Соколенко Владислав Сергійович
Студент кафедри Технічної Кібернетики
КПІ ім. Ігоря Сікорського
місто Київ
Анотація: в статті приведені основні механізми за допомогою яких реалізуються автоматизовані модулі проектування педіпулятоірв. Показані недоліки та переваги існуючих рішень. Розроблений алгоритм розрахунку параметрів залежно від типу робота.
Ключові слова: крокуючий механізм, педіпулятор, робот, автоматизація, C#, Visual Studio, .NET.
Вступ
Ера технологій, так можна назвати початок XXI століття. Людей оточує техніка, новітні пристрої, штучний інтелект. Складно уявити сьогодення без розробок, які вдосконалюють та поліпшують життя. Більшість людей має у своїй власності результат прогресу людства – цифрову техніку. Тому важливим є вдосконалення автоматизації модулів проектування педіпуляторів.
Дана тема є маловивченим напрямком сьогодення. Зокрема в наш час існує дуже мало подібних автоматизованих модулей, тому є важливим поглиблене розглядання даного дослідження.
Огляд типів та конструкцій педіпуляторів промислових роботів
В даний час різноманітність існуючих роботів настільки широка, що неможливо скласти конкретний стандарт конструкцій роботів. Однак в кожному роботі повинні бути реалізовані деякі системи.
Сенсорна система. Як людина бачить, відчуває, нюхає, чує, так і робот повинен «відчувати» навколишній світ. Для цього використовується сенсорна система. Датчики, вбудовані в робота, дозволяють йому отримувати інформацію про оточуючий його світ і зміни в ньому.
Система управління – мозок робота. Це досить потужний для своїх невеликих розмірів комп'ютер (мікроконтролер), що працює за конкретно заданою програмою, що написана зрозумілою контролеру мовою. Для зручності програмування деякі системи управління мають свою універсальну середу, яка дозволяє програмувати цей комп'ютер під різні завдання.
Система управління працює за даною методикою:
- Датчики сенсорної системи подають сигнали, які змінюються при змінах в навколишньому просторі.
- Керуюча система розпізнає ці сигнали і обробляє їх відповідно заданої програми.
- Оброблені сигнали відправляються до органів руху робота або інших елементів і робот робить певні дії.
Розробка алгоритмічного та програмного забезпечення модуля
Технологія розробки програмних продуктів — це за визначенням одна з областей інженерної науки, і тому вона несе таку ж соціальну відповідальність, як і інші області. З початку розвитку комп'ютерних технологій роботу зі створення програмних продуктів відносили до розробки, що потребує в основному навички програмування, а не знання інженерної науки. Акредитаційна рада з інженерної науки і технології (ABET — Accreditation Board for Engineering and Technology) визначає професію інженера наступним чином. «Професія, в якій математичні та природничо-наукові знання, отримані дослідженнями, досвідом і практикою, мудро застосовуються для розробки шляхів економного використання природних ресурсів та сил на користь людству.». Багато праці вкладено в розвиток інженерної науки ще до народження першого програмного продукту. Зараз, на початку третього тисячоліття, процес розробки програмного продукту починає вимагати від своїх творців такої ж висоти наукових знань, як це необхідно в інших областях інженерної науки — електроніці, механіці або будівництві.
1. Обґрунтування вибору програмного забезпечення для розробки
Для створення автоматизації обрано середовище Microsoft Visual Studio – серія продуктів фірми Майкрософт, які включають інтегроване середовище розробки програмного забезпечення та ряд інших інструментальних засобів. Ці продукти дозволяють розробляти як консольні програми, так і програми з графічним інтерфейсом, в тому числі з підтримкою технології Windows Forms, а також веб-сайти, веб-додатки, веб-служби як в рідному, так і в керованому кодах для всіх платформ, що підтримуються Microsoft Windows, Windows Mobile, Windows Phone, Windows CE, .NET Framework, .NET Compact Framework та Microsoft Silverlight.
Visual Studio включає один або декілька з наступних компонентів:
- Visual Basic .NET, а до його появи – Visual Basic;
- Visual C++;
- Visual C#;
- Visual F# (входить до складу Visual Studio 2010);
- Visual Studio Debugger.
Для даної роботи був використана мова програмування C# – об'єктно-орієнтована мова програмування з безпечною системою типізації для платформи .NET. розроблена Андерсом Гейлсбергом, Скотом Вілтамутом та Пітером Гольде під егідою Microsoft Research (при фірмі Microsoft).
Синтаксис C# близький до С++ і Java. Мова має строгу статичну типізацію, підтримує поліморфізм, перевантаження операторів, вказівники на функції-члени класів, атрибути, події, властивості, винятки, коментарі у форматі XML. Перейнявши багато що від своїх попередників – мов С++, Delphi і Smalltalk – С#, спираючись на практику їхнього використання, виключає деякі моделі, що зарекомендували себе як проблематичні при розробці програмних систем, наприклад множинне спадкування класів (на відміну від C++).
1. Переваги мови програмування
Прогрес комп'ютерних технологій визначив процес появи нових різноманітних знакових систем для запису алгоритмів – мов програмування. Сенс появи такої мови – оснащений набір обчислювальних формул додаткової інформації, перетворює даний набір в алгоритм. Мова програмування служить двом пов'язаних між собою цілям: він дає програмісту апарат для завдання дій, які повинні бути виконані, і формує концепції, якими користується програміст, розмірковуючи про те, що робити.
Переваги мови C#:
- створювалась паралельно з каркасом Framework .Net і в повній мірі враховує всі його можливості – як FCL, так і CLR;
- повністю об'єктно-орієнтована мова, де навіть типи, вбудовані в мову, представлені класами;
- є потужною об'єктною мовою з можливостями успадкування та універсалізації;
- потужна бібліотека каркаса підтримує зручність побудови різних типів додатків на C #, дозволяючи легко будувати Web-служби, інші види компонентів, досить просто зберігати і отримувати інформацію з бази даних і інших сховищ даних;
- реалізація, що поєднує побудова надійного і ефективного коду, є важливим фактором, що сприяє успіху C #.
Виділення і об'єднання кращих ідей сучасних мов програмування робить мову C # не просто сумою їх достоїнств, а мовою програмування нового покоління.
Основні рішення з реалізації системи в цілому і її компонентів
Одним із рішень для реалізації подібних модулей є технологія Microsoft .NET Framework Windows Forms для організації введення та відображення даних.
Windows Forms дозволяє розробляти інтелектуальні клієнти. Інтелектуальний клієнт – це програма з повнофункціональним графічним інтерфейсом, проста в розгортанні і оновленні, здатна працювати при наявності або відсутності підключення до Інтернету і використовує більш безпечний доступ до ресурсів на локальному комп'ютері в порівнянні з традиційними додатками Windows. Побудова багатофункціональних призначених для користувача інтерфейсів Windows Forms – це технологія інтелектуальних клієнтів для .NET Framework. Вона являє собою набір керованих бібліотек, що спрощують виконання стандартних завдань, таких як читання з файлової системи і запис в неї. При використанні середовища розробки, як Visual Studio, можна створювати інтелектуальні клієнтські програми Windows Forms, які відображають відомості, запитують введення від користувачів і обмінюються даними з віддаленими комп'ютерами по мережі.
Загальна класифікація крокуючих машин
Класифікація крокуючих машин можлива за різними конструктивними і експлуатаційними ознаками.
За своїми можливостями прохідності крокуючі машини можна умовно розділити на машини ґрунтової та профільної прохідності.
Машини ґрунтової прохідності призначені для подолання перешкод, непорівнянних із габаритами машини. Це можуть бути як дуже маленькі перешкоди (купини), так і дуже великі (пагорби). Типовою сферою застосування таких машин є місцевість без значних перешкод. А також з деякими обмеженнями такі машини можуть використовуватися в умовах, де перешкоди представлені ямами або виступами.
Машини профільної прохідності забезпечують подолання перешкод, порівнянних за розмірами з габаритами машини. Машини профільної прохідності здатні працювати в більш складних умовах обмеженого простору, ефективно долати виступи і западини, однак це досягається за рахунок ускладнення самої машини, крокуючих рушіїв і системи управління.
За реалізованими режимами руху крокуючі машини діляться на статично і динамічно стійкі. Статично стійкий режим руху реалізується в разі, якщо в кожен момент часу заморожена конфігурація машини знаходиться в статично стійкій рівновазі. Під замороженою конфігурацією розуміється тверде тіло, що виходить при жорсткій фіксації ніг щодо корпусу в тому положенні, в якому вони знаходяться в даний момент часу. Якщо контакт ніг з опорною поверхнею носить точковий характер, то виконання умов стійкої статичної рівноваги в кожен момент часу в опорі має перебувати не менше трьох ніг, які не лежать на одній прямій і утворюють, таким чином, опорний багатокутник.
За кількістю ніг крокуючі машини можна розділити на машини з невеликим числом ніг (двоногі і триногі) та багатоногі (з чотирма і більше ногами). Цей поділ виправдано тим, що для багатоногих машин можливі принципово інші підходи до проектування і управління, ніж для двоногих. Принципово різняться функціональні можливості цих машин. У свою чергу, багатоногі машини можна розділити на чотириногі, п'ятиногі, шестиногі та інші. У теоретичних дослідженнях часто розглядається загальний випадок – з n ногами. З міркувань симетрії переважна більшість крокуючих апаратів має парну кількість ніг – чотири, шість або вісім. Однак іноді розглядається рух апаратів з непарною кількістю ніг, особливо для машин, що допускають реконфігурацію їх кінематичних схем.
По конструкції корпусу машини діляться на моноблочні та складові. Більшість крокуючих машин має моноблочний корпус, але відомі й апарати, що мають корпус з декількох твердих тіл, з'єднаних керованими або некерованими зв'язками.
Висновки
В ході роботи проаналізовано роботи, що описують основні конструкції педіпуляторів промислових роботів, машин, що пересуваються за допомогою ніг та розглянуто їх класифікацію. Ці дані необхідні для створення подальшої автоматизованої системи.
Проведено детальний аналіз існуючих мов програмування та середовищ розробки програмного забезпечення, за допомогою яких створюються автоматизовані модулі. Для реалізації подібних систем найкраще підходить обране середовище Visual Studio та мова C#, як найновітніші та найкомфортніші рішення станом на сьогоднішній день.
Таким чином стає можливим перехід від ручного обрахунку параметрів педіпуляторів промислових роботів до автоматичного.
Список використаних джерел
1. Microsoft Docs. Windows Forms Overview: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/framework/winforms/windows-forms-overview
2. О. Д. Егоров Конструирование механизмов роботов. — М.: «Абрис»
3. Е. И. Юревич. Основы робототехники
4. И.И. Мачульский Робототехнические системы и комплексы. М.: Транспорт, 1999
