Моделирование рабочего пространства мобильного робота - Дипломная работа

Робототехника - важная и перспективная отрасль промышленности, поскольку при помощи роботов и их комплексов руководители предприятий могут создавать высокоэффективное производство с минимальными издержками и высоким качеством продукции. Робототехника наука о процессе разработки автоматизированных технических систем на базе электроники, механики и программирования. Возникнув на основе кибернетики и механики, робототехника в свою очередь породила новые направления развития и самих этих наук. Робот можно определить как универсальный автомат для осуществления механических действий, подобных тем, которые производит человек, выполняющий физическую работу.При классификации по характеру моделируемой стороны объекта выделяют следующие виды моделей: ? кибернетические или функциональные модели. Поведение такого “черного ящика” может описываться математическим уравнением, графиком или таблицей, которые связывают выходные сигналы (реакции) устройства с входными (стимулами). Структура и принципы действия такой модели не имеют ничего общего с исследуемым объектом, но функционирует она похожим образом. К ним относятся действующие модели двигателя и генератора, компьютерная модель развития популяции, анимационная модель работы ЭВМ и т.д. По способу представления состояния системы различают: ? дискретные модели - это автоматы, то есть реальные или воображаемые дискретные устройства с некоторым набором внутренних состояний, преобразующие входные сигналы в выходные в соответствии с заданными правилами;.Модель - это объект, заменяющий исследуемую систему, и имитирующий ее структуру и поведение. Моделью может являться материальный объект, совокупность особым образом упорядоченных данных, система математических уравнений или компьютерная программа. Под моделированием понимают представление основных характеристик объекта исследования с помощью другой системы (материального объекта, совокупности уравнений, компьютерной программы).Под компьютерным моделированием в самом широком смысле будем понимать процесс создания и исследования моделей с помощью компьютера. Выделяют следующие виды моделирования: ? физическое моделирование: компьютер - часть экспериментальной установки или тренажера, он воспринимает внешние сигналы, осуществляет соответствующие расчеты и выдает сигналы, управляющие различными манипуляторами. Например, учебная модель самолета, представляющая собой кабину, установленную на соответствующих манипуляторах, соединенных с компьютером, который реагирует на действия пилота и изменяет наклон кабины, показания приборов, вид из иллюминатора и т.д., имитируя полет реального самолета;. ? имитационное моделирование состоит в создании компьютерной программы (или пакета программ), имитирующей поведение сложной технической, экономической или иной системы на ЭВМ с требуемой точностью.В теории моделирования систем компьютерные модели подразделяются на численные, имитационные, статистические и логические. При компьютерном моделировании, как правило, используют одну из типовых математических схем: дифференциальные уравнения, детерминированные и вероятностные автоматы, системы массового обслуживания, сети Петри и т.д. Математические схемы этого вида называются D-схемами (от англ. dynamic);. ? дискретно-детерминированные модели используются для исследования дискретных систем, которые могут находиться в одном из множества внутренних состояний.Совершенствование информационных технологий обусловило использование компьютеров практически во всех сферах деятельности человека. Использование ЭВМ позволяет, исходя из математических уравнений, рассчитать поведение исследуемой системы в тех или иных условиях.Рассмотрим моделирование рабочего пространства мобильного робота, функционирующего в составе гибкой производственной системы (ГПС). Пусть существует рабочее пространство Р робота Rb, которое обладает такими свойствами: геометрические размеры, объекты рабочей зоны, климатические условия, временные параметры P(D(x, y, z), Obj, Clm, T). В рабочем пространстве существуют определенные объекты: станки (St), инструмент (Ins), оснастка (Osn), человек (Hum), робот (Rb): Объекты также обладают определенным набором свойств. Предметы взаимодействуют между собой отношениями принадлежности Pt(x), следования Rt1 (x, y), совместимости Rt2 (x, y), отношениями предопределения Rt3 (x, y), отношениями ограничения Rt4(x,y), отношениями совместности Rt5 (x, y), отношениями ограничениями по доступу одних объектов пространства к другим Rt6 (x, y).