Кінематичний і динамічний аналіз елементів маніпулятора мобільного робота
Автор: Іванченко Олег Володимирович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Обладнання переробних і харчових виробництв
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: У сучасних задачах машинобудування провідне місце займають роботи. Основними параметрами є динаміка і точність позиціювання роботів, яка характеризує інвестиційну привабливість як машинобудівного виробництва. Однією з основних складових систем робота є маніпулятор, який забезпечує утримування об’кту керування (інструмент, деталь, функціональний при стрій і ін.) та переміщення його у просторів до точки позиціювання за заданим законом руху. Тому для реалізації поставлених задач, робот, своєю системою маніпулювання реалізує задачу переміщення (кінематика робота) забезпечуючи силові характеристики маніпулятора в динаміці (динаміка маніпулятора), які впливають також на точність позиціювання. Об’єкт дослідження – процес просторового переміщення захоплювача робота-маніпулятора і вплив кінематичних і динамічних параметрів на його функціональну здатність. Предмет дослідження – аналітичний опис геометрії руху маніпулятора як процес просторового переміщення захоплювача робота-маніпулятора й математичні залежності у формі рівнянь динаміки руху діючих на маніпулятор сил і моментів, що характеризує кінематичний і динамічний аналіз його функціональної здатності. Метою магістерської роботи є підвищення ефективності позиціювання маніпулятора шляхом розроблення методу геометричного моделювання просторового переміщення маніпулятора. У першому розділі проаналізовано існуючі конструкції мобільних роботів. Розглянуто конструкції маніпуляторів, їх характеристики та проаналізовано недоліки. Для реалізації поставленої мети магістерської роботи поставлені задачі. У другому розділі обґрунтовано вибір маніпулятора для аналізу та необхідність розроблення конструкції захоплювача для маніпулятора PUMA 560. Проведено розрахунки зусилля захоплювача і привідного пневмоциліндра. Визначено зусилля в елементах захоплювача та розраховано його конструкційні параметри. На основі розрахунків розроблено креслення конструкції захоплювача. Дана конструкція має механічні кріплення до кісті ланки маніпулятора з можливістю орієнтування відносно осі ланки на 45 градусів. У третьому розділі "Кінематичний і динамічний елементів маніпулятора" аналітичний опис геометрії руху маніпулятора відносно деякої заданої абсолютної системи координат без врахування сил і моментів, які породжують цей рух. Моделювання проводились на прикладі робота PUMA-560 фірми Nokia. Для змістовного подання результатів моделювання нами не врахована кість захоплювача, таким чином маємо маніпулятор з трьома степенями рухливості. Для кінематичного аналізу маніпулятора використано інтерфейс програми який розроблений в SolidWorks з компіляцією систем рівнянь матричній формі з LabVIEW. Аналіз проводили для прямої і оберненої задач кінематики. Динаміка маніпулятора описується математичними рівняннями сил і моментів, які діють на маніпулятор у вигляді рівнянь динаміки руху. Спроектувавши 3-D модель маніпулятора PUMA 560 і використавши програмне забезпечення RoboAnalyzer було модельовано динаміку переміщення маніпулятора. RoboAnalyzer уможливлює створення 3-D-моделі, на параметрах D-H, візуалізації параметрів D-H, прямої і оберненої кінематики, прямої і оберненої динаміки, демонстрації крутного моменту, пришвидшення, швидкості і положення. Програмне забезпечення уможливлює як числове, так і графічне вирішення задачі. За прямою задачею динаміки промоделювали пришвидшення, і через інтегрування, отримали значення швидкостей і координат за заданими силою і обертовим моментам. За оберненою задачею динаміки промоделювали діючі в з’єднаннях маніпулятора сили і обертові моменти за заданими пришвидшеннями, координатами і швидкостями. У четвертому розділі приведено економічну оцінку отриманого проектного рішення. Проведено планування виконання магістерської роботи та розрахунок витрат на її виконання. Розраховано експлуатаційні витрати для отриманого проектного рішення та визначено ціну споживання проектного рішення. Термін розробки та впровадження проектного рішення складатиме 74 днів, витрати на розробку і впровадження проектного рішення будуть 37724,81 грн. Термін використання проектного рішення – 7 років. Річні витрати на його експлуатацію будуть 12393,0 грн./рік. Ключові слова: робот, маніпулятор, захоплювач, пришвидшення, швидкість, система координат, рівняння динаміки, рівняння кінематики.