85448

Расчет кинематических параметров манипулятора и моделирование в среде SimMechanics

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Расчет кинематических параметров манипулятора и моделирование в среде SimMechanics. На Рис.1 показана схема четырехзвенного манипулятора. Необходимо: Определить параметры манипулятора по представлению Денавита - Хартенберга (системы координат и параметры звеньев).

Русский

2015-03-25

383.02 KB

14 чел.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

(ФГБОУ ВПО ИрГУПС)»

Факультет транспортных систем

Кафедра «Управление техническими системами»

КУРСОВАЯ РАБОТА

Выполнил

Проверил

студент гр. МР-09-1

Круглов С. П.

Котовщиков  А.И.

____________________

Иркутск 2013

Задание……………………………………………………………………3

Определение систем координат…………………………………………5

Определение параметров звеньев……………………………………….6

Однородные матрицы преобразований…………………………………7

Решение прямой задачи………………………………………………….8

Определение рабочей зоны манипулятора……………………………..11

Решение обратной задачи кинематики…………………………………12

Приложения………………………………………………………………18

8.1    Приложение 1...........................................................................18

8.2    Приложение 2...........................................................................19

  1.  Задание

Расчет кинематических параметров манипулятора и моделирование в среде SimMechanics.

На Рис.1 показана схема четырехзвенного манипулятора. Необходимо:

А)   Определить параметры манипулятора по представлению Денавита - Хартенберга (системы координат и параметры звеньев).

Б)   Сформировать однородные матрицы преобразований.

В)   Решить прямую задачу кинематики по заданным значениям присоединенных координат с реализацией в среде SimMechanics (время моделирования 1 с, с объемной реализацией).

θ1 = 0.8 + 0.3sint;                                         (1)

θ2 = 0.1 + 0.2t2;                                             (2)

d3 = 0.2 - 0.2t;                                               (3)

d4 = 0.3 + 0.1sin(2t);                                      (4)

Г)   Определить рабочую зону манипулятора.

Д)   Решить обратную задачу кинематики при движении схвата по заданной прямой в пространстве с учетом рабочей зоны (прямая задана конечными точками в пространстве с координатами [0.3; 0.4; 0.1] и

[-0.2, -0.1, 0.5]) и реализовать в среде SimMechanics.

Е)   Звенья считать тонкими прутьями, 1 метр звена весит 10 кг.

Ж) Оформить отчет о работе.

З) Анимация в виде AVI-файлов.

Рисунок 1 - Схема четырехзвенного манипулятора

  1.  Определение систем координат

Для каждого звена сформируем ортонормированную систему координат (см.Рис.2).

               

                           Рисунок 2 - Системы координат каждого звена

  1.  Определение параметров звеньев

Найдем параметры необходимые для составления однородных матриц преобразований.

Определим расстояния между звеньями:

а)   d1 = 0.2 м

б)   d2 = 0 м

в)   d3= 0.45 м    Меняется

г)   d4 = 0.55 м     Меняется

Определим длины звеньев:

а)   a1 = 0 м

б)   a2 = 0.15 м

в)   a3 = 0 м

г)   a4 = 0 м

Определим углы поворота звеньев:

a)   θ 1 = 90°     Меняется

б)   θ 2 = 0°       Меняется

в)   θ 3 = 90◦

Г)   θ 4 = 0°       

Определим углы скрутки звеньев:

а)   α1 = 90◦

б)   α2 = -90°

в)   α3 = 90◦

г)    α4 = 0◦

  1.  Однородные матрицы преобразований

Так как параметры звеньев известны сформируем однородные матрицы преобразований, для системы координат каждого звена.

T  =       (5)

T  =     (6)

T  =        (7)

T  =        (8)

Найдем матрицу преобразования T

T= T   T   T  T  

T=(9)

  1.  Решение прямой задачи

Из условия известно, что обобщенные координаты изменяются по следующим законам:

θ1 = 0.8 + 0.3sint;                                         (10)

θ2 = 0.1 + 0.2t2;                                             (11)

d3 = 0.2 - 0.2t;                                               (12)

d4 = 0.3 + 0.1sin(2t);                                      (13)

Необходимо решить прямую задачу кинематики, т.е. найти координаты схвата на интервале времени [0..0.01,1].

Интересующие координаты возьмем из однородной матрицы преобразования T40:

х = cos θ1 (—d3 sinθ2 + (d4 + 0.15) cosθ2)                               (14)

у = sin θ1 (—d3 sinθ2 + (d4 + 0.15) cosθ2)                               (15)

z = (d4 + 0.15) sinθ2 + d3 cosθ2 + 0.2                                       (16)

Построим графики, полученные в результате моделирования в среде Matlab (см.Приложение 1 );

Рисунок 3 - Зависимость координаты х от времени t

Рисунок 4 - Зависимость координаты у от времени t

Рисунок 5 - Зависимость координаты z от времени t

  1.  Определение рабочей зоны манипулятора

Первое звено манипулятора является вращательным, что говорит нам о том, что рабочая зона манипулятора, является телом вращения, и поэтому

достаточно лишь показать одно сечение рабочей зоны: 

Рисунок 6 - Рабочая зона манипулятора

  1.  Решение обратной задачи кинематики

Требуется решить обратную задачу кинематики при движении схвата по заданной прямой в пространстве с учетом рабочей зоны (прямая задана конечными точками в пространстве с координатами [0.3; 0.3; 0.1]   и              [-0.2, -0.1, 0.5]). Для начала найдем уравнение прямой в пространстве. Уравнение прямой в пространстве по двум точкам имеет вид:

     (17)

Выполним подстановку известных координат:

    

х = cos θ1 (—d3 sinθ2 + (d4 + 0.15) cosθ2)                               

у = sin θ1 (—d3 sinθ2 + (d4 + 0.15) cosθ2)                               

z = (d4 + 0.15) sinθ2 + d3 cosθ2 + 0.2                                     

 

θ1=atan ()   (18)

х = cos θ1 (—d3 sinθ2 + (d4 + 0.15) cosθ2)

 (19)

=

 (20)

Построим графики обобщенных координат, полученные в результате моделирования в среде Matlab (см.Приложение 2);

 

Рисунок 7 - Зависимость координаты от времени t

Рисунок 8 - Зависимость координаты от времени t

Рисунок 9 - Зависимость координаты d3 от времени t

Рисунок 10 - Зависимость координаты d4 от времени t

Рисунок 11 - Зависимость координаты х от времени t

 

Рисунок 12 - Зависимость координаты у от времени t

Рисунок 13 - Зависимость координаты z от времени t

8.Приложения

  1.  Приложение 1

  1.  Приложение 2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23851. О славянах 61.3 KB
  Владимир был сыном Святослава и всего лишь Ольгиной ключницы.Однако после гибели его более знатных братьев Владимир начинает княжить в Киеве один. Сам Владимир охвачен похотью: помимо четырех жен у него триста наложниц в Вышгородетриста в Белгороде двести в сельце Берестове. Приходят к Владимиру волжские булгарымагометане и предлагают: Тыо князь мудр и разумен но неведомо тебе цельное вероучение.
23852. Житие протопопа Аввакума, им самим написанное 21.96 KB
  Протопоп Аввакум написал житие по благословению инока Епифаниясвоего духовного отца. В это время Аввакума и его сторонников остригли и бросили в темницу. Родился Аввакум в Нижегородской земле.
23853. Житие Сергия Радонежского 21.96 KB
  Преподобный Сергий родился в Тверской земле в годы княжения тверского князя Дмитрия при митрополите Петре. Варфоломей позвал к себе в пустыньку старца игумена Митрофанакоторый постриг его в монашество с наречением имени Сергий. После пострижения Сергий причастился и церковь при этом наполнилась благоуханием. Однажды когда Сергий в церкви пел заутреню стена расступилась и вошёл сам дьявол со множеством бесов.
23854. Житие Феодосия Печерского 23.97 KB
  Мать хотела чтобы Феодосий одевался почище и играл со сверстниками. Услышав о святых местах Феодосий молился Богу о том чтобы посетить их. Феодосий снова стал ежедневно ходить в церковь. Феодосий так разумно отвечал ей о важности этого делачто мать на целый год оставила его в покое.
23855. Из Англии — в Россию 23.75 KB
  Мы знаем только что Англия была крайним пределом его путешествия там он сказал себе что пора возвратиться в отечество и сел в Лондоне на корабль идущий в Россию. Жива ли ты о Лила или в волнах окончила жизнь свою Герой хотел броситься к юноше утешить его но тут капитан взял его за руку и сказал что дует благоприятный ветер и надо отправляться. Был закат корабль летел на всех парусах вокруг на разном отдалении развевались разноцветные флаги а по правой стороне чернелось чтотонапоминающее землю. На вопрос героя капитан...
23856. Николай Михайлович Карамзин 34.5 KB
  В 1789 году в журнале Детское чтение появилась первая оригинальная повесть Карамзина Евгений и Юлия. К середине 1790х Карамзин становится признанным главой русского сентиментализма открывавшего новую страницу в русской литературе. В 180203 годах Карамзин издавал журнал Вестник Европы в котором преобладали литература и политика.
23857. Что нужно автору 14.11 KB
  Когда ты хочешь писать портрет свой то посмотрись прежде в верное зеркало: может ли быть лицо твое предметом искусства которое должно заниматься одним изящным изображать красоту гармонию и распространять в области чувствительного приятные впечатления Если творческая натура произвела тебя в час небрежения или в минуту раздора своего с красотою: то будь благоразумен не безобразь художниковой кисти оставь свое намерение. Ты берешься за перо и хочешь быть автором: спроси же у самого себя наедине без свидетелей искренно: каков...
23858. Оды 16.41 KB
  Первая ода Ломоносова На взятие Хотина 1739 посвящена победе над турками. Полная мифология российской истории разворачивается в одах посвящённых императрице Елисавете Петровне. Хотя по временам Он насылает на неё Свой гневно затем переменяет его на милость: Я в гневе Россам был ТворецНо ныне паки им Отец Ода 1742 г. Бог как и в прежних одахсокрушает злобу разрушая умыслы врагов России там же и в других местах.
23859. Повесть о Горе и Злочастии, как Горе-Злочастие довело молодца во иноческий чин 13.93 KB
  Молодец же пытается жить своим умом а объясняет автор это желание тем что молодец был в то время се мал и глуп не в полном разуме и несовершенен разумом.Хозяевам нравится что молодец ведёт себя по писанному учениюто есть так как и учили его родители.Но молодец кручинится а после признаётся при всех в том что ослушался родителей и спрашивает совета как жить на чужой стороне. Молодец слушается ГореЗлочастие пропивает все деньги и только после этого спохватывается и пытается избавиться от своего спутника ГоряЗлочастия.