ВВЕДЕНИЕ 4
1 Теоретический разбор 6
1.1 Классификация мехатронных комплексов и их кинематических
схем 6
1.2 Аффинные преобразования 15
1.3 Теория интерполяции 20
1.4 Выводы 25
1.5 Цель работы 26
2 Построение системы управления 27
2.1 Анализ кинематической схемы 27
2.2 Расчет рабочей зоны 29
2.3 Разработка математической модели расчета положения
конечного узла робота в общем виде 30
2.4 Математическая модель перевода матричных уравнений в
уравнения углов 37
2.5 Разработка системы учета погрешностей реальных перемещений 64
3 Реализация системы управления роботом 74
3.1 Разработка структурной части 74
3.2 Выбор элементов аппаратной части 75
3.3 Расчет потребления энергии сервоприводов и Arduino 78
3.4 Выбор источника питания 79
3.5 Разработка подключения электрической схемы 79
4 Разработка программы для системы управления манипулятором на
базе платформы Arduino 81
4.1 Выбор среды программирования микроконтроллера 81
4.2 Описание среды разработки микроконтроллера 82
4.3 Выбор среды программирования для внешней системы
управления 84
4.4 Описание языка программирования внешней системы
управления 85
4.5 Разработка программы для платы Arduino 86
4.6 Разработка графического интерфейса и управляющей
программы 90
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 96
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 97
Автоматизация производства в машиностроении является одним из
самых главных векторов развития современной экономики ,позволяющей
уменьшить объем ручного труда и увеличивать производительность и качество
продукции. Особенно хорошо данный процесс виден в последние десятилетия в
условиях повышении производительности вычислительной техники
,допускающей возможность автоматизации не только отдельных участков
цехов ,но в будущем и всего жизненного цикла предприятия.
Безусловно, автоматизация не является абсолютно новым явлением.
Если рассматривать как любую, частичную замену труда на машинный ,то
первые признаки автоматизации можно было увидеть в средневековой Европе с
появлением первых ветряных и водяных мельниц. Следующим заметным
скачком в автоматизации может являться промышленная революция,которая
произошла в Великобритании в конце 18 века. Тогда машины значительно
повысили производительность труда рабочих.
Развитие автоматизации отмечено рядом крупных достижений. Одним
из первых было внедрение взаимозаменяемости в производстве, следующим –
сборочные конвейеры Генри Форда. Подлинную революцию в автоматизации
производства произвели станки ЧПУ, промышленные роботы и персональные
компьютеры.
Автоматизация является далеко не единственным средством
повышения производительности труда, огромную роль играет
производственный менталитет, когда цели ставятся исходя из общих интересов
как руководства ,так и рабочего персонала. Именно в объединении усилий и
должна строится долговременная стратегия любого предприятия. Первой в
мире этот принцип заложила Япония .В настоящий момент страна с наиболее
автоматизированной промышленностью в мире.
На пути автоматизации стоят большие трудности ввиду того, что
сегодня в промышленность и машиностроение в частности ,представляют5
собой очень комплексную область ,как в экономическом , так и в техническом
отношениях. Поэтому прежде чем браться за решение проблем автоматизации в
данных сферах нужно обладать глубокими знаниями в той области ,которая
подвергается автоматизации.
В особенности это касается манипуляционных роботов, система
управления которым, является предметом создания и исследования этого
диплома. По причине этого в последнее время развивается такое направление
как инверсная кинематика, принципы которой используются в данной
выпускной квалификационной работе.
При написании диплома была разработана достаточно точная система
управления трехосным манипуляционным роботом . Этого удалось достигнуть
в результате привлечения в работу методик и способов различных областей
математики ,в данном случае это аффинные преобразования и интерполяция.
Это, конечно же, построение только для трехосного робота. В случае
построения системы для роботов с большим количеством осей и степеней
свободы расчетов будет заметно больше. Но следует заметить, что данная
система расчета координат в углы является более общей и рассматривает
кинематику данного робота как частный случай. Таким образом целью работы
являлось не показать их объем вычислений, а принципиальную схожесть
вычислительных методов для роботов с большей кинематической сложностью.
Данная система может применяться как для решения задач связанных с
перемещением некоторых изделий, так и, при наличии необходимого рабочего
инструмента, для обрабатывания некоторой поверхности.
Также данная система может использоваться совместно с 3d сканером
,который обследуя рабочее пространство робота ,потом передает полученные
трехмерные координаты в систему робота, позволяя ему свободно
ориентироваться в собственном рабочем пространстве.
Таким образом следует отметить, что по числу областей применения и
эффектов которые она окажет на них, инверсная кинематика на сегодняшний
день является наиболее перспективным направлением в прикладной механике.
