Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ижевский государственный технический университет

имени М. Т. Калашникова»

Кафедра «Мехатронные системы»

Отчет по курсовой работе

Дисциплина: «ЭВМиВС»

Тема: «Разработка алгоритма и программы управления роботом-манипулятором»

Выполнил:

студент гр.8-05-3

Истомин Е.Н.

Проверил:

старший преподаватель

Лекомцев П.В.

Рецензент:

к.т.н., доцент каф. «МС»

Трефилов С.А.

Ижевск, 2013

Содержание

Техническое задание 3

Введение 4

1 Разработка алгоритма управления роботом-манипулятором 5

1.1 Разработка математического алгоритма решения

обратной задачи кинематики 5

1.2 Разработка схемы алгоритма управления

роботом-манипулятором 9

2 Разработка программы управления роботом-манипулятором 11

3 Вычислительный эксперимент 13

Заключение 15

Список литературы 16

Приложение А. Текст программы 17

Приложение Б. Руководство оператора 21

Приложение В. Руководство программиста 23

Техническое задание

Разработать программу управления трехзвенным роботом-манипулятором.

Объект управления: трехзвенный робот-манипулятор.

Команды управления: ШИМ (широтно-импульсная модуляция) с частотой 50Гц и скважностью от 3% (угол поворота равен 0°) до 12% (угол поворота равен 180°); поворот влево – увеличение скважности ШИМ сигнала; поворот вправо – уменьшение скважности ШИМ сигнала.

Интерфейс управления: оконное приложение персонального компьютера.

Интерфейс передачи данных: “RS-232”.

Язык программирования: “C#”.

Среда разработки: “MS Visual Studio 2010”.

Осуществить: управление роботом-манипулятором путем задания конечной точки положения схвата устройства (решение обратной задачи кинематики); графическое отображение положения робота-манипулятора в пространстве.

Предусмотреть: ручное управление отдельным звеном робота-манипулятора; динамическое отслеживание положений каждого звена робота-манипулятора.

Введение

Целью данной работы является разработка программы управления роботом-манипулятором.

В ходе выполнения данной курсовой работы разработаны: алгоритм и программа управления роботом-манипулятором. Интерфейс разработанной программы представлен в виде оконного приложения, созданного в среде разработки MS Visual Studio 2010 на языке C#.

В данной работе представлены:

– математический алгоритм решения обратной задачи кинематики;

– схема алгоритма диалогового интерфейса программы;

– текст программы управления роботом-манипулятором;

– вычислительный эксперимент.

Выбор языка программирования и среды разработки был обусловлен техническим заданием. C# – язык программирования, сочетающий объектно-ориентированные и контекстно-ориентированные концепции. Используется как основной язык разработки приложений для платформы Microsoft .NET. Компилятор с C# входит в стандартную установку самой .NET, поэтому программы на нём можно создавать и компилировать даже без инструментальных средств вроде Visual Studio.

Робот-манипулятор (промышленный робот) – автономное устройство, состоящее из механического манипулятора и системы управления (позволяющей перепрограммировать в широких пределах движения исполнительных органов манипулятора, их количество и траекторию; а также задать другие количественные и качественные параметры конфигурации робота и оснастки), которое применяется для перемещения объектов в пространстве и для выполнения различных производственных процессов.

1 Разработка алгоритма управления

роботом-манипулятором

В данном разделе представлен математический алгоритм решения обратной задачи кинематики и схема алгоритма диалогового интерфейса программы.

1.1 Разработка математического алгоритма

решения обратной задачи кинематики

В робототехнике, есть две основные задачи кинематики:

– прямая задача – это вычисление положения (X, Y, Z) рабочего органа манипулятора по его кинематической схеме и заданной ориентации его звеньев;

– обратная задача – это вычисление углов по заданному положению (X, Y, Z) рабочего органа и опять же известной схеме его кинематики.

Рассмотрим решение обратной задачи на стандартном примере манипулятора с четырьмя степенями свободы (рисунок 1):

– вращение манипулятора в точке “О” относительно оси Z;

– вращение звена OA в точке “O” относительно оси Y;

– вращение звена AB в точке “A” относительно оси Y;

– вращение звена BC в точке “B” относительно оси Y.

Рисунок 1 – Схема робота-манипулятора

Исходя из простой кинематической схемы манипулятора, решение обратной задачи кинематики будет проводиться без использования матриц поворота и сложных преобразований координат, что облегчит вычислительный процесс и обеспечит более наглядное решение.

Из условий задачи на известно положение схвата робота-манипулятора и длины звеньев робота-манипулятора . Нам необходимо определить угол между точкой “С” и плоскостью XY относительно начала координат, для этого перейдем в двумерную систему координат X’Z’ (рисунок 2).

Рисунок 2 – Робот-манипулятор в двумерной системе координат

Координаты точки будут следующими:

Угол поворота манипулятора вокруг оси :

Определяем угол наклона отрезка :

Затем необходимо определить положение точки “B” в двумерной системе координат и угол наклона отрезка OB относительно оси X’ (рисунок 3).

Рисунок 3 – Определение координат точки “B”

Воспользуемся теоремой косинусов:

После преобразований получим:

Таким же способом находим координаты точки “А” и угол наклона отрезка OB (рисунок 4).

Рисунок 4 – Определение координат точки “A”

Осталось найти углы наклона звеньев относительно предыдущего звена (рисунок 5):

Рисунок 5 – Определение углов между звеньями