Курсовая - программа, вычисляющая конфигурации манипуляционного робота, в которых схват захватывает объект (БНТУ)

СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3
1. Постановка задачи 4
1.1. Анализ предметной области 4
1.2. Описание математической модели 5
1.3. Алгоритмическая постановка задачи 6
1.4. Анализ существующего программного обеспечения и технических систем 6
1.4.1 eM-Workplace 6
1.4.2 eM-Spot 8
1.4.3 eM-Arc 8
1.4.4 Tecnomatix Robcad 8
1.4.5 Tecnomatix Human Performance 9
2. Программная часть 10
2.1. Структура программного продукта 10
2.2. Руководство программиста 11
2.3. Руководство оператора 12
2.4. Выполнение анализа на тестируемой выборке данных 13
2.5. Принятие решения об использовании результатов 14
Выводы 15
Библиографический список 16

ВВЕДЕНИЕ
В курсовом проекте по дисциплине «ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ» рассматриваются вопросы алгоритмической постановки и программной реализации интеллектуальной обработки данных. В ходе выполнения курсового проектирования студенты приобретают углубленные знания о методах построения систем интеллектуальной обработки данных, об алгоритмах функционирования приложений для интеллектуальной обработки данных, приобретают навыки самостоятельной работы.

Основными целями курсового проекта по дисциплине «ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ» являются:
– систематизация, закрепление и расширение теоретических знаний по специальности и применение их для решения задач интеллектуальной обработки данных;
– ознакомление с математическими методами и моделями обработки данных;
– изучение алгоритмов, пакетов анализа данных, программирования приложений для интеллектуальной обработки данных;
– выявление степени подготовленности студента к самостоятельной работе, его творческого потенциала для последующего обучения в магистратуре.
Основной задачей курсового проектирования является углубление подготовки по дисциплине «ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ».

1. Постановка задачи
1.1. Анализ предметной области
Многозвенные манипуляторы, как правило, используются для повышения эффективности работы робота в пространстве с множеством препятствий, так как позволяют получать различные конфигурации робота без смещения конца исполнительного механизма от цели Такие манипуляторы могут применяться в медицине (хирургические операции с минимальным повреждением кожных покровов, зондирование и тд), космической промышленности (монтаж/демонтаж сложных деталей, съемка параметров и тд), проверка состояния труднодоступных частей машины в технике, различных производственных системах Их используют для проведения космических и подводных исследований, для работы с вредными веществами и радиоактивными материалами

Исследования, посвященные способам планирования траекторий движения робототехнических систем различных классов, можно найти в работах отечественных и зарубежных ученых (Ю Г Козырева, П Д Крутько, Ф М Кулакова, А В. Тимофеева, С Ф Бурдаков, Б Г Ильясов, В И Васильев, PBohner, S Cameron, К Fu, S Ma, A McLean, I Kobayashi, U Rembold, H Woern, F Bmwen, E Cheung, Y Konishi, С Lm, Y Nakamura и других) В них получены алгоритмы, обеспечивающие планирование траекторий для относительно небольшого числа звеньев (не более 10) Улучшение методов решения задачи планирования траекторий, расширение условий применимости алгоритмов планирования траекторий создает предпосылки для построения более эффективных систем управления многозвенными манипуляторами

Основными трудностями, возникающими при разработке алгоритмов планирования траекторий движения многозвенных манипуляторов, являются
• большое количество звеньев Для определения конфигурации манипулятора необходимо рассчитать тем или иным способом собственные переменные каждого звена манипулятора, а также учесть ограничения, связанные с физической структурой манипулятора, При большом числе звеньев, растет число управляемых объектов, еще большим становится объем вычислений, необходимых для расчета траектории движения манипулятора, т к в линейной алгебре доказано, что сложность решения резко возрастает при превышении в системе уравнений числа переменных свыше 6
• сложность рабочего пространства Манипуляторы рассматриваемого класса предназначены, как правило, для выполнения работы в пространствах с большим количеством препятствий
Для преодоления данных трудностей в последнее время широко используются интеллектуальные методы, которые в ряде случаев позволяют получить решение рассматриваемой задачи без применения сложных вычислений. В этой области, в частности, предложены эвристический рекурсивный алгоритм, генетический подход и комбинирование генетического подхода с парадигмой экспертной системы Данные исследования проведены для манипулятора типа "слайдер", который изначально находится в сложенной конфигурации и постепенно выдвигается к цели из определенной точки в двумерном пространстве
Неисследованными являются интеллектуальные методы планирования траекторий движения многозвенных манипуляторов с учетом начальной конфигурации в трехмерном пространстве, предусматривающие обход препятствий и уклонение от столкновений с ними, а также обеспечивающие приемлемое значение показателей качества.

1.3. Алгоритмическая постановка задачи
Алгоритм решения задачи заключается в последовательном переборе положений каждого звена манипулятора, анализе наложения звеньев на препятствия, анализ возможности захвата объекта.
Скорость перебора положений манипулятора зависит от указанной пользователем размерности шага перемещения звеньев манипулятора.

1.4. Анализ существующего программного обеспечения и технических систем
1.4.1 eM-Workplace - среда цифрового 3D-моделирования роботизированных ячеек.
eM-Workplace PC (ROBCAD) предназначен для разработки, симуляции, оптимизации, анализа и off-line программирования роботизированных и автоматизированных технологических процессов. Инструмент предоставляет платформу для оптимизации процессов и расчета времени цикла. С помощью eM-Workplace Вы сможете разрабатывать реалистичные, полнофункциональные модели производственных ячеек в трехмерной среде.
Продукт eM-Workplace (ранее Robcad) является масштабируемым приложением, в котором интегрированы мощное графическое ядро и набор специализированных приложений для широкого спектра технологических процессов, в том числе точечная и дуговая сварка, лазерная и водяная резка, нанесение клея, сверление и клёпка, ручные операции. eM-Workplace является промышленным стандартом де-факто, инженерами по всему миру используются более 4000 установленных рабочих мест для оптимизации технологических процессов – уменьшения стоимости, улучшения качества и сокращения времени вывода продукта на рынок.
eM-Workplace используется проектными командами, включая контракторов и их поставщиков, поставщиками услуг (интеграторами и инжиниринговыми компаниями) в автомобильной, аэрокосмической, тяжелой и других отраслях промышленности. eM-Workplace позволяет улучшить качество и надежность принимаемых решений, тем самым снижая объемы капитальных инвестиций и время разработки. Он позволяет инженерам изучать и изменять производственные ячейки в трехмерной среде, анализируя и оптимизируя технологический процесс до вложений в покупку и монтаж дорогостоящего оборудования. eM-Workplace учитывает все физические характеристики манипуляторов и другого оборудования, позволяя одновременно проверять достижимость, определять траекторию движения, устранять столкновения и вычислять время цикла работы. Таким образом законченный технологический процесс разрабатывается до этапа запуска производства.
Возможности:
- Трехмерная планировка ячеек
- Определение трехмерных траекторией, проверка достижимости и столкновений и оптимизация времени цикла
- Симуляция движения и синхронизация нескольких роботов и механизмов
- Моделирование и оптимизация всего технологического процесса с помощью модуля SOP (последовательность операций)
- Обмен данными с распространенными САПР
- Библиотеки роботов, инструмента, оборудования
- Моделирование элементов со сложной кинематикой, в том числе человека
- Модуль OLP (программирование off-line)
• Загрузка оптимизированных программ в контроллеры манипуляторов
• Загрузка программ из контроллера для оптимизации в пакете
1.4.2 eM-Spot – точечная сварка – обеспечивает проектирование всего процесса точечной сварки, учитывая такие критичные факторы как ограничения в рабочей зоне манипуляторов, геометрические ограничения и времена цикла сварки. В модуле присутствуют такие инструменты, как подбор сварочных клещей, автоматическое размещение роботов, оптимизаторы времени движения по траектории, управление сварными точками. Созданный процесс точно отражает поведение реальной ячейки и манипуляторов. eM-Spot может использоваться для эффективного off-line программирования роботов, уменьшая время пусконаладки и оптимизируя подготовку производства нового продукта или его модификации без остановки текущего производства.