Исследование кинематических моделей промышленных роботов
Спocoбы oпиcaния кинeмaтичecкиx мoдeлeй пpoмышлeнныx poбoтoв с использованием пакета программ для графического моделирования RSIM. Изучение кинематических моделей ПР, планирование траекторий, компоновки РТК и системы ARPS программирования ПР РМ-01.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | методичка |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.04.2015 |
| Размер файла | 694,0 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/
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
по курсу "Управление промышленными роботами"
для специальности 0606 - "Автоматика и управление в технических системах"
Составители
Фурман Федор Васильевич
Кукареко Евгений Петрович
Юркевич Юрий Леонидович
Содержание
- Введение
- Лабораторная работа № 1. Исследование кинематических моделей промышленных роботов
- Лабораторная работа № 2. Изучение языка программирования АRРS на базе системы графического моделирования RSIM
- Лабораторная работа № 3. Исследование методов компоновки роботизированной ячейки
- Лабораторная работа № 4. Планирование траекторий движения робота РМ-01
Введение
Данный лабораторный практикум включает в себя четыре лабораторных работы по курсу "Управление промышленными роботами", посвященных изучению кинематических моделей ПР, а также вопросов, связанных с компоновкой роботизированных модулей, планированием траекторий и программирования ПР. Работы проводятся на персональных компьютерах типа IBТ РС с использованием оригинального программного обеспечения. В первой лабораторной работе изучается метод описания кинематических моделей ПР с использованием параметров Денавита-Хартенберга (Д-Х) с использованием программы автоматически генерирующей кинематическую структуру ПР по введенной таблице параметров Д-Х. Во второй работе изучается система программирования АRРS применительно к управлению ПР РМ-01. В процессе выполнения данной работы изучаются также вопросы обучения ПР, составления технологических программ для робота-маляра, анализа траектории движения и др. Третья работа посвящена вопросам компоновки роботизированных модулей на базе ПР РМ-01 исходя из анализа достижимости инструментом ПР рабочей поверхности станков. В четвертой работе изучаются вопросы планирования траекторий, основные операторы движения системы программирования АRРS и их реализация в системе управления ПР РМ-01.
Использование оригинального программного обеспечения для выполнения лабораторных работ позволяет более детально изучить основные разделы курса и исключить возможные поломки дорогостоящего оборудования. После выполнения данного цикла лабораторных работ студенты подготовлены для работы на реальном роботе.
При выполнении работ группа разбивается на отдельные бригады по два человека. Каждая бригада выполняет свои вариант работы, который определяет преподаватель. Отчет составляется бригадой и представляется к защите.
В разработке программного обеспечения для лабораторных работ принимали участие сотрудники кафедры автоматики и телемеханики А.П. Пашкевич и А.Э. Раковчук.
Лабораторная работа № 1. Исследование кинематических моделей промышленных роботов
Цель работы: изучение способов описания кинематических моделей промышленных роботов.
Теоретическая часть
Для получения математической модели, дающей соотношение между внутренними и внешними координатами, с каждым звеном манипулятора связывается собственная система координат. B этом случае звено описывается шестью параметрами, из которых три линейных координаты и три угла ориентации. Денавит и Хартенберг предложили метод описания вращательных и поступательных суставов при помощи четырех параметров за счет специального расположения систем координат звеньев. Суть метода состоит в формировании однородной матрицы преобразования размерностью 4х 4, которая описывает положение и ориентацию системы координат каждого звена относительно системы координат предыдущего звена. Поскольку i-я система координат связана с i-м звеном, то при движении последнего i-я система координат будет двигаться относительно (i-1)-ой системы координат. Такой подход позволяет последовательно преобразовывать координаты охвата манипулятора из системы отсчета, связанной с последним звеном, в базовую систему отсчета, являющуюся неподвижной для данной динамической системы. При формировании систем координат звеньев должны выполняться следующие правила (рис 1.1):
ось направляется вдоль оси вращения i-го звена;
ось является общей нормалью к осям и ;
ось выбирают таким образом, чтобы получилась правая тройка векторов.
Алгоритм формирования последовательности согласованных систем координат звеньев робота базируется на изложенных выше трех основных правилах и учитывает геометрический смысл параметров сочленений и звеньев. Необходимо:
1.Определить базовые координаты так, чтобы ось совпадала с осью движения первого сустава.
2.Для систем координат всех суставов i=l,..,n-l выполнить пункты 3-6.
3. Hаправить ось вдоль оси движения (i+l)-го сустава.
4. Расположить начало i-й системы координат на пересечении осей и или на пересечении общей нормали к осям и с осью .
5. Задать ось в соответствии с соотношением
= +- (*Zi)/
либо вдоль общей нормали к осям и если они параллельны.
6. Задать ось из соотношения
для завершения правосторонней системы координат.
7. Сформировать систему координат охвата. Ось направить вдоль оси и от робота. Ось выбрать так, чтобы она была перпендикулярна осям и . Ось дополняет систему до правой тройки.
8. Определение параметров звеньев и сочленений. Для каждого i (i=l,..,n) выолнить пункты 8-11.
9. Определение параметра . Параметр показывает, на какой угол необходимо повернуть ось против часовой стрелки вокруг оси до совмещения с осью .
10. Определение параметра . Параметр - расстояние от начала системы координат (i-l)-го звена до пересечения осей и , отсчитываемое вдоль оси .
11. Определение параметра . Параметр - расстояние от точки пересечения осей и до начала системы координат i-го звена вдоль оси .
12. Определение параметра . Параметр - угол, на который необходимо повернуть ось против часовой стрелки вокруг оси до совмещения с осью .
Для манипулятора, все степени которого вращательные, параметр - обобщенная координата, все остальные параметры постоянные.
На рис. 1.2 приведена кинематическая структура и таблица параметров Денавита-Хартенберга для трехзвенного робота. В соответствии с приведенными правилами определены системы координат суставов.
|
Количество суставов |
3 |
||||||
|
Номер сустава |
1 |
2 |
3 |
||||
|
А(i) |
-200.0 |
-200.0 |
0.0 |
||||
|
D(i) |
0.0 |
-100.0 |
260.0 |
||||
|
Аlрhа(i) |
90.0 |
90.0 |
-90.0 |
||||
|
Thеtа(i) |
0.0 |
-90.0 |
-90.0 |
||||
|
Qmаx |
180.0 |
180.0 |
300.0 |
||||
|
Qmin |
-180.0 |
-180.0 |
0.0 |
||||
|
Тип сустава |
Вращ. |
Вращ. |
Постулат. |
||||
|
dX |
dY |
dZ |
Rx |
Ry |
Rz |
||
|
Основание |
0.0 |
0.0 |
200. |
-90.0 |
0.0 |
90.0 |
|
|
Инструмент |
0.0 |
100. |
0.0 |
90.0 |
0.0 |
0.0 |
Рис. 1.2
Татрица, задающая положение основания и инструмента, может быть получена путем последовательного перемножения матриц элементарных поворотов и сдвигов. Для данного примера матрица инструмента имеет вид
При заданных системах координат звеньев и найденных параметрах Денавита-Хартенберга координаты точки , заданные в подвижной i-й системе координат, можно преобразовать в координаты этой же точки относительно неподвижной (i-l)-й системы координат, выполняя последовательно четыре следующих операции:
- поворот вокруг оси Zi-l на угол qi, чтобы ось Хi-l стала сонаправленной с осью Хi;
- сдвиг вдоль оси Zi-l на расстояние di, до совмещения оси Хi-l и Хi;
- сдвиг вдоль оси Хi на расстояние аi, чтобы совместить начала систем координат;
- поворот вокруг оси Хi на угол аi до совпадения i-й и (i-l)-й систем координат.
Результирующая ДХ-матрица для смежных i-й и (i-l)-й систем координат получается в результате произведения четырех матриц элементарного сдвига-поворота
(1.1)
Используя приведенное описание, переход из (i-l)- й в i-ю систему координат осуществляется при помощи умножения на матрицу i-lАi. Kоординаты рi точки р относительно i-й системы координат связаны с однородными координатами этой точки относительно (i-l)-й системы координат с помощью соотношения
(1.2)
Решение прямой задачи кинематики для шестизвенного манипулятора заключается в вычислении матрицыи , путем последовательного перемножения шести матриц
(1.3)
Положение схвата (инструмента) в мировой системе координат определяется с помощью соотношения (рис.l.3)
(1.4)
где nА - матрица, определяющая положение и ориентацию системы координат схвата относительно системы координат последнего звена.
С другой стороны, матрица инструмента Т может быть задана вектором положения центра инструмента р и тремя векторами ориентации инструмента n, s, а
, (1.5)
где компоненты имеют следующий смысл:
n - вектор нормали к схвату, B случае плоскопараллельного движения пальцев схвата этот вектор перпендикулярен пальцам манипулятора;
s - касательный вектор схвата, Он лежит в плоскости движения пальцев схвата и указывает направление движения пальцев во время открытия и закрытия схвата;
а - вектор подхода схвата. Он направлен по нормали к ладони схвата;
р - вектор положения схвата. Этот вектор направлен из начала базовой системы координат к началу системы координат схвата. Проекции векторов n, s, а образуют матрицу ориентации инструмента
(матрицу направляющих косинусов). Эта же матрица может быть получена тремя последовательными поворотами системы координат Тооl относительно системы координат wоrld на углы , , , называемыми углами Эйлера.
Татрица манипулятора Т может быть представлена через углы Эйлера в виде
(1.6)
Используя данное соотношение для Т и соотношение, полученное в результате решения прямой кинематической задачи (1.4), получим уравнение для нахождения параметров шестимерного вектора Рх, Ру, Рz, , , . Эти параметры описывают положение и ориентацию схвата ПР в пространстве и зачастую используются в качестве выходной информации оператору. B программе RIТАGЕ углы (р, 6, у/ обозначены соответственно как ZZ, УУ и ХХ.
Еще одной системой углов для описания ориентации схвата и представления информации оператору являются углы ориентации о, а,Т (рис 1.4).
Угол о (оriеnТаТiоn) - угол между проекцией оси а системы координат инструмента на плоскость ХУ базовой системы координат и осью Х, отсчитываемый вокруг оси Zо.
Угол а (аlТiТudе) - угол между осью а системы координат инструмента и осью Z базовой системы координат, отсчитываемый вокруг оси инструмента s.
Угол Т (Тооl)-угол между линией пересечения плоскостей Хwогld, Уwоrld базовой системы координат, ХТооl, УТооl системы координат инструмента и осью s системы координат инструмента, отсчитываемый вокруг оси инструмента а.
Такое представление используется в ПР РТ-ОL
Татрицу манипулятора в данном случае можно представить через углы о, а,Т в виде
(1.7)
Оnuсанuе работы nрограммы RIТАGЕ
Основные режимы работы программы:
l. Filе/Ореn Производится загрузка ранее созданной и сохраненной в файл модели робота.
1.Filе/Lоаd DеfаulТ. Производится загрузка модели робота. По умолчанию принята модель манипулятора РТ-01.
3. Filе/Sаvе. Текущая модель сохраняется в файл.
4. Filе/Dоs shеll. Bременный выход в ДОС.
5. Filе/ЕхiТ. Окончание работы в программе RIТАGЕ.ЕХЕ.
6. ЕdiТ/Nuтbеr оf jоinТ. Определяется количество суставов манипулятора (1..6).
7. ЕdiТ/Тооl раrатеТеrs. Определяются параметры инструмента манипулятора nАТооl.
8. ЕdiТ/RоbоТ bаsis раrатеТеrs. Определяется положение основания манипулятора в мировой системе координат .
9. ЕdiТ/РаrатеТеrs оf link n, Производится определение параметров n-го звена манипулятора. Kоличество данных пунктов меняется в зависимости от количества звеньев.
10. Теасhing. Производится позиционирование манипулятора по различным точкам. Обучение может происходить в режиме пульта либо в режиме прямого ввода значений координат манипулятора.
11. ОрТiоns/Аnglе рrеsеnТаТiоn. Позволяет изменить представление углов о, а,Т или KРЕH, ТАHГАЖ, РЫСKАHЬЕ (, , ).
12. 0рТiоns/Disрlау frатеs. Позволяет определить системы координат, которые необходимо отслеживать визуально.
13. Viеw роinТ/Viеw роinТ n. Задает одну из пяти стандартных точек зрения.
14. Viеw роinТ/Dеfinе. Позволяет определить любую из пяти точек зрения.
15. Viеw роinТ/Sаvе viеw роinТs. Позволяет сохранить текущие точки зрения в файл для последующего использования.
16. Viеw роinТ/RеsТоrе viеw роinТs. Позволяет восстановить точки зрения из файла.
17. Hеlр/Indех. Позволяет просмотреть информацию по одному из выбранных индексов.
18. Hеlр/HоТ kеуs. Просмотр всех доступных горячих клавиш, При работе в диалогах действуют следующие правила При нажатии Еsс происходит выход из диалога без внесения каких-либо изменений.
При нажатии ЕnТеr происходит выход из диалога с внесением соответствующих изменений. Для изменения активного объекта служат комбинации клавиш Таb, ShifТ-Таb, а также управляющие клавиши LеfТ,RighТ,Uр,Dоwn. Во всех режимах работы программы доступна горячая клавиша F1, по которой можно получить справочную информации по текущему объекту.
Порядок выполнения работы
1. Для заданного варианта кинематической схемы манипулятора выбрать системы координат звеньев и составить таблицу параметров Денавита-Хартенберга. Получить матрицу инструмента и матрицу для задания положения основания робота.
2. Ввести полученную таблицу в компьютер и сгенерировать кинематическую структуру манипулятора. Проверить правильность полученной модели на соответствие заданию.
3. По заданной точке в обобщенных координатах решить прямую задачу кинематики с учетом выбранного представления оператору об ориентации охвата.
4. Используя полученную на компьютере модель, проверить правильность решения прямой задачи кинематики. С этой целью необходимо войти в режим обучения (РЕЖИМ ПУЛЬТА) и задать исходную точку в обобщенных координатах. Результат решения отображается в окне данных, расположенном в верхней части экрана.
Содержание отчета
1. Кинематическая схема ПР с расположением фреймов суставов.
2. Таблица параметров Д-Х звеньев и охвата.
3. Расчет прямой задачи кинематики в контрольной точке.
4. Распечатка кинематической модели ПР с окном данных, в котором отображены обобщенные и декартовы координаты контрольной точки.
Варианты кинематических структур
Лабораторная работа № 2. Изучение языка программирования АRРS на базе системы графического моделирования RSIM
кинeмaтичecкий робот траектория моделирование
Цель работы: получение практических навыков в программировании ПР РМ-01 с использованием пакета RSIТ. Изучение основных команд движения системы программирования АRРS и методов обучения ПР.
Система программирования АRРS
Общие сведения о системе АRРS
Комментарии в тексте программы начинаются с буквы С в первой позиции строки.
Расстояния. Расстояния задаются в миллиметрах. Наименьшее приращение расстояния составляет 0,01 мм.
Угловые величины. Угловые величины задаются в градусах. Наименьшее угловое изменение составляет 0,005 градусов.
Программные инструкции. Список основных программных инструкций приведен ниже.
Задание скорости. Скорость движения рабочего органа манипулятора определяется либо как величина абсолютной скорости, либо она может быть установлена в пределах от 2,0 до 3000 мм/с с помощью коэффициента масштабирования скорости (см. операторы SРЕЕD, SРЕЕD%, SРЕЕD NЕХТ). На практике верхним пределом скорости является 500 мм/с, который не должен быть превышен за исключением чрезвычайных случаев. Наименьшее допустимое изменение скорости составляет +0.1 мм/с. Задание абсолютной величины скорости имеет смысл только в случае прямолинейных перемещений. Она измеряется для начала координатной системы инструмента Тооl, расположенного на фланце, относительно координатной системы wоrld.
Коэффициент масштабирования скорости задается в процентах от 1 до 300 (100% соответствуют коэффициенту 1). Наименьшее значение коэффициента составляет 1%. Действительная скорость манипулятора вычисляется путем умножения абсолютной скорости на коэффициент масштабирования.
Точки определяются положениями, к которым или через которые рабочий орган манипулятора должен пройти в процессе выполнения производственной задачи. Точки бывают трех типов:
1) обыкновенные точки - заданы координаты Х,У,Z,0,А,Т;
2) составные точки - одна обыкновенная точка задается относительно другой;
3)прецизионные точки - заданы координаты ql,q2,..,q6.
Точкам могут присваиваться имена, состоящие из одного или нескольких символов. Допустимыми символами являются буквы А-Z, цифры 0-9 и знак точки. Отличительным признаком прецизионной точки является знак # в начале имени.
Системы координат. Для управления манипулятором используют систему координат суставов JоinТ, а также декартовы - базовую систему координат wоrld и систему координат инструмента Тооl. Базовая система координат фиксирована, и только с использованием программной инструкции BАSЕ ее позицию можно изменить. Инструментальная система координат Тооl связана со схватом манипулятора. Положение системы координат Тооl может быть скорректировано при помощи инструкции ТООL.
Программные переключатели
На работу системы управления можно влиять с помощью программных переключателей, которые представляют собой переменные, принимающие два значения - активное разрешенное и пассивное запрещенное состояния. Состояние программного переключателя может изменяться командами ЕNАBLЕ и DISАBLЕ. Например, инструкция ЕNАBLЕ BRЕАK устанавливает программный переключатель BRЕАK в активное состояние.
Переключатель BRЕАK влияет на непрерывность движения. Если переключатель находится в разрешенном состоянии (ЕNАBLЕ BRЕАK), рабочий орган манипулятора будет останавливаться в точке назначения каждой инструкции перемещения. Если переключатель находится в запрещенном состоянии (DISАBLЕ BRЕАK), то рабочий орган манипулятора переходит от одной точки к другой на постоянной скорости, пока программа не достигнет инструкции, безусловно останавливающей движение (например, инструкция DЕLАУ). Исходное состояние этого переключателя - DISАBLЕ.
Пример:
.РRОGRАТ SQUАRЕ
SРЕЕD 400
ЕNАBLЕ BRЕАK
GО А
SРЕЕD NЕХТ 100
GОSB
DISАBLЕ BRЕАK
GОSС
SРЕЕD% 50
GОSD
COS А
.ЕND
На рис. 2.1 изображен вид траектории инструмента робота при отработке приведенной программы. Кривизна реальной траектории в точках D и С зависит от установленной скорости прохождения через эти точки.
Определение конфигураций манипулятора
Для манипулятора РМ-01 возможны различные конфигурации, которые определяются по аналогии с геометрией руки человека в соответствии с расположением систем координат звеньев. Конфигурация манипулятора устанавливается следующим образом (рис. 2.2):
ПРАВАЯ РУКА: При неподвижном 3-м суставе увеличение угла приводит к увеличению координаты запястья по оси .
ЛЕВАЯ РУКА: При неподвижном 3-м суставе увеличение угла приводит к уменьшению координаты запястья по оси .
ВЕРХНЯЯ РУКА (локоть выше запястья): Положение запястья (ПРАВОЙ/ ЛЕВОЙ) руки по отношению к системе координат плеча характеризуется (отрицательным/положительным) значением координаты по оси .
НИЖНЯЯ РУКА (локоть ниже запястья): Положение запястья (ПРАВОЙ/ ЛЕВОЙ) руки по отношению к системе координат плеча характеризуется (положительным/отрицательным) значением координаты по оси .
КИСТЬ ВНИЗ: Скалярное произведение единичного вектора s системы координат схвата и единичного вектора системы координат положительно.
КИСТЬ ВВЕРХ: Скалярное произведение единичного вектора s системы координат схвата и единичного вектора у системы координат (х, у, z) отрицательно.
В соответствии с этими определениями выберем индикаторы конфигурации J2(РVKА), J3(АОKОТb), J5(3АnАСТbЕ). Индикаторы J2, J3 определяют одну из четырех возможных конфигураций манипулятора (рис. 2.2) путем выбора одного из четырех возможных решений обратной задачи кинематики для первых трех суставов. Для каждой из этих конфигураций третий индикатор J5 обусловливает выбор одного из двух возможных решений обратной задачи кинематики для трех последних суставов. Таким образом
Изменить конфигурацию робота можно в режиме обучения нажатием клавиш "2", "3", "5".
Методы обучения промышленного робота
Обучение с целью последующего воспроизведения роботом рабочей программы является наиболее распространенным методом управления промышленными роботами. Программирование обучением выполняется за несколько шагов:
обучение робота в медленном режиме при ручном управлении для выполнения технологической операции и запись углов суставов робота с целью повторного воспроизведения движения;
корректировка и воспроизведение обученного движения;
если обученное движение правильно, робот приступает к выполнению повторяющихся операций с заданной скоростью.
Обучение робота может проводиться в системе координат jоinТ, wоrld и Тооl, путем непосредственного ввода численных значений координат обученной точки либо с использованием режима пульта.
В последнем случае робот выводится в нужную позицию и текущие координаты запоминаются. Для обычной точки запоминаются координаты Х, У, Z, о, а, Т, а для прецизионной точки - q, q, q, q, q, q.
При обучении робота следует помнить, что в случаях, когда требуется сохранить ориентацию инструмента относительно рабочей поверхности, необходимо применять обучение в системе координат wоrld или Тооl. Обучение в системе wоrld можно применить, если, рабочая поверхность параллельна плоскости ХУ мировой системы координат. При этом следует учитывать, что положение системы wоrld может быть перемещено на Эту плоскость с помощью инструкции BАSЕ (рис. 2.3). При обучении схват манипулятора движется вдоль осей повернутой базовой системы координат, относительно которой будут запоминаться координаты обученной точки. При использовании точек, запомненных относительно смещенной базовой системы координат, в управляющей программе необходимо указать величину смещения базовой системы координат с помощью инструкции BАSЕ Х,У,Z,zz.
При обучении в системе координат инструмента необходимо обеспечить желаемую ориентацию системы Тооl относительно рабочей плоскости, после чего схват манипулятора будет двигаться вдоль осей системы Тооl, а координаты точки будут запоминаться в мировой системе координат wоrld. Данный метод применяется в случае более сложного расположения рабочей поверхности либо, когда требуется сохранить ориентацию инструмента на всей траектории движения. В более общих случаях используется одновременно обучение во всех трех системах координат. Если при обучении использовалась инструкция BАSЕ, то данная инструкция должна быть также применена и в управляющей
Рис.2.3
При определении числа обучаемых точек необходимо помнить, что для перемещения охвата ПР можно использовать операторы с относительным заданием целевой точки (ТОVЕ, ТОVЕS, ТТОVЕ и др.) и абсолютным (GО, GОS).
Основной недостаток программирования роботов методом обучения -трудность его использования для включения информации с датчиков обратной связи.
Порядок составления управляющей программы
Процедура составления управляющей программы с помощью пакета RSIТ включает следующие этапы:
создание управляющей модели РТК;
выбор узловых точек траектории движения схвата робота и последующее обучение этим точкам;
создание в редакторе текста управляющей программы;
запуск программы на выполнение и просмотр результатов моделирования.
Пусть требуется чтобы робот выполнил следующие действия:
1) приход в точку над деталью (точка #А 1);
2) подход к детали (точка А 2);
3) смыкание охвата;
4) подъем детали (точка #А 1);
5) перемещение в точку над целью (точка А 3);
6) перемещение в точку цели (точка А 4);
7) размыкание схвата;
8) возврат в исходное состояние (GО RЕАDУ).
Для выполнения требуемых действий необходимо набрать следующую программу:
1. GО••••#А 1
2. GОS А 2
3. GО&СLОSЕ #А 1
4. GО А 3
5. GО А 4
6. ОРЕN
7. GО RЕАDУ
В этой программе точка #А 1 хранится как прецизионная (ql, q2, q3, q4, q5, q6), а точки А 2, А 3, А 4 - как обычные (Х, У, Z, 0, А, Т). Точкам А 2, А 3 над деталью и над целью можно и не обучать, если применить оператор GОNЕАR. Так строчку 1 программы можно записать в виде
1.GОNЕАR А 2,100.
По этой команде манипулятор робота перемещается в положение 100мм выше детали. Если в точках А 3 и А 4 манипулятор имел различные конфигурации, то после четвертой строки необходимо определить новую конфигурацию (например вставив три строчки J2 LЕFТ, J3 UР, J5 РLUS).
Если координаты точки А 4 смещены относительно координат точки А 3 на 100мм по оси Х и на 200мм по оси Z, то строку 5 программы можно записать в виде
5. ТОVЕ 100"200.
При этом не требуется обучать ПР точке А 4.
Перед запуском программы необходимо установить скорость движения манипулятора. Например скорость в 100 мм/с устанавливается следующим образом:
SРЕЕD 100.
На перемещение робота влияет установка коэффициента скорости SРЕЕD %. Например, последовательность команд
SРЕЕD 500
SРЕЕD % 300
обеспечивает отработку соответствующего участка траектории со скоростью 1500 мм/с.
Проверить правильность написания программы можно запустив ее на выполнение (СТrl/F9).
Описание пакета RSIТ
Взаимодействие основных модулей системы моделирования можно описать с помощью следующей схемы
Процедура обучения реализована в модуле RSIТТСH.ЕХЕ
Пункт меню ЕdiТ/Теасhing тоdе поддерживает обучение ПР контрольным точкам путем имитации выносного пульта оператора. Величина шага при обучении задается нажатием клавиши + или -. Контролировать от пульта предельные значения каждой из управляемых координат можно с помощью специальной панели в левой части окна. Для обучения ПР захвату детали необходимо нажать клавишу "Ввод", после чего выбрать необходимую деталь. После повторного нажатия клавиши "Ввод" ПР выходит в позицию захвата, совмещая систему координат схвата с системой координат детали. Обученная точка может быть сохранена как прецизионная (в обобщенных координатах) либо в декартовых координатах. Для перевода ПР в исходное состояние GО RЕАDУ служит клавиша Hоте. Открытие и закрытие схвата осуществляется нажатием соответственно клавиш Ins и Dеl.
Изменить точку зрения можно с помощью горячей клавиши F3. Физический смысл параметров приведен на рис. 2.5.
Рис. 2.5
Порядок выполнения работы
1. Изучить работу программы RSIТ. С этой целью:
- запустить программу RSIТ и ознакомиться с основными пунктами меню;
- освоить обучение ПР в координатах суставов jоinТ, мировых координатах wоrd и координатах инструмента Тооl.
2. В соответствии с вариантом необходимо обучить робота-маляра рисованию заданных букв алфавита. С этой целью:
загрузить модель ячейки РМ-01 (выбрав в режиме Filе пункт Nеw);
по указанию преподавателя создать плоскость, на которой будет рисоваться буква алфавита. Размер буквы и расстояние инструмента робота до плоскости также задаются в варианте задания;
обнулить файл обученных точек (выбрав в режиме Filе пункт Nеw с последующим выбором файла точек);
для заданного варианта выбрать все точки, необходимые для решения задачи;
сориентировать в режиме обучения схват манипулятора перпендикулярно рабочей поверхности;
обучить робота всем необходимым точкам;
сохранить файл обученных точек (*.рnТ) и файл с изображением робота (*.рiс) с одинаковым именем.
3. С использованием встроенного редактора, а также окна команд языка АRРS и окна точек написать программу для выполнения роботом поставленной задачи. После этого готовая программа сохраняется в файле под таким же именем (*.агр).
4. Проанализировать результаты моделирования. С этой целью:
- загрузить программу на языке АRРS в окно редактора;
- загрузить файл обученных точек;
- установить вид отображаемой информации (углы, скорости, моменты суставов, либо декартовы координаты схвата);
- запустить программу на выполнение.
Основные команды системы АRРS
Инструкция "СLОSЕ" (BRЕАK) закрывает схват манипулятора. По умолчанию время задержки на закрытие схвата равно 0,2 с, но это время можно изменить при помощи программной инструкции "СDЕLАУ".
DЕLАУ (BRЕАK). С помощью инструкции "DЕLАУ" в прикладной программе формируются временные задержки. Формат инструкции
DЕLАУ ВРЕМЯ,
где ВРЕМЯ - время задержки от 0.00 до 327.67 с
Командой "ЕNАBLЕ" устанавливаются в разрешенное состояние программные переключатели. Формат команды
ЕNАBLЕ 'программный переключатель'.
GО и GОS. Фланец манипулятора можно переместить в нужное положение с помощью инструкций "GО" и "GОS". В случае инструкции "GО" фланец перемещается по непредсказуемой траектории, причем каждое звено движется по кратчайшему расстоянию между начальной и конечной точками заданной траектории, а при "GОS" - по прямолинейной траектории. Формат инструкции
GО имя точки
GОS имя точки,
где имя точки - имя обыкновенной, составной или прецизионной точки.
Примеры:
1) GО LОG1 -фланец манипулятора перемещается в точку LОСI по сложной траектории;
2) GОS #B1 -фланец манипулятора перемещается в прецизионную точку В 1 по прямолинейной траектории.
GО&ОРЕN,GОS&ОРЕN,GО&СLОSЕ,GОS&СLОSЕ
Эти инструкции выполняют действия, аналогичные инструкциям "GО" и "GОS", но в начале движения схват манипулятора или открывается (GО&ОРЕN и "GОSОРЕN), или закрывается (GО&СLОSЕ и GО&СLОSЕ).
По инструкции "GО RЕАDУ" рабочий орган манипулятора перемещается в специальное положение (углы звеньев: 1=0,2=-90,3=90,4=0,5=0,6=0).
По инструкции "СIR" фланец манипулятора перемещается в нужное положение по круговой траектории, определяемой тремя точками. Формат инструкции
СIR имя точки 1, имя точки 2, имя точки 3,
где имя точки 1 - имя начальной точки на дуге окружности;
имя точки 2 - имя конечной точки на дуге окружности;
имя точки 3 - имя произвольной точки, принадлежащей окружности и отличной от первых двух точек.
Примеры:
СIR А,В,С
СIRB,D,А
фланец манипулятора перемещается из точки А сначала в точку В, а затем в точку D. Точки А,В,С и D принадлежат одной окружности.
Примечания:
1. Для программной инструкции "СIR" дуга между начальной и конечной точками должна быть меньше 180°.
2. Для программной инструкции "СIR" изменение угла ориентации Т между начальной и конечной точками не должно превышать 180°.
3. Перед выполнением программной инструкции "СIR" необходимо переместиться в начальную точку на дуге окружности, используя операторы "GО" или "GОS".
Команда "HЕRЕ" присваивает координатам точки с заданным именем значение текущего положения манипулятора робота. Формат команды:
HЕRЕ имя точки,
в команде задается имя обыкновенной, составной или прецизионной точки.
По инструкции "HАLТ" прекращается выполнение прикладной программы. Выполнение прикладной программы не может быть продолжено по команде оператора "СОNТINUЕ". Формат инструкции
HАLТ <'текст'>,<переменная>,
где текст - произвольная строка знаков, заключенная в апострофы, которая выводится на Экран при выполнении инструкции "HАLТ";
переменная - имя целой переменной или константа, значение которой выводится на экран после заданного текста при выполнении инструкции "HАLТ".
Примеры:
1)HАLТ `ЕRRОR`, ЕRRОRСОDЕ.
Инструкция прекращает выполнение прикладной программы и выводит на экран текст ЕRRОR и значения целой переменной ЕRRОRСОDЕ.
Инструкция "LОСАТЕ" вычисляет значения координат точки 2 и присваивает полученные значения координатам точки 1. Формат инструкции
LОСАТЕ имя точки 1 =<INVЕRSЕ> имя точки 2,
где имя точки 1 - имя обыкновенной, составной или прецизионной точки, значения координат которой устанавливаются как значения координат точки 2;
имя точки 2 - имя обыкновенной, составной или прецизионной точки; если задан аргумент INVЕRSЕ, то вычисляются координаты точки, обратной точке 2.
Примечания:
1. Если точка 2 является прецизионной точкой, то точка 1 также должна быть прецизионной.
2. Для прецизионных точек нельзя вычислить координаты обратной точки.
Инструкции ТОVЕ и ТОVЕS. Фланец манипулятора перемещается на заданное расстояние относительно базовой системы координат WОRLD с помощью инструкций "ТОVЕ" и "ТОVЕS". Формат инструкций:
ТОVЕ <DХ>,<DУ>,<DZ>
ТОVЕS <DХ>,<DУ>.<DZ>,
где DХ, DУ, DZ - величина перемещения фланца в направлении соответственно оси Х, У и Z системы координат wоrld.
При задании движения по инструкции "ТОVЕ" осуществляется одновременное перемещение звеньев манипулятора до достижения заданной точки, причем фланец движется по сложной траектории, а траекторией движения по инструкции "ТОVЕS" является прямолинейная траектория. Движение в направлении осей Х,У,Z выполняется одновременно.
Пример:
ТОVЕ 10,,20.
Инструкция перемещает фланец манипулятора на 10 мм в направлении оси Х и на 20 мм в направлении оси Z.
ТОVЕ JОINТ. Звенья манипулятора можно перемещать с помощью инструкции "ТОVЕ JОINТ". Формат инструкции
ТОVЕ JОINТ индекс звена, угол,
где индекс звена - целая константа, значение которой указывает, какое звено перемещается. Значение должно быть от 1 до 6; угол - величина перемещения звена в градусах.
Например:
ТОVЕ JОINТ 2,30.
Инструкция перемещает второе звено манипулятора на 30 градусов в положительном направлении.
ОDЕLАУ. Время задержки на открытие схвата устанавливается с помощью инструкции "ОDЕLАУ". Формат инструкции
ОDЕLАУ ВРЕМЯ.
ОРЕN (BRЕАK). Инструкция "ОРЕN" открывает схват. Первоначальное значение времени задержки на открытие равно 0,2 с. Это значение можно изменить с помощью инструкции "ОDЕLАУ".
Команда "SРЕЕD" устанавливает базовую скорость движения инструмента манипулятора. Формат команды
SРЕЕD скорость.
В команде задается скорость в пределах от 2,0 до 500,0 мм 1с.
Примечание. Действительное значение скорости получается умножением базовой скорости на масштабный коэффициент, заданный командой "SРЕЕD%".
Например:
SРЕЕD 300
устанавливает базовую скорость, равную 300 мм/с.
Команда "SРЕЕD%" используется для масштабного коэффициента. Формат команды
SРЕЕD% масштабный коэффициент,
где масштабный коэффициент - целая переменная или константа, значение которой от 1 до 300. Значение 100 (100%) соответствует коэффициенту 1.
Пример:
1) SРЕЕD% 50 - уменьшает скорость движения инструмента манипулятора в два раза.
Команды ТТОVЕ и ТТОVЕS служат для перемещения руки робота в системе координат Тооl. Формат команды
ТТОVЕS <dх>, <dу>, <dz>
ТТОVЕ <dх>,<dу>,<dz>,
где dх, dу, dz -величина перемещения охвата, измеренная соответственно вдоль оси Х, У, Z системы координат Тооl.
По команде ТТОVЕ движение осуществляется вдоль по интерполируемой от сустава к суставу траектории, по команде ТТОVЕS - траектория движения прямолинейная. Движение в направлении осей Х, У, Z выполняется одновременно.
Пример:
ТТОVЕS 10, 10, 10.
Рука перемещается по прямолинейной траектории на 10мм по направлениям всех осей системы координат Тооl.
Лабораторная работа № 3. Исследование методов компоновки роботизированной ячейки
Цель работы: изучение принципов проектирования и компоновки роботизированной производственной ячейки с учетом достижимости рабочих точек.
Теоретическая часть
Проектирование компоновки роботизированной ячейки является одним из важнейших этапов внедрения, от которого в значительной степени зависит эффективность всего проекта. В ходе проектирования необходимо определить взаимное положение робота и основных элементов ячейки.
Технологическое оборудование включает основное и вспомогательное технологическое оборудование. Разработка схемы размещения оборудования связана с оптимизацией управляющей программы. Для обеспечения минимальной длительности технологического цикла требуется минимизировать количество шагов программы и движений робота.
Средства транспортировки деталей включают оборудование для перемещения деталей между единицами основного оборудования (конвейеры, транспортные роботы, подвесные тележки и т.п.)
В роботизированном производстве широко применяются различные типы палетт, контейнеров, в которых каждая деталь занимает определенное положение и ориентацию, либо специальные питатели, которые по очереди ориентируют детали в определенной точке для их захвата.
При создании РТК необходимо размещать технологическое оборудование внутри рабочей области робота, вид которой обычно приводится в технических данных робота. Однако это не гарантирует, что робот сможет выполнить любую операцию с объектом, находящимся внутри этой поверхности. Во-первых, она построена без учета геометрии инструмента манипулятора и может быть значительно сужена либо расширена для другого инструмента. Во-вторых, подобная рабочая зона отображает лишь возможность достижения определенной точки без учета ориентации инструмента. В-третьих, внутри рабочей зоны могут быть так называемые вырожденные участки, в которых возникают трудности с решением задач обратной кинематики и планирования траектории и поэтому их рекомендуется избегать. Все перечисленные ограничения проявляются сильнее при приближении к границе рабочей зоны робота.
Различают несколько обобщенных критериев оценки эффективности выбора точки внутри рабочего пространства.
1. Достижимость. Под достижимостью понимается возможность совмещения рабочей точки инструмента (Тооl СеnТеr РоinТ) с точкой пространства, заданной обычно 3-мя координатами {Х,У,Z}, либо 6-ю (с учетом углов ориентации). В техническом паспорте ПР обычно приводятся проекции зон достижимости, построенных для трех координат. Построить такую зону можно, решив прямую задачу кинематики для всех возможных значений переменных суставов.
2. Манипулятивностъ. Определяется как возможность достижения инструментом данной точки с различной ориентацией. Может быть выражена, в частности, через угол сервиса, определяемый как телесный угол, охватываемый осью Z инструмента для всех его
доступных углов ориентации в данной точке. Для анализа манипулятивности уже необходимо знать метод решения обратной задачи кинематики робота.
3. Мобильность. Отражает возможность робота осуществлять движение из данной точки по различным направлениям. Мобильность может быть оценена как произведение максимальных скоростей, достигаемых манипулятором в направлениях осей мировой системы координат. Кроме того, может быть выбран вектор наибольшей подвижности манипулятора. Для оценки мобильности необходимо знать выражение для якобиана J(q) робота, задающего отношение между скоростями суставов манипулятора , а также векторами линейных V и угловых скоростей рабочей точки инструмента:
,
и максимальные величины скоростей суставов, которые могут быть достигнуты в данной точке.
Точки с наибольшей мобильностью робота могут быть расположены ближе к краю зоны достижимости манипулятора, поскольку выпрямленная рука манипулятора обеспечивает большую линейную скорость инструмента.
Полный анализ рабочей зоны манипулятора с использованием нескольких критериев позволяет выделить внутри зоны достижимости участки, более предпочтительные для размещения оборудования. Однако такой расчет является достаточно трудоемким.
Построение частных зон достижимости для анализа рабочей зоны робота
В пакете RSIТ для удобства компоновки РТК применяется метод построения частных зон достижимости, при котором на манипулятор накладываются следующие ограничения:
- инструмент должен сохранять постоянную ориентацию;
- рабочая точка инструмента должна находиться в одной горизонтальной плоскости;
- рука манипулятора должна иметь постоянную конфигурацию.
Для всех точек, заданных на сетке в плоскости Х-У с фиксированным шагом (50 тт), производится решение обратной задачи кинематики. Если такое решение существует, то данная точка помечается. Полученная заштрихованная поверхность дает наглядное представление о том, где в данной плоскости может быть размещена рабочая зона оборудования либо накопитель с деталями, причем гарантируется достижение заданной ориентации.
Рис 3.1. Частная зона достижимости.
На рис 3.1 приведен пример построения частной зоны достижимости для следующих условий:
- начальное положение инструмента: Х=700тт, У= 150тт, Z= -100тт;
- ориентация инструмента: 0=0°, А=180°, Т = 0°;
- конфигурация руки: J2 = LЕFТ,J3=UР, J5 = ТINUS;
Для расстановки всего оборудования ячейки необходимо определить высоту и ориентацию инструмента для каждой операции во всех технологических зонах оборудования или накопителей, посредством обучения вывести инструмент робота в точку с этими параметрами (координаты Х и У произвольны) и построить для них частные зоны достижимости. Форма частной зоны достижимости зависит не только от ориентации, но и от конфигурации руки манипулятора в начальной точке (рис.3.2). Рекомендуется размещать оборудование таким образом, чтобы для достижения всех рабочих точек манипулятору не пришлось бы изменять конфигурацию, поскольку эта операция требует больших затрат времени на развороты, близкие к 180°.
Рис 3.2 Примеры построения частной зоны достижимости для различных ориентации инструмента и конфигурации манипулятора
На рис. 3.3-3.6 изображен пример компоновки ячейки РТК. Задачей робота является захват детали с ленты конвейера, перенос ее на вертикально-сверлильный станок и затем в бункер.
Графическое моделирование оборудования РТК
Геометрическое моделирование объектов оборудования и деталей осуществляется при помощи специализированного графического редактора RSIТСЕLL, который может быть вызван из головного модуля RSIТ при помощи пункта меню РЕДАКТОР/МОДЕЛЬ ЯЧЕЙКИ.
Графический редактор обеспечивает следующие возможности.
Раздельное редактирование модели робота, предметов оборудования и деталей (выбор текущего класса объектов осуществляется выбором соответствующего пункта меню ПАРАМЕТРЫ/ Робот/Оборудованив/ Деталь [ОРТIОNS/RоbоТ/ЕnvirоnтеnТ/ Wоrkрiесе]).
Объекты, созданные как Деталь, отличаются от объектов типа Оборудование тем, что они могут быть захвачены охватом робота и перенесены в другое место. Для объектов, являющихся элементами робота, предусмотрены только команды редактирования формы (для корректировки инструмента робота) и изменения цвета.
Создание нового объекта из числа следующих графических примитивов:
плоскость (команда СОЗДАТЬ/Плоскость [NЕW/Рlаnе]) задается четырьмя угловыми точками (рис. 3.7);
параллелепипед (команда СОЗДАТЬ/Параллелепипед [NЕW/Bох]) -также задается четырьмя угловыми точками (рис. 3.8);
шестигранник (команда СОЗДАТЬ/Шестигранник [NЕW/6-Рlаnе])-в отличие от параллелепипеда задается всеми восемью угловыми точками (рис. 3.9);
конус (команда СОЗДАТЬ/Конус [NЕW/6-Рlаnе]) задается координатами центров основания и вершины, а также их радиусами (рис.3.10).
...Подобные документы
Область применения промышленных роботов. Тенденция увеличения парка промышленных роботов в современном производстве. Компоненты промышленных роботов, принципы их работы и построения. Датчики, применяемые для сбора информации в промышленных роботах.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 06.04.2012- Автоматизированная информационная система программирования логики промышленных роботов для ООО "ВМЗ"
Организационно-штатная структура конструкторского отдела систем управления технологическим оборудованием предприятия. Обоснование технологии разработки автоматизированной системы программирования логики промышленных роботов. Моделирование данных.
дипломная работа [7,8 M], добавлен 23.06.2012 Понятие верификации моделирующих компьютерных программ. Классификация математических моделей. Языки программирования, используемые для имитационных моделирующих программ. Способы исследования реальных систем. Методы повышения валидации и доверия к модели.
шпаргалка [38,8 K], добавлен 02.10.2013Исследование больших объемов данных, выявление зависимостей, статистические и маркетинговые исследования и построение моделей. Создание проекта разработки статистического пакета. Структура пакета, план его реализации. Выбор инструментов разработки.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 20.10.2012История развития и классификация высокоуровневых языков логического программирования. Определение понятий графического интерфейса, сетевых протоколов и моделей баз данных. Современные системы программирования компании Borland/Inprise и фирмы Microsoft.
курсовая работа [72,3 K], добавлен 11.07.2011Понятие компьютерной и информационной модели. Задачи компьютерного моделирования. Дедуктивный и индуктивный принципы построения моделей, технология их построения. Этапы разработки и исследования моделей на компьютере. Метод имитационного моделирования.
реферат [29,6 K], добавлен 23.03.2010AnyLogic как инструмент компьютерного моделирования нового поколения. Процесс разработки моделей и реализация имитационных моделей для распространения эпидемического заболевания. Разработка систем обратной связи (диаграммы потоков и накопителей).
контрольная работа [1,8 M], добавлен 21.07.2014Исходные данные по предприятию ОАО "Красногорсклексредства". Разработка математических моделей задач по определению оптимальных планов производства продукции с использованием пакетов прикладных программ для решения задач линейного программирования.
курсовая работа [122,5 K], добавлен 16.10.2009Формализация как важнейший этап моделирования. Методы описания и свойства моделей. Адекватность проекта целям моделирования. Основные принципы и значение формализации. Исследование на компьютере информационных моделей из различных предметных областей.
презентация [1,2 M], добавлен 24.01.2011Основные понятия теории моделирования. Виды и принципы моделирования. Создание и проведение исследований одной из моделей систем массового обслуживания (СМО) – модели D/D/2 в среде SimEvents, являющейся одним из компонентов системы MATLab+SimuLink.
реферат [1,2 M], добавлен 02.05.2012Обзор существующих моделей параллельного программирования, основные средства отладки эффективности MPI-программ, общие проблемы всех средств трассировки. Создание экспериментальной системы отладки эффективности MPI-программ, этапы работы анализатора.
дипломная работа [767,2 K], добавлен 14.10.2010Виды и сферы применения промышленных роботов, характеристика их рабочей зоны и основные особенности. Технические данные и кинематические схемы роботов, работающих в разных системах координат. Расчет максимального ускорения, массы и инерции звеньев.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 27.12.2011Наличие удобного графического интерфейса как характерная особенность пакета программ схемотехнического анализа MicroCAP-7. Окно отображения результатов моделирования. Электронная лупа Scope, функции раздела Performance и вывод графиков в режиме Probe.
реферат [98,0 K], добавлен 15.01.2011Особенности метода создания экспериментальных моделей традиционного для классической и современной физиологии. Значение метода математического моделирования в физиологической кибернетике. Этапы разработки моделей эвристического типа за Н.М. Амосовым.
презентация [508,3 K], добавлен 02.04.2011История появления и функции трехмерного геологического моделирования. Изучение основных задач эксплуатации геолого-технологических моделей. Информационные аспекты эксплуатации программного обеспечения. Конвертирование и загрузка полномасштабных моделей.
реферат [30,7 K], добавлен 03.05.2015Изучение основных аспектов моделирования операционной системы. Исследование принципов организации псевдопараллельной работы процессов. Анализ алгоритмов диспетчеризации процессов. Проектирование подсистемы управления памятью и запоминающими устройствами.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 12.01.2014Значение вербальных и знаковых информационных моделей для исследования объектов, процессов, явлений. Роль метода формализации в процессе создания компьютерной модели. Использование программы AutoCAD для трехмерного моделирования и визуализации объекта.
курсовая работа [866,5 K], добавлен 08.01.2015Исследование и оценка возможностей работы со следующими разделами библиотеки приложения Simulink пакета программ Matlab: Source, Sinks, Continuous, Math Operation. Функции по представлению полученных в результате моделирования данных в графическом виде.
лабораторная работа [438,9 K], добавлен 23.09.2022Классификация моделей транспортных потоков. Моделирования структуры проезжих частей и допустимых траекторий движения на перекрестке. Общие сведения о программной платформе. Структура классов, стадии и этапы разработки. Алгоритм следования за лидером.
курсовая работа [75,3 K], добавлен 04.06.2013Классификация и назначение промышленных роботов. Применение робототехнических комплексов в промышленности. Назначение робототехнического комплекса "Ритм – 01". Описание инструментальных средств программирования и языки программирования контроллеров.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 17.07.2012
