Розробка програмного симулятора дослідження задач кінематики та управління роботизованим маніпулятором

Abstract

Кінематика є невід’ємною частиною дослідження при проєктуванні конструкцій промислових роботів та розробки системи управління. Предметом навчання при цьому виступають підходи та математичні методи опису просторового положення елементів кінематичного ланцюга, кінцевою метою яких є визначення узагальнених координат за положенням та орієнтацією виконавчого органу. В роботі представлено розробку програмного симулятора для розв’язання задач кінематики на прикладі навчального робота «Braccio robot arm», який наочно демонструє математичний апарат. Для прикладу ділянки кінематичного ланцюга з трьох ланок, що формують неоднозначність розв’язання зворотної задачі кінематики продемонстровано використання чисельного методу згасаючих найменших квадратів (Лівенберга – Маркварда) для пошуку усіх доступних конфігурації, необхідних для ефективного планування руху робота. Продемонстровано реалізацію програмної частини у середовищі Visual Studio з використанням технології Windows Forms на мові C++/CLI. Описано математичний апарат прямої кінематичної задачі на основі матриць однорідних перетворень (4×4), застосування методу Лівенберга –Маркварда з аналітичним обчисленням матриці Якобі, структуру програмного забезпечення, інтерфейс користувача та результати експериментальної перевірки. В ході виконання роботи доведено практичну стійкість результатів та практичну значимість для подальших задач розробки системи управління роботизованим маніпулятором. Окреслені перспективи перенесення математичного ядра симулятора у середовище Unity 3D в межах концепції цифрового двійника фізичного маніпулятора для відтворення програмного управління.