gototopgototop

"Научный аспект №2-2019" - Технические науки

УДК 62-526

Прототипирование роботизированных устройств для использования в процессах быстрого производства изделий

Тейн Тан – студент аспирантуры Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики.

Грибовский Андрей Александрович – кандидат технических наук, доцент факультета Систем управления и робототехники Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики.

Аннотация: В статье представлен процесс моделирования робота-манипулятора с использованием системы автоматизированного проектирования SolidWorks 2013 и лазерного гравера CorelDraw для раскроя элементов роботизированных устройств. Программа для управления компонентами робота создана с помощью программного обеспечения Arduino. Представлено описание функций и характеристики лазерного гравера CorelDraw. Результатом работы стала проектная модель шарнирной роботизированной руки.

Ключевые слова: Arduino Uno, роботизированное устройство, SolidWorks, CorelDraw.

Введение. В современном машиностроении применяются самые разнообразные виды роботизированных устройств. Промышленное роботизированное устройство является технически сложным, состоящим из звеньев, которые соединены между собой сервоприводами. Эти устройства имеют высокую точность, что обусловливает их высокую стоимость. Однако для решения некоторых задач требуются приборы, пониженная точность которых компенсируется существенной дешевизной и простотой в использовании.

Материалы и методы. Постановка задач и цели проекта. Реализация моделирования и управления шарнирным роботом Arm является целью данного проекта. Она заключается в том, чтобы сделать роботизированную руку из шести шаговых двигателей для управления с потенциометром на основе микро-контроллера. Для достижения поставленной цели данного проекта сформулированы следующие задачи: разработать модель робота-манипулятора на шарнирных рукоятках, создать дизайн построения приводной системы для робота-рычага, разработать метод управления с обратной связью для руки-робота.

Метод состоит в использовании программы Arduino для управления рукояткой робота и конструирования роботизированной руки с помощью программного обеспечения SolidWorks CAD.

Актуальность работы заключается в высоком потребительском спросе на простые и недорогие модели роботизированных устройств.

Моделирование роботизированных устройств с помощью системы SolidWorks. При моделировании роботизированных устройств была использована система автоматизированного проектирования SolidWorks 2013, которая представляет собой удобное средство для моделирования твёрдотельных роботов. Преимущество данной системы состоит в обеспечении разработки изделий любой степени сложности и назначения.

Для сокращения времени разработки робота и улучшения качества его конструкции модель было использовано программное обеспечение SolidWorks 3D CAD. На рисунке 1 представлены четыре компонента комплекса SolidWorks: ручной чертёж, модуль частей, сборный модуль и сохранение DXF-файла. Ручной чертёж и модуль детали позволяют пользователю моделировать и проектировать части робота. С помощью модуля сборки пользователь может собирать детали вместе.

Экспорт DXF-файлов. DXF-файлы являются открытым векторным форматом для обмена графическими файлами, в том числе векторными изображениями и прочей графической информацией в сфере приложений САПР.

Рисунок 1. Компоненты SolidWorks.

Рисунок 2. 3D-модель роботизированной руки.

На рисунке представлена базовая конструкция манипулятора. Фактически данная модель робота имеет пять выходов: основание робота, плечо робота, локоть робота, запястье руки робота и робот-захватчик. Робот имеет круглое основание диаметром 10 см и высотой 50 см.

Механизм степени свободы робота напрямую зависит от сервомоторов. В качестве основы робота используется акрилик, поскольку этот материал подвижен, дёшев, прочен, а также может выдерживать вес и движение двигателя. Роботизированная рука построена с использованием кронштейнов, изготовленных из дерева: такой выбор обусловлен необходимостью лёгкости устройства. По этой же причине обхват робота также выполнен из дерева.

Использование лазерного гравера и CorelDraw. Для раскроя элементов роботизированных устройств используется система лазерного гравера и CorelDraw. Для лазерной обработки используется лакированное дерево, что позволяет импортировать файл в программу CorelDraw.

Существует два типа программного обеспечения для лазерного гравировального станка, которые используются преимущественно для осуществления управления движением. Программное обеспечение позволяет реализовывать эффективный контроль над цифровой системой управления оборудования с помощью компьютера и выполнять поставленные задачи в соответствии с различными запросами пользователя.

Обратимся к основным функциям и характеристикам Coreldraw Лазер. Coreldraw Лазер – это встроенный модуль Coreldraw, опосредованно использующий такие важные функции процесса вычерчивания и редактирования, как изменение масштаба и поворот по кругу. Coreldraw Лазер поддерживает практически все форматы файлов, используемые Coreldraw, включая векторные форматы (PLT и AL) и растровые форматы (ВМР). Также может поддерживать такие файловые форматы, как DST и DSB (не поддерживаемые самим Coreldraw) с помощью важной модуля Coreldraw Лазер.

Схема подключения серводвигателя с потенциометром в среде моделирования TINKERCAD

Рисунок 3. Схема подключения серводвигателя.

В приведённой схеме серводвигатель обеспечивает перемещение деталей робота. Потенциометр, который регулировал делитель электрического напряжения, используется в качестве регулятора параметров (мощности, выходного напряжения) для подстройки внутренних характеристик цепей аппаратуры. Это небольшое электронное устройство способно управлять серводвигателями робота, передавать и принимать данные.

Рисунок 4. Схема алгоритма для управления манипулятором.

Результаты и выводы.

В результате исследования мы сконструировали роботизированного манипулятора, приспособленного для выполнения простых операций. К данному устройству робота предъявляются минимальные требования – перемещение определённых объектов из одного места в другое.

В отличие от промышленных роботизированных манипуляторов, которые представляют собой весьма сложные технические устройства из звеньев, соединённых между собой сервоприводами, данная рука-робот приспособлена для выполнения наиболее простых операций (перемещение объектов). Манипулятор такого типа, запрограммированный на определённые действия, не нуждается в особых условиях, являющихся обязательными при организации рабочего места человека. Относительная простота сборки и дешевизна конструкции позволяет смоделировать подобную модель робота широкому кругу непрофессиональных пользователей.

Рисунок 5. Роботизированный манипулятор.

Список литературы

  1. Massimo Banzi. Getting Started with Arduino. – O’Reilly Media, Inc, 1st Edition, 2011.
  2. Riazollah Firoozian. Servo Motors and Industrial Control Theory. Springer; 1st edition (December 8, 2008).
  3. Arduino entry [Электронный ресурс]. – http://en.wikipedia.org/wiki/Arduino (дата обращения: 01.04.2019).
  4. R.C. Luo, K.L. Su. A multi agent multi sensor based real-time sensory control system for intelligent security robot. – IEEE International Conference on Robotics and Automation, vol. 2, 2003, pp. 2394-2399.
  5. Комаров А.Л., Груздев Д.Е. Проектирование робота с электромеханическим приводом на базе червячной передачи // Проспект свободный – 2016. – 2016. – С. 33-35.
  6. Aimn Mohamed Ahmed Chiet. Dr. Abdellatif Baba, Robot arm control with Arduino // Spring 2017.
  7. Бурдаков С.Ф., Дьяченко В.А., Тимофеев А.Н. Проектирование манипуляторов промышленных роботов и роботизированных комплексов: учеб. пособие для студ. вузов [Текст]. – М.: Высш. шк., 1986. – 264 с.
  8. Аншин С.С., Бабич А.В. Бабич, А.Г. Баранов. Проектирование и разработка промышленных роботов / Под общ. ред. Я.А. Шифрина, П.Н. Белянина. – М.: Машиностроение, 1989. – 272 с.
Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail

Отправить статью

...

Форма оплаты

Номер статьи, присвоенный редакцией
Количество страниц в статье
Количество экземпляров журнала
Доставка: РФСНГ
Скидка (%)
Заказать свидетельство о публикации
1. Стоимость публикации каждой страницы статьи составляет 200 рублей.
2. Стоимость каждого экземпляра журнала, включая его изготовление и доставку, составляет 300 рублей для России и 600 рублей для стран СНГ.
3. Стоимость печатного свидетельства о публикации составляет 100 рублей

Реквизиты для оплаты через банк