программного обеспечения - робототехнических симуляторов, которые позволяют создавать симуляции с высокой точностью. Среди данного класса ПО можно выделить программу CoppeliaSim, как одну из наиболее популярный, простых в обращении и имеющих больший функционал. Эта платформа обладает широкими возможностями по моделированию роботов различного типа. На сегодняшний день, CoppeliaSim является оптимальным решением для тех, кто начинает изучать возможности моделирования процессов работы робототехнических систем и особенности создания симуляций для роботов, чтобы начать их применять на практике
В ходе работы были изучены основные принципы устройства роботов манипуляторов и приобретены навыки их виртуального моделирования в программном пакете CoppeliaSim.
Результатом работы является виртуальное представление работы робота-манипулятора. С помощью программного пакет CoppeliaSim была создана рабочая виртуальная модель манипулятора, разработана программа по управлению им. Были получены результаты тестирования управляющего скрипта, которые подтвердили его работоспособность и эффективность.
Также, было создано 3 виртуальные сцены воссоздающие производственные процессы. Первая из них отображает работу сенсоров расстояния и цвета. Вторая отображает производственный процесс резки металлических деталей с помощь робота-манипулятора. Третья показывает процесс ориентирования объектов в пространстве.
Все программы были написаны на языке Lua, который показал себя как мощный инструмент для работы с данным программным обеспечением.
Несмотря на все сложности, возникшие при выполнении работы, ее выполнение привело к положительному результату и развитию знаний и навыков в области виртуального моделирования роботов-манипуляторов.
