АННОТАЦИЯ 5
СОДЕРЖАНИЕ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ОБЗОР И ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ МАНИПУЛЯТОРА С
ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ КИНЕМАТИКОЙ 9
1.1. Обзор конструкций манипуляторов типа «трипод» 9
1.2. Описание конструкции «трипода» EXPT компании Festo 15
2 КИНЕМАТИКА РОБОТА С ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ КИНЕМАТИКОЙ 18
2.1 Анализ манипулятора и вывод описания кинематической модели 18
2.2 Поиск решения прямой и обратной задачи кинематики 30
2.3 Краткие выводы по главе 39
3 ДИНАМИКА РОБОТА С ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ КИНЕМАТИКОЙ 41
3.1. Анализ манипулятора и вывод описания динамической модели 41
3.2. Поиск решения прямой и обратной задачи динамики 48
3.3. Краткие выводы по главе 52
4 РАЗРАБОТКА ПРИЛОЖЕНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ 54
4.1 Описание интерфейса разработанной программы по решению прямой,
обратной задач кинематики и зоны достижимости 54
4.2 Описание интерфейса разработанной программы по решению прямой,
обратной задач динамики 62
4.2.1 Алгоритм работы окна «Прямая задача динамики» приложения 62
4.2.2 Алгоритм работы окна «Обратная задача динамики» приложения 66
5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 71
6 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 72
7 ПРИЛОЖЕНИЕ 74
Приложение 1. Организация главной программы приложения 74
Приложение 2. Организация решения задачи прямой кинематики 75
Приложение 3. Организация решения задачи обратной кинематики 75
Приложение 4. Организация решения получения зоны достижимости 85
Приложение 5. Организация решения задачи прямой динамики 90
Приложение 6. Организация решения задачи обратной динамики
В настоящий момент времени рост производительности промышленных компаний, а также повышение количества и качества выпускаемой продукции представляет собой важную задачу. Организация автоматизированных процессов при производстве может быть достигнуто введением вычислительной техники, а также роботов-манипуляторов.
Роботы-манипуляторы, чаще всего, обладаю высокой стоимостью по сравнению с классическими механизмами, однако из-за гибкости конфигураций способны совершать широкий круг всевозможных задач в условиях производства. В частности те, какие ранее был способен выполнять лишь человек. Необходимо понимать то, что способности каждого манипулятора ограничены. Он действует в конкретной области рабочего пространства. Ограничения по положению, ориентации, скорости, а также ускорениям обладают своими пределами. С целью того, чтобы выяснить допустимые границы работоспособности манипулятора рационально осуществить математическое моделирование робота и его работы.
Одним из наиболее интересных видов применяемых манипуляторов на производстве являются механизмы с параллельной структурой, а именно с параллельной кинематикой.
Манипуляторы параллельной кинематики - это механизм, исполнительное звено которого крепится к основанию несколькими независимыми кинематическими цепями. Этим устройствам характерны надежность и высокая точность срабатывания, а также возможность выдерживать немаленькие нагрузки. Аналогичные системы используются во всевозможных сферах: начиная с астрономии и заканчивая сортировкой продукции на предприятии. Однако существует одна проблема в таких системах, которая связана с высокой математической сложностью, возникающей из-за нелинейности системы, а именно возможностью в режиме реального времени принимать во внимание большое количество ограничительных критериев.
Частным случаем такого механизма является манипулятор типа «трипод». Он представляет собой параллельное кинематическое устройство, состоящее из основания, установленного на трех опорах, которые меняя свою длину, меняют положение и угол наклона. Кинематика и динамика таких роботов значительно отличается от кинематики и динамики обычных манипуляторов. Данное различие возникает из-за того, что любая степень подвижности параллельного механизма в отдельности является элементарной разомкнутой системой, при этом они соединены между собой и двигаются как единый механизм. Тут же и возникает сложность управления тягами такого робота, чтобы движение всех степеней подвижности было согласованным.
Поэтому целью текущей работы стала разработка математической модели манипулятора типа «трипод», а именно расчет кинематики и проверка работоспособности при краевых условиях, расчет динамики и построение соответствующих характеристик для анализа работы «трипода», а так же для упрощения данного процесса разработка приложения с графич еским интерфейсом.
Целью текущей работы является разработка математической модели манипулятора с параллельной кинематикой.
В ходе выполнения работы был проведен обзор механизмов с подобной структурой, построена модель манипулятора типа «трипод», получены уравнения связи для кинематики и динамики движения, разработано пользовательское приложение.
Для кинематики движения получены решения прямой и обратной задач кинематики, найдена зона достижимости манипулятора и краткий анализ полученных результатов.
Для динамики движения также были получены решения прямой и обратной задач динамики, проведен краткий анализ полученных характеристик при частных случаях работы «трипода».
Для простоты поиска решений всех этих задач и их анализа разработано приложение с пользовательским интерфейсом с помощью среды разработки MATLAB 6 [4]. Описан алгоритм работы каждого пункта и проиллюстрирован рисунками и графиками.
