Кинематическое движение

Министерство образования Российской Федерации

ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Аэрокосмический институт

Кафедра систем автоматизации производства

 

 

Задание на курсовую работу

 

Кинематическое движение

 

 

 

 

Исходные данные: По заданным уравнениям s1=s1(t), φ1=φ1(t), φ2=φ2(t) составляют уравнения движения точки М в неподвижной декартовой прямоугольной системе координат Охуz. Механизм робота изображен в положении, соответствующем некоторому моменту времени t.

 

 

  Перечень подлежащих разработке вопросов:

а) раскрыть вопрос Промышленных роботов и манипуляторов;

б) составить уравнения движения схвата в избранной системе координат;

 

в) определить проекции скорости на оси координат и скорость схвата по модулю и направлению;

г) построить график траектории движения материальной точки;

д) разработать программу в Delphi по вышеперечисленным

вопросам.

 

 

          Дата выдачи задания  «___»______________200__г.

          Руководитель                                          Шерстобитова В.Н.

          Исполнитель

          студент группы  07 АТПиП                   Зобков О.С.

                                                                            Звонарев С.В.

          Срок защиты работы  «___»______________200__г.

 

Аннотация

 

Пояснительная записка содержит 18 страниц, в том числе 6 рисунков, 4 источника, 1 приложение.

К пояснительной записке прилагается диск CD-R с выполненной программой, программным кодом и пояснительной запиской в электронном виде и роликом показывающим наглядно в трехмерном пространстве работу промышленного манипулятора.

Программа «Кинематическая задача» – проект представляет собой программу демонстрации расчета основных параметров кинематического движения и графического отображения траектории движения материальной точки. Программа предназначена для демонстрации знаний и умений, полученных в курсе изучения программирования и основ алгоритмизации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

1 Назначение и область применения…………………………………………………...5

2 Кинематическая задача………………………………………………………………...5

2.1 Постановка задачи…………………………………………………………………...5

2.2 Применение уравнений кинематического движения для решения кинематической задачи ………………………………………………………………………………6

3 Описание программы..……………………………………………………………….11

3.1 Общие сведения…….………………………………………………………………11

3.2 Функциональное назначение.……………………………………………………...11

3.3 Описание логической структуры………………………………………………….11

3.4 Используемые технические средства……………………………………………..12

3.5 Вызов и загрузка……………………………………………………………………12

3.6 Входные данные………………………………………………………………….....12

3.7 Выходные данные…………………………………………………………………..12

4 Руководство программиста…………………………………………………………..14

5 Руководство оператора……………………………………………………………….15

Список использованных источников………………………………………………….18

Приложение А…………………………………………………………………………..19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Назначение и область применения

 

Промышленный робот - автоматическая машина, состоящая из манипулятора и устройства программного управления его движением.

Манипулятор - совокупность пространственного рычажного механизма и системы приводов, осуществляющая под управлением программируемого автоматического устройства или человека-оператора действия (манипуляции), аналогичные действиям руки человека

Промышленные роботы предназначены для замены человека при выполнении основных и вспомогательных технологических операций в процессе промышленного производства.

Важная социальная задача - освобождение человека от работ, связанных с опасностями для здоровья или с тяжелым физическим трудом.

 Промышленные роботы решают задачи автоматизации на предприятиях с широкой номенклатурой продукции при мелкосерийном и штучном производстве.

Данные, полученные в результате решения кинематической задачи , позволяют определить основные параметры кинематического движения (траекторию и, максимальный градус поворота и так далее) и представляют ценность для людей науки и конструкторов роботов.

 

 

 

 

2 Кинематическая задача

 

2.1 Постановка задачи

 

По заданным уравнениям s1=s1(t), φ1=φ1(t), φ2=φ2(t) составляют уравнения движения точки М в неподвижной декартовой прямоугольной системе координат Охуz. Механизм робота изображен в положении, соответствующем некоторому моменту времени t.

Будем решать задачу перевода сложной системы из одного положения в другое, не рассматривая оптимальность траектории с точки зрения минимальных временных затрат, так как этот вопрос выходит за рамки кинематики.

В наиболее общем виде задача ставится следующим образом. Выбирается неподвижная система координат Oxyz, связанная, например, со станиной сборочного оборудования. Подвижная система координат O1x1y1z1 связана с сопрягаемой деталью. Положение детали, переносимой схватом, относительно неподвижной системы координат Oxyz будет полностью определено, если относительно этой системы координат задано положение подвижной, жестко связанной с деталью, системы координат O1x1y1z1.

 

 

2.2 Применение уравнений кинематического движения для решения кинематической задачи

 

Дано:

Начальные уравнения s1=s1(t), φ1=φ1(t), φ2=φ2(t) движения точки М в системе координат Охуz

Найти:

проекции ускорения схвата на оси координат и ускорение схвата по модулю и направлению.

Решение:

Для облегчения  решения поставленной задачи механизм робота разделяем на устройство перемещения манипулятора, состоящее, например, из звеньев 2, 4, 3, 5, и манипулятор, собранный из звеньев 6, 7. Это позволяет считать, что переносное движение задается движением устройства перемещения манипулятора, а относительное движение – движением манипулятора относительно устройства перемещения (рисунок 1).

 

                       

Вводится подвижная система координат O1x1y1z1(рисунок 2).

                               

 

 Составим уравнение скорость точки М определяем на основании теоремы о сложении скоростей при сложном движении точки:

                                     (1)

 

Переносную скорость точки М находим по формулам плоского движения как скорость точки тела, состоящего из элементов 3, 5, 6, 7:

                                                    (2)

 

Относительная скорость:

          (3)

 

Таким образом получаем следующие проекции вектора абсолютной скорости на координатные оси O1x1y1z1:

           (4) 

 

           (5)

 

           (6) 

 

Тогда:

           (7) 

 

                    

Ускорение точки М находим по теореме о сложении ускорений при сложном движении точки:

           (8)

 

 

Переносное ускорение находим по формулам для плоскопараллельного движения тела, состоящего из элементов 3, 5, 6, 7:

    .                (9)

 

 

 

 

 

Определяем относительное ускорение:

           (10)         

 

Ускорение Кориолиса находим по формуле:

                   (11)

 

Определяем проекции абсолютного ускорения на оси координат O1x1y1z1:

   (12) 

 

             (13)

   (14) 

 

 

   (15)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Описание программы

 

3.1 Общие сведения

 

Программа «Кинематическое движение» предназначена для определения основных параметров кинематического движения (траекторию и, максимальный градус поворота и так далее). Данная программа обладает удобным в применении интерфейсом, не требующим глубоких познаний принципов работы с ЭВМ. Программа разработана на языке программирования Delphi 7.

Delphi – это мощная объектно-ориентированная система программирования, предназначенная для создания простых и удобных в эксплуатации приложений Windows различной степени сложности и назначения.

Технические требования к компьютеру: процессор 333 МГц и выше; оперативная память 32 Мбайт; 600 Кбайт свободного места на жестком диске.

 

3.2 Функциональное назначение

 

Программа предназначена для демонстрации умений, закрепления основ и углубления знаний, приемов программирования полученных в курсе изучения программирования и основ алгоритмизации на алгоритмическом языке высокого уровня.

 

3.3 Описание логической  структуры

 

Алгоритм программы представлен на рисунке 4. В зависимости от введенных данных, программа производит необходимые расчеты и выполняет анимированное построение графика.

В данной программе используется множество различных функций, например: для преобразования данных строкового типа в вещественный и наоборот - StrToFloat и FloatToStr; возведение числа в квадрат – sqr; абсолютная величина от числа- abs; округление чисел – round и тому подобное.

В программе так же используются различные компоненты, такие как: label – этот компонент позволяет выводить на форму программы данные строкового типа; edit – используется для введения с клавиатуры необходимых данных строкового типа, которые впоследствии преобразуются в тип данных необходимый для корректной работы программы; button – используется для запуска процедур; combobox – позволяет выбрать необходимые свойства из предложенного списка.

Программа состоит из нескольких процедур. Основными процедурами являются: процедура нажатия кнопки «Рассчитать» и процедура нажатия кнопки «Построить график». Первая процедура позволяет произвести необходимые расчеты, вывести результаты на форму, а так же простроить график. Вторая процедура служит для отображения на форме осей координат и обновления графика, в случае необходимости.

Построение графика осуществляется с помощью свойства формы TDB Chart, которое позволяет отображать на форме различную графическую информацию.

 

 

 

 

 

3.4 Используемые технические средства

 

Технические требования к компьютеру: процессор 333 МГц и выше; оперативная память 32 Мбайт; 600 Кбайт свободного места на жестком диске.

 

3.5 Вызов и загрузка

 

Вызов программы осуществляется путем запуска файла «Кинематическая задача.exe».

 

3.6 Входные данные

 

Входные данные: начальная скорость материальной точки, угол наклона к горизонту, коэффициент сопротивления воздуха, некоторый момент времени.

 

3.7 Выходные данные

 

Выходные данные: дальность полета и максимальная высота подъема материальной точки, время полета и время подъема на максимальную высоту, координаты точки в данный момент времени.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Руководство программиста

 

Программа предназначена для определения параметров кинематического движения и получения навыков работы с графикой и использованием возможностей языка программирования Delphi 7.

Для работы данной программы подойдет любая операционная система Windows. Технические требования к компьютеру: процессор 333 МГц и выше; оперативная память 32 Мбайт; 600 Кбайт свободного места на жестком диске.

Вызов программы осуществляется путем запуска файла «кинематическая задача.exe».

Листинг программы приведен в приложении А.

 

 

5 Руководство оператора

 

Назначение данной программы расчет основных параметров кинематического движения , графическое отображение траектории движения материальной точки. Программа «Кинематическое движение» является единым исполняемым модулем и не требует установки дополнительных программных средств.

Для работы данной программы подойдет любая операционная система Windows. Технические требования к компьютеру: процессор 333 МГц и выше; оперативная память 32 Мбайт; 600 Кбайт свободного места на жестком диске.