Список обозначений ко всей выпускной работе

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
На правах рукописи
УДК 539.3
Бахмутский
Юрий Александрович
Применение информационных технологий в
моделировании роботов
Выпускная работа по
«Основам информационных технологий»
Магистранта кафедры теоретической и
прикладной механики
Специальность 1.31.80.04 – механика
Научные руководители:
доцент Громыко О.В.,
старший преподаватель Высоцкий М.М.
Минск – 2013 г.
1
Оглавление
Список обозначений ко всей выпускной работе...................................................... 3
Введение ....................................................................................................................... 4
Глава 1. Кинематика и динамика манипуляторов ................................................... 7
Глава 2. Создание РТК на базе роботов Fanuc M-410iB и Fanuc R-2000iA/165F.
..................................................................................................................................... 12
2.1. Технологический процесс, оборудование. ................................................... 12
2.2. Конфигурация проекта и настройка связей объектов. ................................ 12
2.3. Создание программ для роботов, выполняющего операцию подготовки
слоя........................................................................................................................... 14
2.4. Синхронизация работы роботов. ................................................................... 16
Глава 3. Создание РТК на базе роботов Fanuc M-410iB, Fanuc R-2000iA и Fanuc
M-710iС. ..................................................................................................................... 17
3.1.Конфигурация объектов, добавление оборудования и типов заготовок. ... 18
3.2. Создание программ для робота, выполняющего операцию подготовки
слоя........................................................................................................................... 20
Заключение ................................................................................................................ 21
Список литературы к выпускной работе ................................................................ 22
Предметный указатель к реферату .......................................................................... 23
Интернет ресурсы в предметной области исследования ...................................... 24
Действующий личный сайт в WWW....................................................................... 25
Граф научных интересов .......................................................................................... 26
Тестовые вопросы по Основам информационных технологий ............................ 27
Презентация магистерской диссертации ................................................................ 28
2
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ КО ВСЕЙ ВЫПУСКНОЙ
РАБОТЕ
Роботизированный комплекс (РТК) — совокупность роботов,
предназначенная для выполнения общих задач, один из объектов изучения
робототехники.
3
Введение
В истории развития цивилизации произошло несколько информационных
революций — преобразований общественных отношений из-за кардинальных
изменений в сфере обработки информации.
Первая революция связана с изобретением письменности, что привело к
гигантскому качественному и количественному скачку. Появилась возможность
передачи знаний от поколения к поколению.
Вторая (середина XVI в.) вызвана изобретением книгопечатания, которое
радикально изменило индустриальное общество, культуру, организацию
деятельности.
Третья (конец XIX в.) обусловлена изобретением электричества,
благодаря которому появились телеграф, телефон, радио, позволяющие
оперативно передавать и накапливать информацию в любом объеме.
Четвертая (70-е гг. XX в.) связана с изобретением микропроцессорной
технологии и появлением персонального компьютера. На микропроцессорах и
интегральных схемах создаются компьютеры, компьютерные сети, системы
передачи данных (информационные коммуникации). Этот период
характеризуют три фундаментальные инновации:
1. переход от механических и электрических средств преобразования
информации к электронным;
2. миниатюризация всех узлов, устройств, приборов, машин;
3. создание программно-управляемых устройств и процессов.
Последняя информационная революция выдвигает на передний план
новую отрасль — информационную индустрию, связанную с производством
технических средств, методов, технологий для производства новых знаний.
Важнейшая составляющая информационной индустрии — информационная
технология.
Можно выделить следующие этапы развития информационных
технологий:
1 этап (до второй половины XIX в.) — "ручная" информационная
технология, инструментарий которой составляли: перо, чернильница, книга.
Коммуникации осуществлялись ручным способом путем переправки через
почту писем, пакетов, депеш. Основная цель технологии — представление
информации в нужной форме.
2 этап (с конца XIX в.) — "механическая" технология, инструментарий
которой составляли: пишущая машинка, телефон, диктофон, оснащенная более
4
совершенными средствами доставки почта. Основная цель технологии —
представление информации в нужной форме более удобными средствами.
3 этап (40 - 60-е гг.) — "электрическая" технология, инструментарий
которой составляли: большие ЭВМ и соответствующее программное
обеспечение, электрические пишущие машинки, копировальные аппараты,
портативные диктофоны. Изменяется цель технологии — акцент начинает
перемещаться с формы представления информации на формирование ее
содержания.
4 этап (с начала 70-х гг.) — "электронная" технология, инструментарием
которой становятся большие ЭВМ и создаваемые на их базе
автоматизированные системы управления (АСУ) и информационно-поисковые
системы
(ИПС),
оснащенные
широким
спектром
базовых
и
специализированных программных комплексов. Акцент смещается в сторону
формирования более содержательной информации.
5 этап (с середины 80-х гг.) — "компьютерная" технология, основным
инструментарием которой является персональный компьютер с широким
спектром стандартных программных продуктов разного назначения. На этом
этапе происходит процесс персонализации АСУ (создание систем поддержки
принятия решения для разных специалистов). В связи с переходом на
микропроцессорную технологию существенным изменениям подвергается
бытовая техника, приборы связи и коммуникации, оргтехника. Начинают
широко развиваться компьютерные сети (локальные и глобальные).
В наше время компьютер стал незаменимым помощником человека в его
интеллектуальной деятельности и основным техническим средством
информационных технологий.
Задачи теоретической механики имеют огромную значимость как в
производственной, промышленной, так и в образовательной сферах. Результаты
решения данных задач используются при математическом моделировании и
проектировании различных сложных систем. Однако существенной проблемой
на данном этапе является громоздкость и объемность вычислений и расчетов.
На сегодняшний день данная проблематика слабо освящена в литературе
применительно к решению задач механики, в частности применение
функциональных возможностей систем компьютерного и математического
моделирования для исследования манипуляторов. Задачи кинематики
манипулятора являются фундаментальными при управлении промышленными
роботами. Настоящая выпускная работа развивает это актуальное и
практически важное направление на примере создания математических
моделей роботов-манипуляторов M-710iC/50/70 и M-410iB/160/300 семейства
Fanuc в пакете Mathematica. Помимо этого, представлена модель
полнофункционального роботизированного комплекса (РТК) на базе
5
вышеуказанных роботов, которая является точной копией существующей на
одном из предприятий компании Fanuc. Программа, написанная во время
моделирования РТК, может быть использована непосредственно на
производстве.
Основной задачей настоящей работы является создание (либо
воссоздание существующего) РТК Fanuс, а также исследование
кинематических и динамических характеристик манипуляторов Fanuc М-720iC
и Fanuc М-410iB. Для этого решаются следующие вспомогательные задачи:
– создание компьютерных моделей РТК на базе роботов Fanuc;
– построение математической модели, решение прямой и обратной задач
кинематики манипуляторов M-720iC и M-410iB семейства Fanuc в системе
Mathematica;
– построение математической модели, решение задачи динамики
манипуляторов M-720iC и M-410iB семейства Fanuc в системе Mathematica;
– разработка методических материалов по моделированию в пакете
Fanuc Roboguide
Практическая ценность проделанной работы состоит в возможности
использования созданной программы взаимодействия манипуляторов в рамках
реально существующих РТК.
6
Глава 1. Кинематика и динамика манипуляторов
Манипулятор — механизм для управления пространственным положением
орудий, объектов труда и конструкционных узлов и элементов. Это значение
закрепилось за словом с середины XX века, благодаря применению сложных
механизмов для манипулирования опасными объектами в атомной
промышленности.
Манипулятор состоит из звеньев, соединенных между собой определенным
образом. Одно звено является основным (базой), относительно которого
осуществляется отсчет перемещения и ориентации подвижных звеньев и, в
частности, рабочего органа (РО) манипулятора. Группа звеньев, соединяющих
РО с основным, образует кинематическую цепь манипулятора. Два
соединенных звена составляют кинематическую пару.
Число степеней свободы h звеньев кинематической пары в относительном
движении определяется как h  6  s , где s — число условий связи,
наложенных на относительное движение звеньев, 1  s  6 . Число s определяет
класс кинематической пары, так шаровой шарнир является парой третьего
класса, цилиндрическая пара вращения и призматическая пара поступательного
движения являются парами пятого класса. Независимо от конструктивного
выполнения кинематическую пару пятого класса назовем вращательной парой,
если она допускает относительное вращение звеньев, и поступательной парой,
если она допускает их относительное поступательное перемещение.
Число независимых движений, в которых могут участвовать звенья
манипулятора, определяет число его степеней подвижности. Для
пространственной кинематической цепи число степеней подвижности v
относительно неподвижного звена определяется формулой (1.1)
5
(1.1)1)
v  6n 
 ipi
i 1
,
где n — число подвижных звеньев, pi — число кинематических пар i -го
класса. Для кинематической цепи, включающей только пары пятого класса
v  6n  5 p5 .
Последовательность и тип кинематических пар в кинематической цепи
робота описывает структурная формула – формула, состоящая из букв P и R , в
которой позиция каждой буквы соответствует позиции поступательной или
вращательной пары в кинематической цепи робота, начиная от неподвижного
звена. [1]
7
Обобщенными координатами (ОК) манипулятора назовем независимые
переменные, полностью задающие его конфигурацию в пространстве. В качестве таких переменных обычно используют углы и перемещения qi i= 1,2,... в
кинематических парах. На выбор qi влияет множество факторов, каждый из
которых в том или ином конкретном случае может иметь решающее значение.
В процессе перемещения РО манипулятора можно рассматривать как
твердое тело, положение и ориентацию которого в пространстве в каждый
момент времени можно описать шестью координатами. Традиционно для этой
цели используют три ДК характеристической точки РО и три угловые
координаты, например, углы Эйлера, задающие ориентацию схвата
Преимущество описания ориентации с использованием углов Эйлера
состоит в том, что полная информация об ориентации РО содержится в трехT
мерном векторе [ , ,  ] . Зная этот вектор и используя традиционный аппарат
матриц размерности 3x3, можно сформировать результирующую матрицу
поворота. К достоинствам описания ориентации тела с помощью классических
углов Эйлера следует отнести также их наглядность. Недостатком такой схемы
углов является несимметричность, т.к. два поворота осуществляется вокруг
одноименных осей. Это приводит к тому, что в некоторых случаях могут
возникать "неудобства" при линеаризации кинематических уравнений.
Каждому набору обобщенных координат манипулятора соответствует
вполне определенное положение его рабочего органа, то есть
x  f (q ) ,
(1.2)
где f (q ) — однозначная и дифференцируемая почти всюду векторфункция.
Задача определения положения и ориентации рабочего органа по заданной
конфигурации называется прямой задачей кинематики манипулятора. Эта
задача будет решена, если найдется явный вид зависимости (1.2).
Каждому положению рабочего органа может соответствовать одна или
несколько конфигураций манипулятора. Задача определения этих
конфигураций по заданному положению рабочего органа называется обратной
задачей кинематики манипулятора. Математически задача состоит в
обращении зависимости (1.2), то есть в нахождении функции [1]
(1.3)
q  f 1 ( x ) ,
Ведём ортогональные системы координат, жестко связанных со звеньями
манипулятора, следующим образом:
Системы координат, связанных со звеньями будем выбирать согласно
алгоритму, позволяющему преобразовать каждую (i  1) -ю систему координат в iю [1]
Базовую неподвижную систему, связанную со стойкой манипулятора
выбираем так: начало системы точка O — любая точка оси (0)-й
кинематической пары; ось z0 направляем по оси этой пары, ось x0 направляем
8
произвольно в плоскости, перпендикулярной оси z0 , ось y0 направляем по
правилу правой тройки.
Ось zi системы, жестко связанной с i-м звеном (i=1,…,n–1) направляем по
оси (i)-й кинематической пары. Точка Oi выбирается на общем перпендикуляре
к осям zi , zi 1 , либо в точке их пересечения, если таковая имеется, либо в
любой точке оси (i)-й кинематической пары, если оси zi , zi 1 совпадают или
параллельны. За направление оси xi можно брать направление вектора
zi  zi 1 , если оси zi , zi 1 не параллельны. Если же эти оси параллельны, то xi
направляем по вектору Oi Oi 1 . Если оси zi , zi 1 совпадают, то любые
направления для оси xi равнозначны. Ось yi направляем по правилу правой
тройки.
Систему
выбираем так: начало
помещаем в
On xn yn zn
On
характеристическую точку рабочего органа; направления осей стараемся
согласовать с геометрией схвата, направляя ось zn в «продольном»
направлении, yn — в «поперечном», xn — по правилу правой тройки. Орты
этой системы координат определяют ориентацию рабочего органа.
Итак, каждая i-я система координат, i  1, n , связана с i-м звеном
манипулятора. Перемещение i-й системы относительно (i–1)-й характеризует
движение i-го звена относительно (i–1)-го. Это движение при введенных
ограничениях может быть либо поворотом на угол qi вокруг оси zi 1 , либо
сдвигом вдоль этой оси на величину qi .
Система координат Oi1xi1 yi1zi1 переходит в систему Oi xi yi zi с помощью
четырех элементарных преобразований, выполняемых в следующем порядке:
[1]
1) поворот на угол i вокруг оси zi 1 до тех пор, пока ось xi 1 не станет
параллельна оси xi ;
2) перенос на величину si вдоль оси zi 1 до тех пор, пока оси xi 1 и xi не
окажутся на одной прямой;
3) перенос на величину ai вдоль оси xi 1 до тех пор, пока точка Oi–1 не
совпадет с точкой Oi;
4) поворот на угол i вокруг оси xi до тех пор, пока система (i–1) не
совместится с системой i.
Величины:  i , S i , ai ,  i называются параметрами Денави-Хартенберга.
Преобразование системы (i–1) в систему i можно теперь представить как
композицию указанных элементарных преобразований
ri 1  A As Aa A ri  Ai,i 1ri
i
i
i
i
9
(1.4)
с соответствующей матрицей:
 cos i
 sin 
i
Ai,i 1  
0

 0
 sin i cos  i
cos i cos  i
sin  i
0
sin i sin  i
 cos i sin  i
cos  i
0
ai cos i 
ai sin i 

si 
1 
(1.5)
,
которую будем называть матрицей перехода от i-й системы координат в
(i–1)-ю.
Обратная матрица Ai,i11 , то есть матрица перехода из (i–1)-й системы
координат в i-ю может быть вычислена по формуле (1.3.3)
cos i

  sin  cos 
i
i
Ai,i11  Ai 1,i  
 sin i sin  i

0
sin i
cos i cos  i
 cos i sin  i
0
0
sin  i
cos  i
0
 ai 
 si sin  i 
 (1.6)
 si cos  i 

1
так что
ri  Ai 1,i ri 1 .
(1.7)
В зависимости от того какой является i-ая
кинематическая пар,
вращательной или поступательно, за обобщенную координату выбирается,
соответственно, величина i либо si .
Еще раз подчеркнем, что матрица Ai,i 1 однозначно определяется
параметрами Денави-Хартенберга.[1]
Адекватность расчетного движения манипулятора его истинному движению
зависит от степени соответствия параметров динамической модели, принятой
при расчете, реальным свойствам манипулятора как механической системы.
Модели, наиболее точно описывающие динамическое поведение реального
манипулятора, оказываются обычно весьма сложными при проведении
расчетов. Вместе с тем расчеты по более простой модели могут оказаться
неудовлетворительными при решении некоторых задач. Поэтому при
проектировании манипулятора его модель, при необходимости, постепенно
усложняется, начиная с жесткой модели, которая предполагает все звенья
манипулятора абсолютно твердыми телами, а связи между ними – абсолютно
жесткими. На основании этой модели решаются основные задачи кинематики,
определяются движущие силы и моменты и их максимальные значения для
заданных программных движений, оцениваются динамические реакции в
кинематических парах, проводится идентификация механических параметров
манипулятора.
Если это необходимо, жесткая модель манипулятора уточняется, затем,
введением упругих связей между абсолютно твердыми звеньями, т.е.
учитывается упругость механизмов приводов во всех, либо в некоторых
10
кинематических парах. На основании этой упругой модели манипулятора
определяются динамические ошибки, возникающие при отработке
манипулятором заданного программного движения (номинальной траектории),
находятся приведенные коэффициенты упругости и сопротивления
(диссипации) в кинематических парах, определяется спектр собственных частот
колебаний манипулятора и время затухания этих колебаний.
Дальнейшее уточнение модели манипулятора возможно с учетом
податливости его звеньев на изгиб и кручение. Упругая модель манипулятора с
учетом упругости его звеньев является наиболее трудной для исследования в
силу сложности системы уравнений движения манипулятора, включающей
уравнения с частными производными. Необходимость принятия этой модели
возникает лишь при динамическом исследовании особо точных
манипуляционных систем, а также манипуляторов со звеньями большой длины
(например, манипуляторы для сборочных операций на космических
орбитальных станциях). В промышленных роботах звенья манипулятора
выполняются существенно более жесткими, чем звенья приводов, и в учете
упругости звеньев манипулятора нет практической необходимости. По этой
причине последняя упругая модель в дальнейшем нами не рассматривается.
Пусть механическая система манипулятора состоит из абсолютно жестких
звеньев, соединенных абсолютно жесткими связями. Считая связи идеальными,
для описания динамики системы воспользуемся уравнениями Лагранжа 2-го
рода
d T T

 Qi ,
dt qi qi
(1.8)
i  1, n
где qi — обобщенные координаты, Qi — обобщенные силы, Т —
кинетическая энергия системы.
Задачи динамики жесткой модели манипулятора:
1. По заданным программным (номинальным) законам qi (t ) найти движущие
силы и моменты Qnpi (t ) , необходимы для реализации этого движения.
2. По заданным обобщенным силам Qnpi (t ) и начальным условиям найти
движение манипулятора, т.е. обобщенные координаты qi (t ) .
Эта задача сводится к решению системы n нелинейных дифференциальных
уравнений 2-го порядка. Заметим, что если характеристики приводов идеальны
и параметры манипулятора точно соответствуют его модели, то в решении этой
задачи нет практической необходимости. В противном случае, к стандартным
уравнениям, необходимо присоединить уравнения, характеризующие динамику
приводов. Полученная полная система уравнений динамики манипулятора
решается для определения динамических ошибок, т.е. отклонений законов
движения от номинальных. С учетом малости этих отклонений система может
быть линеаризована в окрестности номинального движения.
11
Глава 2. Создание РТК на базе роботов Fanuc M-410iB и Fanuc R2000iA/165F.
Процесс создания компьютерной модели роботизированного комплекса (РТК),
условно можно разделить на 2 этапа: непосредственно моделирование и
написание программ для созданной модели. Для создания компьютерной
модели было использовано программное обеспечение компании Fanuc – Fanuc
Roboguide.
2.1. Технологический процесс, оборудование.
Суть технологического процесса. С входного конвейера “Fixture1”
приходит продукция (представляет собой заготовки “Part1”). Первый робот R2000iA/165F занимается подготовкой слоя для паллетизирования. Он берет по 3
заготовки с конвейера “Fixture1” и согласно заложенному алгоритму
выкладывает их на платформе “Fixture2”. После завершения слоя в целях
предотвращения столкновения робот возвращается в исходное положение.
Второй робот M410iB/300 получает разрешающий сигнал и забирает
подготовленный слой с платформы “Fixture2”, а затем укладывает его на
конвейер “Fixture3”.
2.2. Конфигурация проекта и настройка связей объектов.
Выполняем настройку связей конвейера “Fixture1” и заготовки “Part1”.
Настраиваем положение этой заготовки на конвейере, а затем нажимаем
кнопку Add, чтобы добавить еще 2 заготовки (робот одновременно переносит
три заготовки).
Появляется окно, позволяющие добавить заготовки в заданном порядке.
Задаём параметры и нажмите “Ok”, рис. 4.5. Результат приведён на рисунке
4.6.
Переходим на вкладку “Simulation” в окне свойств объекта “Fixture1”. Для
каждой заготовки ставим галочку напротив параметра “Allow part to be picked”
и устанавливаем задержку “Create delay”, равную 3 секундам.
12
Рисунок. 2.2.1. Порядок размещения заготовок на конвейере “ Fixture2”.
Замечание: при настройке параметров первой заготовки сразу же задаём для
нее все параметры на вкладке “Simulation”. В результате эти же параметры
будут по умолчанию применены для последующих заготовок данного типа на
этом объекте.
Располагаем первую заготовку надлежащим образом, и затем с помощью
кнопки “Add” на вкладке “Parts” создаём массив из восемнадцати заготовок на
конвейере. В появившемся окне вводим параметры (в данном случае, зазор
между заготовками принимаем равным 1 мм).
Сдвигаем последние три заготовки к краю Итог: слой создан.
Точно таким же образом настраиваются связи для конвейера “Fixture3”, за
исключением лишь того, что настраивать возможность захвата заготовок с
данного объекта не требуется.
Настраиваем расположение заготовок и установите параметры на вкладках
“Parts” и “Simulation”.
Робот M-410iB/300 одновременно забирает весь слой с платформы
“Fixture2” в таком порядке, в каком расположены на ней заготовки.
Следовательно, настройка связей заготовок для схвата этого робота
производится в точном соответствии со связями “Fixture2”.
13
Рисунок. 2.2.2. Технологические компоненты в проекте после настройки связей.
Замечание: после завершения настройки для удобства работы при создании
программ для данного робота отключаем опции “Visible at teach time” и
“Visible at run time” для каждой заготовки на вкладке “Parts”.
2.3. Создание программ для роботов, выполняющего операцию
подготовки слоя.
Рассмотрим алгоритм действий робота, выполняющего операции
подготовки слоя. Эти операции можно оформить в виде подпрограмм.
Первой такой операцией является процесс захвата роботом трех заготовок с
конвейера “Fixture1”. В инструкциях Pickup указываем соответствующие друг
другу относительно положения номера. То есть индексы заготовок в полях
From и With должны быть одинаковыми.
Инструкции Wait представляют собой время ожидания отработки
механизмов схвата.
Вторая подпрограмма (Drop3P) описывает процесс укладки заготовок на
конвейер “Fixture2”. В полях From инструкций индексы заготовки должны
быть перечислены по порядку, в нашем случае от 1 до 3. В поле On указываем
номер заготовки без индекса, в данном случае система автоматически
14
определит индекс заготовки и ее местоположение на конвейере, основываясь на
текущем положении схвата.
Основная программа будет состоять из инструкций движения (всего восемь
циклов) в точки укладки заготовок и инструкций вызова описанных
подпрограмм. Первая и последняя точки (и, соответственно, инструкции
движения в программе) – это исходное, служебное положение робота, при
котором он не мешает работе робота, выполняющего перенос подготовленного
слоя заготовок на выходной конвейер.
Рассмотрим робот, перемещающий слой на выходной конвейер.
Рисунок.2. 3.1. Программа “PickFull” захвата слоя заготовок с конвейера “Fixture2”.
Первой повторяющейся операцией является процесс захвата роботом слоя
заготовок с конвейера “Fixture2”. В инструкциях Pickup указываем
соответствующие друг другу относительно положения номера заготовок. То
есть индексы заготовок в полях From и With должны быть одинаковыми.
В программе должно быть столько же инструкций Pickup, сколько заготовок
перемещает робот за один цикл, то есть в данном случае двадцать четыре.
Инструкции Wait представляют собой время ожидания отработки
механизмов схвата.
15
2.4. Синхронизация работы роботов.
Итак, мы располагаем двумя самостоятельными программами работы для
обоих
роботов.
Осталось
только
синхронизировать
их
работу.
Синхронизировать работу двух контроллеров можно с помощью обмена
сигналами. В Roboguide это можно реализовать с помощью функции I/O
Interconnections (межсоединения входов/выходов).
Выберем пункт I/O Interconnections в категории Cell основного меню.
Появится окно настройки.
Нажимаем кнопку Add 1. В таблице появится пустая запись. Щёлкнем
мышью по первой ячейке и в появившемся списке выберем контроллер Robot
Controller 1, во второй ячейке – номер его выхода (DO[1]), который будет
управлять сигналом на входе второго контроллера.
В третьей ячейке указываем контроллер Robot Controller 2, а в четвертой
номер управляемого входа (на который будет подан сигнал с выхода DO[1]
первого контроллера) – DI[1]. Нажимаем кнопку Apply.
Таким образом, соединили цифровой выход DO[1] первого робота с
цифровым входом второго DI[1].
Аналогичным образом настраиваем правило для обратного переключения –
с выхода второго контроллера на вход первого.
Этих двух соединений достаточно, чтобы синхронизировать работу роботов
в нашем проекте. Но для этого необходимо добавить несколько инструкций в
их основные программы.
Примем за правило, что для начала выполнения цикла паллетизации
разрешающий сигнал должен быть включен (DI[1]=ON).
Откроем программу Main робота, выполняющего подготовку слоя.
Начинать цикл должен именно этот робот, поэтому в начало программы
вставляем инструкцию DO[1]=OFF. Отсутствие сигнала запретит второму
роботу двигаться, пока первый выполняет перемещение в исходное положение.
Замечание: по умолчанию сигналы на выходах робота отсутствуют, поэтому
в нашем случае делать выключение необязательно, но при работе в цикле это
делать необходимо в его начале.
Затем, после команды перемещения в исходное положение, вставяем
инструкцию WAIT DI[1]=ON. Это нужно для того, чтобы выполнить все
исходные условия, необходимые для начала цикла паллетизации.
Еще одно изменение нужно сделать в конце программы – выключить выход
DO[1]=OFF после успешного завершения цикла подготовки слоя, чтобы
позволить второму роботу в проекте выполнить свой цикл.
Аналогичные изменения, но с учетом того, что свой рабочий цикл второй
робот выполняет после завершения первым своего, делаем в основной
программе второго робота. Поэтому его выход вначале нужно включить, чтобы
разрешить первому роботу выполнение цикла подготовки слоя заготовок, а
затем, при получении разрешающего сигнала от него – выключить.
16
Глава 3. Создание РТК на базе роботов Fanuc M-410iB, Fanuc R2000iA и Fanuc M-710iС.
Для повышения стабильности паллеты составлять ее рекомендуется из
асимметричных слоев. На практике делается следующим образом: вводится два
типа слоев; как правило, второй является перевернутой копией первого.
Складируются они поочередно. В результате устойчивость такой паллеты
значительно повышается.
Еще одним способом повышения стабильности паллет является
использование межслойных картонных листов. С помощью специального
схвата с присосками робот может укладывать их между слоями.
Опишем технологический процесс с самого начала. С входного конвейера
“Fixture1” приходит продукция (представляет собой заготовки “Part1”).
Первый робот R-2000iA/165F занимается подготовкой слоя для
паллетизирования. Он берет по 3 заготовки с конвейера “Fixture1” и согласно
заложенному алгоритму (два способа укладки, следовательно, два типа слоев)
выкладывает их на платформе “Fixture2”. После завершения слоя в целях
предотвращения столкновения робот возвращается в исходное положение.
Второй робот M410iB/300 получает разрешающий сигнал и забирает
подготовленный слой с платформы “Fixture2”, а затем укладывает его на
поддон, находящийся на конвейер “Fixture3”. Таким образом, для завершения
паллеты он должен уложить восемь слоев. Для укладки межслойных картонных
листов добавим еще одного робота – M710iC/20L. Третий робот по
разрешающему сигналу от робота, занимающегося укладкой слоев на паллету,
достает один картонный лист из диспенсера “Fixture5” и укладывает его на
верхний слой паллеты на конвейере “Fixture3”.
17
3.1. Конфигурация объектов, добавление оборудования и типов
заготовок.
Вначале выполним конфигурацию конвейера “Fixture2” для подготовки
второго типа слоя заготовок.
Рисунок. 3.1.1. Добавление заготовки.
В результате получим перевернутый слой, как показано на рисунке 3.1.2.
Рис. 3.1.2. Слой заготовок второго типа на конвейере.
Замечание: При использовании добавления по массиву заготовки могут
иметь одинаковый индекс, но в списке “Parts” вторичный параметр сортировки
– время создания.
18
Добавим в проект еще два типа заготовок: “Layer” (слой) и “Interlayer”
(межслойный лист).
Добавим в проект платформу для штабеля межслойных картонных листов и
расположите ее рядом с выходным конвейером “Fixture3”..
Штабель межслойных листов моделируем объектом “Fixture5”.
Выполним настройку связей объекта “Fixture5” с требуемым типом
заготовок – “Interlayer”. На вкладке “Simulation” ставим галочку напротив
опции “Allow part to be picked” и задержку “Create Delay”, равную примерно
25 секундам.
Теперь добавим робота. В разделе “Robot Controllers” в окне менеджера
проекта, выбираем пункт “Add Robot”, и в мастере создания робота указываем
модель M-710iC/20L. Размещаем робот таким образом, чтобы он мог выполнять
захват межслойных листов из штабеля (“Fixture5”) и укладывать их на паллету
на выходном конвейере “Fixture3” (рисунок 3.1.3).
Рис.3.1.3. Технологические компоненты в проекте.
Создаём схват для третьего робота и настраиваем для него связи с
заготовкой “Interlayer”. Также настраиваем фрейм инструмента.
19
3.2. Создание программ для робота, выполняющего операцию
подготовки слоя.
Поскольку в данном случае цикл подготовки слоя будет выполняться
несколько раз, то логично программу Main, оставшуюся из проекта
предыдущей лабораторной, оформить как подпрограмму. А так как таких
циклов два (первый представляет собой подготовку стандартного слоя, второй
– перевернутого), то подпрограмм такого типа будет две. Дублируем в разделе
Programs контроллера робота M-710iC/20L программу Main (делается с
помощью применения функций Copy/Paste в менеджере проекта) и полученные
таким образом программы назовём соответственно Layer1 и Layer2. Программа
PickPnt не претерпит изменений, в данном случае инструкции управления
входами и выходами будут находиться в программах Layer1 и Layer2, из
которых она будет вызываться.
Программы Pick3P и Drop3P также останутся без изменений.
В программу Layer1 только добавляем инструкцию ожидания WAIT (строка
№46) в конце программы. Эта задержка необходима для того, чтобы после
включения разрешающего выхода робота R-2000iA/165F успели правильно
отработать все переключения между другими роботами в проекте.
20
Заключение
В ходе работы были получены следующие значимые результаты:
– Построен роботизированный комплекс на базе трёх роботовманипуляторов
– Построены математические модели манипуляторов M-710ic20l и M-410iB
семейства Fanuc.
– Решены прямые и обратные задачи кинематики манипуляторов методом
матриц в пакете Mathematica.
– Получены уравнения Лагранжа II рода для робота M-410iB.
Результаты, полученные в работе, могут быть использованы
конструкторскими бюро и лабораториями машиностроительных предприятий и
научно-исследовательских институтов при проектировании и расчете
различных механических систем, а также при преподавании основных и
специальных учебных курсов, связанных с теоретической и аналитической
механикой.
21
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ВЫПУСКНОЙ РАБОТЕ
1. Сайт Высшей аттестационной комиссии Республики Беларусь.
[Электронный ресурс] – http://vac.org.by
2. Робототехника. Кинематика и динамика манипуляторов: учеб.-метод.
пособие / О. Н. Вярвильская [и др.]; под общ. ред. проф. М. А. Журавкова. –
Минск: БГУ, 2010. –232 с.; ил.
3. Воробьев Е.И., Попов С.А., Шевелева Г.И. Механика промышленных
роботов. Книга 1./ под ред. К.В. Фролова, Воробьева Е.И. – Москва: Высшая
школа, 1988.
4. Материалы по пакету Roboguide. [Электронный ресурс] –
http://www.fanucrobotics.com
5. Шахинпур М. Курс робототехники. Пер с англ. – М.: Мир, 1990 – 527
с., ил.
6. Бать, М. И. Теоретическая механика в примерах и задачах // том
третий. Специальные главы механики / М.И.Бать; под редакцией
Г.Ю.Джанелидзе – М.: Наука, 1973. – 488 с.
7. Вильке В. Г. Теоретическая механика. М.: МГУ, 1991.
8. Гляков С.А. Компьютерная механика: кинематический и динамический
анализ/ С.А.Гляков, О.В.Громыко, М.А.Журавков, Д.Г.Медведев; под ред. М.А.
Журавкова. Мн.: БГУ, 2006. 375 с.
9. Дьяконов В. П. Mathematica 4. Учебный курс. — СПб: «ПИТЕР», 2001.
— С. 656. — ISBN 5-572-00275-X
10.
Дьяконов В. П. Mathematica 5.1/5.2/6 в математических и научнотехнических расчетах. Изд-е второе дополненное и переработанное. — М.:
«СОЛОН-Пресс», 2008. — С. 744. — ISBN 978-5-91359-045-9
11.
Дьяконов В. П. Mathematica 5.1/5.2/6. Программирование и
математические вычисления. — М.: «ДМК-Пресс», 2008. — С. 576. — ISBN 594074-405-2
12.
Шмидский Яков Константинович Mathematica 5. Самоучитель.
Система символьных, графических и численных вычислений. — М.:
«Диалектика», 2004. — С. 592. — ISBN 5-8459-0678-4
22
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ К РЕФЕРАТУ
Роботизированный
комплекс,3,4, 12
Fanuc, 3, 5, 6, 17
Roboguide, 3,7
23
ИНТЕРНЕТ РЕСУРСЫ В ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ
ИССЛЕДОВАНИЯ
1.
http://vak.org.by – сайт Высшей аттестационной комиссии
Республики Беларусь. Здесь собраны все нормативные акты, касающиеся
оформления и защиты диссертаций.
2.
http://www.konferencii.ru – научные
конференции
России,
Украины, Беларуси и других стран СНГ, международные конференции
(информация размещается свободно).
13.
http://Distance.net.ua – дистанционное обучение по специальности
"Инженерная механика
14.
http://www.fanucrobotics.com – сайт компании Fanuc
24
ДЕЙСТВУЮЩИЙ ЛИЧНЫЙ САЙТ В WWW
http://www.nanoshells.bsu.by/DevelopersPage.aspx/
.
25
ГРАФ НАУЧНЫХ ИНТЕРЕСОВ
магистранта Бахмутского Ю.А., механико-математический факультет
Специальность «механика»
Смежные специальности
01.02.05 – механика
жидкости, газа и плазмы
1.
Волновые
процессы, включая ударные волны.
Основная
специальность
05.02.05 –
роботы, мехатроника и
робототехнические
системы
3.
01.01.06 – динамика,
прочность машин, приборов и
аппаратуры
2.
Методы
исследования
и
расчета
конструкционной
прочности
и
трещиностойкости при статических,
циклических
и
динамических
нагрузках на стадиях моделирования,
проектирования,
изготовления
и
эксплуатации.
Промышленные роботы
и
робототехнические
системы.
Основные
термины и определения.
Назначение,
классификация,
характеристики.
Обобщенная
структурная
схема
промышленного робота.
Поколения
промышленных
роботов.
Теория
упругости,
включая
прикладной вопрос.
26
Сопутствующие
специальности (принадлежат
области исследования)
05.02.04 – трение и
износ в машинах
4.
Расчет
и
моделирование задач контактной
механики твердых тел; расчет и
моделирование режимов трения
скольжения и качения твердых
тел со смазкой и при отсутствии
смазки,
гидродинамического,
эластогидродинамического
и
других режимов трения; расчет и
моделирование
изнашивания
материалов и деталей машин в
различных условиях; анализ и
моделирование физических и
химических
процессов
при
трении в различных внешних
условиях.
ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ ПО ОСНОВАМ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
<question type="close" id="0015">
<text>01 С помощью какого атрибута задается цвет фона? </text>
<answers type="request">
<answer id="313759" right="1"> “background” </answer>
<answer id="313760" right="0"> “color” </answer>
<answer id="313761" right="0"> все перечисленные</answer>
<answer id="313762" right="0"> “padding-left” </answer>
</answers>
</question>
<question type="close" id="515">
<text>02 Для чего служат сводные таблицы Excel?</text>
<answers type="request">
<answer id="313759" right="1">для сортировки данных в таблице
</answer>
<answer id="313760" right="0">для разъединения значений </answer>
<answer id="313761" right="0">для объединения значений </answer>
<answer id="313762" right="0"> все варианты верны </answer>
</answers>
</question>
27
ПРЕЗЕНТАЦИЯ МАГИСТЕРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ
28
29