Программная реализация иерархического подхода решения обратной задачи кинематики робота – манипулятора

Цель исследования. Разработка программной реализации иерархического подхода к решению обратной задачи кинематики робота-манипулятора с произвольным количеством сочленений. Разработанная библиотека может быть использована как в составе САПР машиностроительного назначения с поддержкой функционала инженерного анализа (CAE), так и для разработки программного обеспечения встроенных систем управления многокоординатными манипуляционными машинами.

Методы. Идея подхода заключается в итерационном приближении обобщенных координат в последовательности, определенной разработчиком. Количество необходимых итераций определяется требу-емой точностью решения. В качестве исходных данных для решения обратной задачи кинематики требуется «матрица манипулятора» 4 × 4 в символьном виде, начальные значения обобщенных коорди-нат, и «матрица манипулятора» 4 × 4, описывающая финальные положение и ориентацию схвата. Для реализации выбран язык программирования Си стандарта ANSI C, поскольку он обеспечивает доста-точную портативность и близость к аппаратуре.

Результаты. Результатом работы является библиотека языка программирования Си для ЭВМ под управлением операционных систем семейства Unix (например, GNU/Linux, freeBSD, openBSD, macOS, Solaris), которая предоставляет функции, необходимые для решения обратной задачи кинематики робота–манипулятора.

Заключение. В статье показан пример использования данной библиотеки для трехзвенного робота– манипулятора, а также построена траектория его движения по десяти точкам. Использование предложенной в статье библиотеки libreRGM3 может быть эффективным способом решения ОЗК при моделировании движения робота в САПР (например, OpenSCAD [8]), в учебных или исследовательских целях, в условиях работы с ЭВМ без графического интерфейса или с программируемым логическим контроллером и микроконтроллером.

1. Борисов О. И., Громов В. С., Пыркин А. А. Методы управления робототехническими приложениями. СПб.: Университет ИТМО, 2016. 108 c.

2. Simulate Robot Applications Program any Industrial Robot with One Simulation Environment // RoboDK. URL: https://robodk.com/ (дата обращения: 08.12.2023).

3. Программный комплекс для моделирования роботов и робототехнических систем // Dyn-Soft RobSim. URL: http://www.robsim.dynsoft.ru/ (дата обращения: 08.12.2023).

4. Web based free tool to search, compare and immediately analyze particular robots // KUKA Load. URL: https://www.kuka.com/en-de/products/robot-systems/software/cloudsoftware/kuka-load (дата обращения: 08.12.2023).

5. Универсальный механизм. URL: http://www.robsim.dynsoft.ru/ (дата обращения: 08.12.2023).

6. Design, simulate, test, and deploy robotics applications // Robotics System Toolbox. URL: https://www.mathworks.com/products/robotics.html (дата обращения: 08.12.2023).

7. Latest Official Release: 0.8.2 // Open RAVE. URL: http://www.openrave.org/ (дата обращения: 08.12.2023).

8. The Robot Operating System (ROS) is a set of software libraries and tools that help you build robot applications // ROS - Robot Operating System. URL: https://www.ros.org/ (дата обращения: 08.12.2023).

9. Кернинган Б. У., Ритчи Д. М. Язык программирования C. 2-е изд. СПб., 2020. 288 c.

10. Каргинов Л. А. Иерархический подход к решению обратной задачи кинематики // Наука и образование. МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2016. № 3. C. 37-63.

11. Фу К., Гонсалес Р., Ли К. Робототехника. М.: Мир, 1989. 624 c.

12. Крахмалев О. Н. Моделирование манипуляционных систем роботов. Саратов: Ай Пи Эр Медиа, 2018. 165 с.

13. LibreOffice is a free and powerful office suite, and a successor to OpenOffice.org (commonly known as OpenOffice). Its clean interface and feature-rich tools help you unleash your creativity and enhance your productivity // LibreOffice. URL: https://www.libreoffice.org/ (дата обращения: 11.12.2023).

14. Run your private office with the ONLYOFFICE // OnlyOffice. URL: https://www.onlyoffice.com/ (дата обращения: 11.12.2023).

15. Turn data into insights with free and premium spreadsheets // Microsoft Excel. URL: https://www.microsoft.com/en-us/microsoft-365/excel (дата обращения: 11.12.2023).

16. Maxima. A Computer Algebra System // Maxima. URL: https://maxima.sourceforge.io/ (дата обращения: 13.12.2023).

17. Debian – The Universal Operating System // Debian. URL: https://www.debian.org/ (дата обращения: 25.12.2023).

18. Столяров А. В. Программирование: введение в профессию. Т.2. Системы и сети. 2-е изд. М.: ДМК Пресс, 2021. 656 c.

19. OpenSCAD:The Programmers Solid 3D CAD Modeller // OpenSCAD. URL: https://openscad.org/ (дата обращения: 25.12.2023).

20. GIMP – GNU Image Manipulation Program // GIMP. URL: https://www.gimp.org/ (дата обращения: 25.12.2023).