Построение математической модели кинематики промышленного робота БРИГ-10Б
Основные методы модернизации робототехнических манипуляторов первого поколения на базе промышленного робота БРИГ-10Б. Анализ кинематической модели робота БРИГ-10Б. Построение на основе параметрической идентификации виртуальной 3D модели манипулятора.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.11.2018 |
| Размер файла | 441,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Построение математической модели кинематики промышленного робота БРИГ-10Б
Быков А.И., Масюк В.М.,
КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана, Калуга, Россия
Аннотации
Исследованы методы модернизации робототехнических манипуляторов первого поколения, на базе промышленного робота БРИГ-10Б. Рассмотрена кинематическая модель робота БРИГ-10Б. На основе параметрической идентификации построена виртуальная 3D модель манипулятора. Построены системы отсчета по методу Денавита - Хартенберга связанные с подвижными звеньями манипулятора. Составлена матрица перехода между системами отсчета. Составлена матрица, связывающая мировую систему отсчёта с системой отсчёта схвата манипулятора. Определена зависимость положения схвата в декартовой системе отсчёта в зависимости от значения обобщённых координат. Получена зависимость значения обобщённых координат от положения и ориентации схвата в пространстве. Определены вид и форма рабочей области. На основе численного моделирования построена 3D модель рабочей области манипулятора.
Ключевые слова: етод Денавита - Хартенберга, БРИГ-10Б, прямая и обратная задачи кинематики
Investigated methods of robotic manipulators modernization of the first generation. We consider the kinematic model of the robot BRIG-10B. Based on parametric identification build a virtual 3D model of the manipulator. Constructed reference frame method Denavita - Hartenberg associated with moving parts of the manipulator.compiled by the transition matrix between frames of reference. The dependence of the gripper in a Cartesian frame of reference, depending on the value of the generalized coordinates. The dependence of the values of generalized coordinates of the position and orientation of the gripper in prostranstve. Opredeleny type and form of the work area. Based on numerical simulations built 3D model of the workspace of the manipulator.
Keywords: method Denavita - Hartenberg, BRIG-10B, direct and inverse kinematics problem
Введение
В настоящее время в промышленности для улучшения качества продукции и увеличения производительности труда стали внедрятся современные робототехнические комплексы. РТК имеют широкий круг возможностей, но для простых операций целесообразнее применение старых отечественных роботов первого поколения. При совместной работе промышленных роботов разных поколений появляется проблема сопряжения управления.
Система управления современных промышленных роботов обычно базируется на программируемых логических контроллерах. Для обмена информации между такими контроллерами и системами с цикловым управлением возможно использование микроконтроллерных систем или систем жесткой логики. Целесообразнее использовать микроконтроллерные системы, обеспечивающие гибкие, функциональные и перестраиваемые алгоритмы управления.
Первым шагом при создании системы управления промышленным роботом на базе микроконтроллера является построение его математической модели.
Для построения математической модели необходимо провести кинематическое и динамическое исследования робота.
Целью данной работы является построение математической модели кинематики для промышленного робота БРИГ-10Б.
Объект исследования промышленный робот БРИГ-10Б (рисунок 1).
виртуальный манипулятор робототехнический промышленный робот
Рисунок 1-БРИГ-10Б
Опираясь на работу [1] для построения математической модели будем проводить следующие исследования: решение прямой задачи кинематики, решение обратной задачи кинематики и определение рабочего пространства промышленного робота.
Кинематическое исследование
Прямая задача кинематики заключается в определении положения рабочего органа манипулятора в пространстве по заранее заданному вектору обобщённых координат.
При решении прямой задачи кинематики вводятся системы отсчёта, привязанные к подвижным звеньям манипулятора. Введём такие системы отсчёта по методу Денавита - Хартенберга, который изложен в работе [1]. Результаты построения данных систем отсчёта приведены в работе [2]. На рисунке 2 представлена кинематическая схема манипулятора, на которой показано направление систем отсчёта.
Рисунок 2-Кинематическая схема
В манипуляторах последовательной кинематики, при отсутствии избыточных степеней свободы, каждому подвижному звену соответствует одна обобщённая координата. В таблице 1 приведены границы изменения обобщённых координат для каждого подвижного звена.
Таблица 1 Границы изменения обобщённых коор
|
Обобщённая координата |
||||||
|
Границы изменения |
Опираясь на результаты, полученные в работе [2] построим матрицы перехода от системы координат к где .
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Последовательно перемножив составленные матрицы, получим матрицу перехода, связывающую системы отсчёта основания и схвата.
(6)
где: .
Матрица состоит из двух подматриц:
(7)
(8)
которые представляют собой матрицу, определяющую положение схвата в декартовой системе отсчёта и его ориентацию в зависимости от обобщённых координат.
Обратная задача кинематики заключается в определении значений вектора обобщённых координат по заранее заданным положению и ориентации рабочего органа манипулятора в пространстве. Как видно из матрицы выразить значения обобщённых координат можно в явном виде.
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
где углы поворота осей соответственно.
Для построения рабочей области манипулятора воспользуемся результатами решения прямой задачи кинематики. Зная положение схвата в декартовой системе координат в зависимости от значения обобщённых координат, по методу, изложенному в работе [1] определим рабочую область манипулятора.
На рисунке 3 представлен вид рабочего пространства манипулятора. На рисунке 4 представлены точки достижения схвата манипулятора внутри рабочей области.
Рисунок 3-Рабочая область манипулятора
Рисунок 4-Точки достижения внутри рабочей области
Выводы
В ходе исследовательской работы было проведено кинематическое исследование, дающее полную информацию о зависимости положения схвата в пространстве. Результаты данного исследования необходимы для построения математической модели динамики робота БРИГ-10Б.
Литература
[1] Зенкевич С.Л., Ющенко А.С. Управление роботами. Основы управления манипуляционными роботами: учеб. для вузов. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000, 400 с.
[2] Быков А.И., Лапиков А.Л. Применение метода Денавита-Хартенберга для промышленного робота БРИГ-10Б. Евразийский Союз Учёных, 2014, № 4, с.22-25.
[3] Козырев Ю.Г. Устройства управления роботами. Схемотехника и программирование. Москва, Предко, 2004, 404с.
[4] Рудаков Г.В. Анализ робототехники в России URL: http://www.3e-club.ru/view_full. php? id=27&name=robotics_in_russia (дата обращения 30.06.2014).
[5] Фролов К.В., Воробьёв Е.И. Механика промышленных роботов. Т.1: Кинематика и динамика. Москва, Высшая школа, 1988, 304.
[6] Фролов К.В., Воробьёв Е.И. Механика промышленных роботов. Т.2: Расчёт и проектирование механизмов. Москва, Высшая школа, 1988, 304.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Обзор схемы конструкции автоматизированного мобильного робота. Выбор компонентов конструкции. Общая классификация роботов; виды двигателей. Выбор типа микроконтроллера. Осуществление программирования на основе расчётов по математической модели робота.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 20.05.2015Назначение, технические характеристики промышленного робота МП20. Режимы работы робота и кинематическая схема. Приводные электродвигатели. Элементы электроавтоматики. Алгоритм управления следящим цифроаналоговым приводом. Интерфейс станочной магистрали.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 15.04.2013Прямая и обратная задача кинематики и позиционирования захвата манипуляционного робота. Разработка алгоритмов и решений, позволяющих организовать процесс нанесения рисунков на поверхность изделия при помощи робота-манипулятора FS03N фирмы Kawasaki.
дипломная работа [4,1 M], добавлен 17.09.2013Составление программы для построения траектории движения захвата манипулятора робота: запись системы линейных алгебраических уравнений, получение коэффициентов. Анимация движения манипулятора. Схема направления движения точки соединения звеньев робота.
лабораторная работа [274,4 K], добавлен 01.12.2013Построение концептуальной модели и метод имитационного моделирования. Определение переменных уравнений математической модели и построение моделирующего алгоритма. Описание возможных улучшений системы и окончательный вариант модели с результатами.
курсовая работа [79,2 K], добавлен 25.06.2011Принцип работы простейших роботов-манипуляторов. Разработка системы управления манипулятором, состоящим из трех звеньев и осуществляющим процесс сверления. Кинематическая схема и последовательность движений шаговых двигателей; применение жесткой логики.
курсовая работа [861,0 K], добавлен 16.08.2012История развития направления моделизма. Известные коммерческие модели роботов. Функциональная схема и основные действия промышленного робота. Роботы AquaJelly и AirJelly. Программное обеспечение, позволяющее треугольникам собираться в "разумные" машины.
реферат [21,1 K], добавлен 06.06.2009Назначение и типы роботов-андроидов. Функции обнаружения объектов в робототехнике; машинное, электромагнитное зрение, датчики препятствий на ИК лучах. Разработка концептуально-функциональной модели робота типа "шагающий" с функцией обнаружения объекта.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 20.12.2012Понятие математической модели, свойства и классификация. Характеристика элементов системы Mathcad. Алгоритмический анализ задачи: описание математической модели, графическая схема алгоритма. Реализация базовой модели и описание исследований MathCAD.
реферат [1,0 M], добавлен 20.03.2014Описание и технические характеристики объекта управления. Описание алгоритма функционирования промышленного робота. Описание цифровых характеристик габаритов и зоны действия. Определение используемых ресурсов и параметров инициализации микроконтроллера.
курсовая работа [685,9 K], добавлен 02.02.2016
