X3D-прототипирование моделей тел манипуляционных роботов
Автор: Телегин А.И., Гусев Е.В., Кодкин В.Л., Ширяев В.И.
Рубрика: Управление в технических системах
Статья в выпуске: 4 т.24, 2024 года.
Бесплатный доступ
Целью является исследование возможностей и способов раздельного X3D-моделирования структуры манипуляционных роботов и внешнего X3D-прототипирования моделей их тел, не требующих для их практического использования знаний X3D-программирования виртуальных миров. Методы исследования относятся к трехмерному моделированию, кинематике систем тел и робототехнике. Рассматриваются типовые ангулярные манипуляционные роботы, состоящие из поворотной платформы, плеча, предплечья и трехзвенной кисти, на конце которой установлен схват с двумя пальцами. Результаты исследования содержат описание разработанных способов разметки структуры и геометрии манипуляционных роботов и трех способов (простейшего, простого и типового) создания цифрового кода, на основе которого автоматически генерируется X3D-модель тела. Для каждого из этих способов отмечаются достоинства, недостатки и ограничения, а также рекомендуются случаи их эффективного использования. Практически применять подробно описанные способы сможет любой пользователь, освоивший цифровое кодирование моделей тел. Это особенно актуально для тех, кто не владеет декларативным xml-программированием и в частности расширяемым языком разметки X3D, для изучения которого книг и статей на русском языке очень мало. Для желающих углубить свои знания X3D на практике здесь представлены и описаны разработанные X3D- и JS-коды моделирования манипуляционных роботов и их тел. Приведены примеры X3D-разметки структуры типовых манипуляционных роботов с шестью вращательными кинематическими парами, которые охватывают большинство ангулярных промышленных роботов.
Xml, x3d, js, внешнее x3d-прототипирование, симуляция, манипуляционный робот, x3d-модели тел, ртк
Короткий адрес: https://sciup.org/147245996
IDR: 147245996 | УДК: 004.92 | DOI: 10.14529/ctcr240402
X3D prototyping of manipulation robot body models
The aim is toinvestigate the possibilities and methods for separate X3D modeling of the structure of manipulation robots and external X3D prototyping of their body models, without requiring knowledge of X3D programming of virtual worlds for their practical use. The research methods are related to 3D modeling, body system kinematics and robotics. Typical angular manipulative robots consisting of a rotating platform, a shoulder, a forearm, and a three-linked hand with a two-fingered grip at the end are considered. The results of the study contain a description of the developed ways of marking up the structure and geometry of manipulation robots and three ways (simple, simple and typical) of creating a digital code, based on which an X3D model of the body is automatically generated. For each of these methods, advantages, disadvantages and limitations are noted, and cases of their effective use are recommended. Practical application of the methods described in detail will be possible for any user who has mastered digital coding of body models. This is especially important for those who do not know declarative xml-programming and in particular the extensible markup language X3D, for the study of which books and articles in Russian are very few. For those who wish to deepen their knowledge of X3D in practice here are presented and described developed X3D and JS-codes for modeling manipulation robots and their bodies. Examples of X3D layout of the structure of typical manipulation robots with six rotational kinematic pairs, which cover most angular industrial robots, are given.
Список литературы X3D-прототипирование моделей тел манипуляционных роботов
- Телегин А.И. Основы теоретической механики систем тел. С приложениями в робототехнике: учеб. пособие для вузов. СПб.: Лань, 2023. 252 с. ISBN 978-5-507-45089-3.
- ГОСТ Р 60.0.7.3-2020. Роботы и робототехнические устройства. Метод математического моделирования показателей надёжности и виртуализации испытаний на надёжность базовых элементов робототехнических комплексов при проектировании. М.: Стандартинформ, 2021.
- ГОСТ Р 60.0.7.2-2020. Роботы и робототехнические устройства. Технология математического моделирования и виртуализации испытаний базовых элементов робототехнических комплексов на внешние воздействующие факторы на всех этапах жизненного цикла. М.: Стандартинформ, 2021.
- Мелентьев Ю.И., Телегин А.И. Динамика манипуляционных систем роботов. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1984. 360 с.
- Бутырин С.А. Разработка алгоритмов управления манипулятором с компенсацией взаимовлияния движений и программного обеспечения численных экспериментов с моделями роботов на ЭВМ: дис.... канд. техн. наук. Томск, 1982. 144 с.
- Войнов И.В. Транспортные и манипуляционные системы мобильных робототехнических комплексов для экстремальных условий: дис.... д-ра. техн. наук. Челябинск, 1998. 301 с.
- Войнов И.В. Синтез алгоритма быстрой адаптации ПИД-регулятора программного движения четырехзвенного манипулятора // Информационные технологии искусственного интеллекта: сб. М.: ИФТП РАН, 1994. С. 93-100.
- Телегин А.И. Уравнения математических моделей механических систем. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 1999. 182 с.
- ТелегинА.И., Тимофеев Д.Н., Читалов Д.И. X3D-моделирование механических систем: опыт использования X3D в моделировании механических систем. Южно-Уральский государственный университет, 2014. 66 с. URL: http://elibraru.ru/item.asp?id=22585700.
- Пудовкина С.Г., Тимофеев Д.Н., Читалов Д.И. Моделирование и анимация роботизированных технологических комплексов // Наука ЮУрГУ: материалы 70-й научной конференции. Секции технических наук. Челябинск: Издат. центр ЮУрГУ, 2018. С. 776-784.
- Web Application for X3D-Model Creation of the Robotic Technological Complex / I.V. Voynov, S.G. Pudovkina, A.I. Telegin, D.N. Timofeev // Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». 2018. Т. 18, № 2. С. 5-18. DOI: 10.14529/ctcr180201
- Роботизация торговли / А.И. Телегин, Д.Н. Тимофеев, С.Г. Пудовкина, В.А. Телегин // Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». 2019. Т. 19, № 4. С. 84-98. DOI: 10.14529/ctcr190408
- Feature and Performance Comparison of the V-REP, Gazebo and ARG0s Robot Simulators / L. Pitonakova, M. Giuliani, A. Pipe, A. Winfield // Proceedings of the 19th Towards Autonomous Robotic Systems Conference (TAROS 2018). 2018. DOI: 10.1007/978-3-319-967228-8_30
- Development of a Khepera IV Library for the V-REP Simulator / E. Peralta, E. Fabregas, G. Farias et al. // IFAC-PapersOnLine - 11th IFAC Symposium on Advances in Control Education. 2016. P. 81-86. DOI: 10.1016/j.ifacol.2016.07.157
- On 3D simulators for multi-robot systems in ROS: MORSE or Gazebo? / F.M. Noori, D. Portugal, R. Rocha, M. Couceiro // 2017 IEEE International Symposium on Safety, Security and Rescue Robotics (SSRR). 2017. P. 19-24. DOI: 10.1109/SSRR.2017.8088134