informИнформатикаInformatics1816-03012617-6963UIIP NASBinform-886Research ArticleАВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯCOMPUTER AIDED DESIGNРазработка системы управления учебным роботом-манипулятором параллельной структуры с применением технологии модельно-ориентированного проектированияDevelopment of a control system for an educational robot manipulator of a parallel structure using model-based designhttps://orcid.org/0000-0002-3412-9174ПрокоповичГ. А.PrakapovichR. A.

Прокопович Григорий Александрович - кандидат технических наук, доцент, заведующий лабораторией робототехнических систем.

Минск

Ryhor А. Prakapovich - Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Head of the Robotics Systems Department.

rprakapovich@robotics.byОбъединенный институт проблем информатики, Национальная академия наук БеларусиThe United Institute ofInformatics Problems of the National Academy of Sciences of Belarus20192612201916499114Copyright © Прокопович Г.А., 20192019Прокопович Г.А.Prakapovich R.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://inf.grid.by/jour/article/view/886

Описан процесс разработки сложного механического устройства с микроконтроллерным управлением на основе использования технологии модельно-ориентированного проектирования и программных продуктов Mathworks. Объектом разработки являлся робот-манипулятор на базе механизма параллельной структуры с шестью степенями свободы. Для создания микроконтроллерной системы управления манипулятором предложено решение обратной задачи кинематики, работоспособность которого была доказана с помощью динамической компьютерной модели из плоских геометрических примитивов в среде MATLAB. С помощью пакета Simscape Multibody на основе трехмерной модели проектируемого объекта был проведен анализ его физических свойств. Работоспособность аппаратной части системы управления была доказана с помощью пакета Embedded Systems, который также позволил сгенерировать исполнительный код для выбранной микроконтроллерной платы Arduino Mega 2560. Созданный параллельный манипулятор представляет собой действующее электромеханическое устройство с циклическим микроконтроллерным управлением, позволяющим перемещать в пространстве подвижную платформу по заранее заложенным траекториям.

The development of a complex mechanical device with microcontroller control using of model-based design and Mathworks software products is described. The object was a robotic arm based on a parallel structure mechanism with six degrees of freedom. To create a microcontroller control system for this manipulator, a solution to the inverse kinematics problem was proposed. The operability of the model was proved using a moving computer model of geometric primitives in MATLAB. Analysis of the physical properties of developing object was carried out on the basis of its three-dimensional model, implemented by Simscape Multibody package and composed of solid-state models. The operability of the control system hardware was proved by Embedded Systems Toolbox, which also allowed to generate an executive code for selected Arduino Mega 2560 microcontroller board. The manipulator is a complete electromechanical device with cyclic microcontroller control, which allows to move the moving platform according to the predefined trajectories.

имитационное моделированиепараллельный манипуляторгексаподобратная задача кинематикиуправлениемикроконтроллерsimulationparallel manipulatorhexapodkinematics inverse problemcontrolmicrocontrollerРабота выполнена при частичной финансовой поддержке гранта SERI SFG450 и задания ГПНИ ИК813This work was supported in part by a grant from the SERI SFG450 grant and assignment from GPNI IK813ReferencesШахинпур, М. Курс робототехники : пер. с англ. / М. Шахинпур. - М. : Мир, 1990. - 527 с.Shahinpoor M. A Robot Engineering Textbook Hardcover. Harpercollins College Div, 1987, 480 p.Merlet, J. P. Parallel Robots / J. P. Merlet. - 2nd ed. - Heidelberg : Springer, 2005. - 417 p.Merlet J. P. Parallel Robots. 2nd ed. Heidelberg, Springer, 2005, 417 p.Pandilov, Z. Comparison of the characteristics between serial and parallel robots / Z. Pandilov, V. Dukovski // Acta Technica Corvininesis - Bulletin of Engineering. - 2014. - Vol. 7(1). - P. 143-160.Pandilov Z., Dukovski V. Comparison of the characteristics between serial and parallel robots. Acta Technica Corvininesis - Bulletin of Engineering, 2014, vol. 7(1), pp. 143-160.Parallel Manipulators, Towards New Applications / ed. Wu Huapeng. - Vienna : I-Tech, 2008. - 506 p.Wu Huapeng (ed.). Parallel Manipulators, Towards New Applications. Vienna, I-Tech, 2008, 506 p.Кун, С. Структурный синтез параллельных механизмов / С. Кун, К. Госселин ; пер. с англ. Л. А. Рыбак, А. В. Чичварина ; под ред. А. В. Синева. - М. : Физматлит, 2012. - 276 с.Kong X., Gosselin C. M. Type Synthesis of Parallel Mechanisms. Springer Tracts in Advanced Robotics, 2007, vol. 33, 276 p.Прокопович, Г. А. Мобильный робот с нулевым радиусом поворота / Г. А. Прокопович // Робототехника и техническая кибернетика. - 2015. - № 2(7). - С. 39-44.Prakapovich R. A. Mobil'nyj robot s nulevym radiusom povorota [Mobile robot with zero-turn]. Robototekhnika i tekhnicheskaya kibernetika [Robotics and Technical Cybernetics], 2015, vol. 2(7), pp. 39-44 (in Russian).Механизмы параллельной структуры в металлорежущих станках / Е. Б. Щелкунов [и др.] // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. - 2012. - № 12. -С. 52-61.Shchelkunov E. B., Vinogradov S. V., Shchelkunova M. E., Samar E. V. Mekhanizmy parallel'noj struktury v metallorezhushchih stankah [Mechanisms of parallel structure in metal-cutting machines]. Uchenye zapiski Komsomol'skogo-na-Amure gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Scientific notes of Komsomolsk-on-Amur State Technical University], 2012, vol. 12, pp. 52-61 (in Russian).Талукдер, Ю. З. Модельно-ориентированное проектирование систем автоматического управления в инженерном образовании / Ю. З. Талукдер // Научное обозрение. Технические науки. - 2014. - № 2. -С. 174-182.Talukder Yu. Z. Model'no-orientirovannoe proektirovanie sistem avtomaticheskogo upravleniya v inzhenernom obrazovanii [Model-oriented design of automatic control systems in engineering education]. Nauchnoe obozrenie. Tekhnicheskie nauki [Scientific Review. Technical science], 2014, vol. 2, pp. 174-182 (in Russian).Применение модельно-ориентированного проектирования к созданию АСУ ТП опасных промышленных объектов / С. С. Журавлев [и др.] // Вестн. НГУ. Сер. Информационные технологии. - 2018. -Т. 16, № 4. - С. 56-67.Zhuravlev S. S., Rudometov S. V., Okol'nishnikov V. V., Shakirov S. R. Primenenie model'no-orientirovannogo proektirovaniya k sozdaniyu ASU TP opasnyh promyshlennyh ob"ektov [Application of model-oriented design to the creation of industrial control systems for hazardous industrial facilities]. Vestnik Novosibirskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya Informacionnye tekhnologii [Bulletin of Novosibirsk State University. Series Information Technology], 2018, vol. 16, no. 4, pp. 56-67 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.