Синтез мікропроцесорної системи керування маніпулятором
Автор: Вігуро Максим Ігорович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: АНОТАЦІЯ Сторінок –52, рисунків – 23, таблиць – 2, бібліографічних джерел – 13. Актуальність теми.Промислові підприємствасвіту активно автоматизують виробничий процес. Провідні заводи всіх галузей вже замінили ручну працю впровадженням роботів-маніпуляторів та інших роботизованих комплексів. Попит на промислових роботів з кожним роком зростає, що породжує велику кількість досліджень в даній сфері. Світові лідери з виробництва маніпуляторів добре фінансують розвиток та вдосконалення автоматизованих роботів. Заводи України також потребуютьперебудови машинобудівного комплексу, щоб не відставати від закордонних конкурентівза якістю та ціною. Потрібно проводити власні дослідження та розробляти вітчизняні робототехнічні засоби, оскільки майбутнє промисловості за повною автоматизацією виробничого процесу. Об’єктом дослідженняє система керування роботом маніпулятором. Предметом дослідженняє пряма та обернена задача кінематики. Мета дослідженняполягає в розв’язку прямої та оберненої задачі кінематики, побудові алгоритму розрахунку кутів повороту осей маніпулятора, опис алгоритму керування роботом. У першому розділі описано електромеханічну частину роботів-маніпуляторів та проведено аналіз алгоритмів та мікропроцесорівтеперішніх систем керування. Проведено огляд структури промислового робота та описано його основні елементи. Подано узагальнений аналіз системи керування електроприводом позиційних систем. Приведено узагальнену матричну структурну схему системи керування. Розглянуто сучасні мікропроцесорні системи керування. У другому розділі формулюється обернена задача кінематики для розглянутого робота маніпулятора з шістьма ступенями. Для розв’язку даної задачі використано геометричний метод у поєднанні з перетвореннями Денавіта та Хартенберга. Далі описано метод Денавіта-Хартенберга та розв’язано на його основі пряму задачу кінематики. Перевагою методу Денавіта-Хартенберга є зменшення кількості координат, що визначають тіло в просторі, з шести до чотирьох. Під час вирішення поставленої задачі зроблено опис структури маніпулятора та вказано особливості його застосування. Наведено кінематичну схему маніпулятора з шістьма ступенями свободи. На її основі та на основі методу Денавіта-Хартенберга складені матриці перетворення, які визначають просторові положення кожної з ланок маніпулятора.Даний метод забезпечує точне позиціювання робочого інструменту. Вирішення такої задачі є першим необхідним етапом створення системи керування вказаним маніпулятором. З допомогою складеного алгоритму здійснено розрахунок кінцевої точки положення робочого інструменту. Даний алгоритм може вирахувати кінцеві положення та траєкторії руху всіх зчленувань робота. Створений алгоритм реалізовано в програмному середовищі Matlab у вигляді математичної моделі. Проведено розрахунок оберненої задачі кінематики. Метою даної задачі є розрахунок кута повороту кожної з осей. Наведено геометричний розв’язок задач для кожної з осей. На основі даних розрахунків розроблено алгоритм визначення кутів повороту робота маніпулятора. Даний алгоритм також реалізований в програмному середовищі Matlab. Наведено блок схеми алгоритму та описано його роботу. Продемонстровано приклад розв’язку оберненої задачі кінематики за допомогою розробленого алгоритму.Проведено перевірку результатів розрахунків, які збіглись із заданим наперед положенням, що свідчить про адекватність створеної моделі.Наведено траєкторію руху робочого інструмента. Отриманий результат відрізняється від траєкторії руху інструменту при розв’язку прямої задачі кінематики. Проте при перевірці правильності розрахованих кутів цією ж прямою задачею кінематики результат є ідентичним. Це свідчить, що зворотна задача кінематики може вести до невизначеності рішення, тобто одному і тому положення робочого органу в просторі можуть відповідати різні конфігурації робота. Наведено алгоритм керування позиційним електроприводом. Представлено основні закони керування для позиційних систем. Продемонстровані діаграми позиціювання. Описано загальну структуру системи керування рухом. Ключові слова: робот-маніпулятор, робочий інструмент, система координат, траєкторія руху, метод Деневіта-Хартенберга, обернена задача кінематики, пряма задача кінематики, узагальнені координати, однорідна матриця переміщень, система керування.