Министерство образования и науки Пермского края
Краевое государственное автономное профессиональное образовательное
учреждение
«Пермский авиационный техникум им. А.Д. Швецова»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Пояснительная записка
дисциплина: МДК.03.02 Оптимизация работы мехатронных систем
Оптимизация манипулятора KUKA KR16 R1610
АТКП.15.02.10.19.116
Преподаватель _______________________________________________ Ситчихин О.В.
(подпись, дата)
Студент, гр. МХ-19-1 __________________________________________ Маховиков Г.А.
(подпись, дата)
2023
Пермь
Краевое государственное автономное профессиональное образовательное учреждение
«Пермский авиационный техникум им. А.Д. Швецова»
ЗАДАНИЕ
на курсовое проектирование
по дисциплине «МДК.03.02 Оптимизация работы мехатронных систем»
специальность 15.02.10
«Мехатроника и мобильная робототехника (по отраслям)»
Студенту группы МХ-19-1
Маховиков Герман Анатольевич
шифр группы
фамилия, имя, отчество
Тема проекта: Оптимизация манипулятора KUKA KR16 R1610
Исходные данные: Техническая документация манипулятора KUKA KR16 R1610
Содержание пояснительной записки
1. Манипуляторы в производстве
1.1. Манипулятор
KUKA
KR16
R1610
назначение,
область
применения,
виды
манипулятора и его принцип работы.
1.2. Изготовка манипулятора, технические характеристики, структура и алгоритм работы
2. Оптимизация манипулятора KUKA KR16 R1610
2.1. Выбор и описание методов оптимизации
2.2. Градиентный спуск
2.3. Арументирование выбора метода градиентного спуска
2.4. Алгоритм оптимизации манипулятора
2.5. Результат оптимизации
3. Охрана труда и техника безопасности
4. Графическая часть
Приложение А Принципиальная схема работы манипулятора
Задание рассмотрено на заседании ПЦК АД и СТ (протокол № _____ от__________)
Председатель комиссии
___________________________________________Постникова Н.В.
подпись, дата
Руководитель работы (проекта)____________________________________________Ситчихин О.В.
Исполнитель работы (проекта) ____________________________________________ Маховиков. Г.А.
подпись, дата
Дата выдачи задания _____________________________________________________ 2023г.
Дата окончания выполнения работы _______________________________________ 2023г.
Содержание
Введение ....................................................................................................................4
1 Манипуляторы в производстве ........................................................................... 5
1.1 Манипулятор KUKA KR16 R1610 назначение, область применения, виды
манипулятора и его принцип работы ......................................................................5
1.2 Изготовка манипулятора, технические характеристики, структура и
алгоритм работы ........................................................................................................8
2. Оптимизация манипулятора KUKA KR16 R1610 ..........................................13
2.1 Выбор метода ................................................................................................... 13
2.2 Градиентный спуск .......................................................................................... 14
2.3 Арументирование выбора метода градиентного спуска ............................. 16
2.4 Алгоритм оптимизации манипулятора ..........................................................18
2.5 Результат оптимизации ................................................................................... 19
3 Охрана труда и техника безопасности ............................................................. 21
Заключение ............................................................................................................. 23
Список используемых источников ...................................................................... 24
Приложение А ........................................................................................................ 25
Принципиальная схема работы манипулятора (обязательно) .........................25
Изм Лист № документа
Разраб.
Подпись Дата
Литера
Маховиков Г.А.
Ситчихин О.В.
Проверил Г.А
Н. контр.
Утв.
АТПР.150210.19.116 ПЗ
Оптимизация манипулятора
KUKA KR16 R1610
У
Лист
3
МХ-19-1
Листов
Введение
В современном производстве все большее значение приобретает
качество выпускаемой продукции, ее конкурентоспособность на рынке и
эффективность производственных процессов. Для достижения этих целей
необходимо использование передовых технологий, в том числе мехатроники
и робототехники.
Мехатроника является наукоемкой областью, которая объединяет в себе
механику, электронику и программирование. Она используется для создания
высокотехнологичного оборудования, в том числе манипуляторов и роботов,
способных выполнять различные задачи в производственных процессах.[5]
Одним из наиболее популярных и эффективных манипуляторов является
6-ти осевой манипулятор KUKA KR16 R1610. Этот робот используется в
широком спектре производственных задач, начиная от автоматизации сборки
в автомобильной промышленности, заканчивая сортировкой и упаковкой
товаров в логистической отрасли.
Цель данной курсовой работы - исследование применения 6-ти осевого
манипулятора KUKA в производственных процессах, а также оптимизация
самого устройства.
Для достижения этой цели будет проанализировано устройство,
возможности и принципы работы манипулятора KUKA. Будет рассмотрен
вопрос автоматизации производственных процессов с помощью 6-ти осевого
манипулятора KUKA, его вклада в увеличение эффективности производства,
а также возможности максимизации производства с помощью данного
манипулятора.
Результатом данной работы должна стать оптимизация 6-ти осевого
манипулятора KUKA, которая отразится на эффективности его работы на
производстве.
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
4
1 Манипуляторы в производстве
1.1 Манипулятор KUKA KR16 R1610 назначение, область применения,
виды манипулятора и его принцип работы
Mанипулятор KUKA KR16 R1610 - это высокотехнологическое
устройство, разработанное компанией KUKA Robotics. Этот манипулятор
может выполнять различные операции с высокой точностью и скоростью,
благодаря чему он является незаменимым устройством в производственной
деятельности.
Рисунок 1 6-ти осевой манипулятор KUKA KR16 R1610
Как известно, манипуляторы - это устройства, которые помогают в
перемещении и управлении объектами с помощью механической руки,
наподобие руки человека. Манипулятор R16 используется в различных
отраслях,
включая
автомобильную,
промышленную,
медицинскую,
электронную, пищевую и другие отрасли. Конкретное применение может
варьироваться
в
зависимости
производства.
Например,
от
требований
манипуляторы
KUKA
и
задач
R16
конкретного
KR1610
могут
использоваться для монтажа и сборки автомобилей, авиационоой техники,
грузоподъемных работ, роботизированного производства и сортировки
продуктов на производственных линиях. Также он может использоваться для
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
5
манипулирования
хрупкими
предметами,
такими
как
медицинские
инструменты и электроника.
Основные принципы работы манипулятора KUKA KR16 R1610 связаны
с контролем за его движениями и перемещениями. Для этого устройство
оснащено специальными датчиками, которые отслеживают движения
манипулятора и передают соответствующую информацию на компьютер.
Компьютер, в свою очередь, анализирует эту информацию и управляет
движениями манипулятора, обеспечивая его точное и бесперебойное
функционирование.
Главным назначением манипулятора KUKA KR16 R1610 является
автоматизация производственных процессов, что позволяет существенно
увеличить эффективность и производительность в различных отраслях
индустрии. Манипулятор может выполнять множество операций, которые
ранее
выполнялись
вручную,
такие
как
сборка,
покраска,
сварка,
фрезерование, шлифование и другие процессы, благодаря чему повышается
качество продукции, уменьшаются затраты на производство и повышается
конкурентоспособность предприятия.[2]
Преимущества использования манипуляторов в производстве:
1. Увеличение производительности и эффективности работы за счет
автоматизации процессов.
2. Снижение риска травм и усталости работников.
3. Улучшение качества продукции за счет повышения точности и скорости
выполнения операций.
4. Снижение затрат на трудовые ресурсы за счет уменьшения количества
работников.
5. Возможность работать с тяжелыми и громоздкими предметами, которые не
могут быть подняты вручную.
Минусы использования манипуляторов в производстве:
1. Высокие затраты на приобретение и установку манипуляторов.
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
6
2. Необходимость регулярного обслуживания и ремонта манипуляторов.
3. Необходимость тщательной обучения персонала работе с манипуляторами.
4. Некоторые операции могут оказаться невозможными или
затруднительными для выполнения при помощи манипуляторов.
5. Риск аварий и поломок в случае неправильного использования
манипуляторов.
КUKA KR16 R1610 имеет несколько видов, которые отличаются друг от
друга
конструкцией
и
техническими
характеристиками.
Наиболее
распространенными являются:
- Картина-робот. Этот манипулятор представляет собой полностью
автоматическую систему, которая используется для рисования и печати на
различных поверхностях. Он может рисовать на бумаге, текстиле, дереве,
пластике и других материалах.
- Промышленный манипулятор. Этот манипулятор используется в
промышленности для автоматизации процессов. Он может выполнять такие
операции, как подача деталей, сборка, манипуляция и многое другое.
- Медицинский манипулятор. Этот манипулятор используется в
медицинских
учреждениях
для
хирургических
операций,
процедур
реабилитации и других медицинских манипуляций.
Существует несколько моделей манипуляторов KUKA KR16 R1610:
1. КР16 R1610-2: имеет нагрузочную способность до 10 кг и радиус
действия до 1610 мм.
2. КР16 R1610-3: имеет нагрузочную способность до 16 кг и радиус
действия до 1610 мм.
3. КР16 R1610-4: имеет нагрузочную способность до 16 кг и радиус
действия до 1610 мм.
4. КР16 R1610L750-2: имеет нагрузочную способность до 10 кг и радиус
действия до 750 мм.
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
7
5. КР16 R1610L750-3: имеет нагрузочную способность до 16 кг и радиус
действия до 750 мм.
Каждая из этих моделей имеет свои особенности и спецификации, и
выбор зависит от конкретных потребностей приложения, для которого
манипулятор будет использоваться
Рисунок 2 Ассортимент манипуляторов KUKA
1.2 Изготовка манипулятора, технические характеристики, структура и
алгоритм работы
Конструкция манипулятора KUKA R16 KR1610 обеспечивает высокую
точность и надежность в работе, что облегчает задачи при изготовлении и
сборке. Для создания такого манипулятора требуется несколько этапов
производства, которые включают в себя следующие этапы:
1. Проектирование. Этап в своей основе заключается в создании макета
манипулятора в программе специального назначения. Это проектирование
крепления и кабелей, отбор партии электронных компонентов и выбор их
установки.
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
8
2. Раскрой и вырезка металлических деталей. Начальная стадия
изготовления. Происходит закупка и раскрой металла на станке-лазере, после
чего происходит вырезка кусков по шаблону.
3. Фрезерование деталей. Необходимый материал для производства
манипулятора - алюминий. После этого происходит фрезеровка детали на
станках с контролем качества.
4. Сборка деталей. После этого осуществляют сборку всех частей
манипулятора. Этот этап важен, особенно при сборке механизмов с
точностью до нескольких миллиметров.
5. Установка электронных компонентов. После сборки механизмов
манипулятора роботизированной системы устанавливаются электронные
компоненты и кабели.
6. Контроль качества. После сборки и установки электронных
компонентов, проводится полный контроль качества по всем параметрам,
допущенным в техническую документацию.
7. Тестирование манипулятора на скорости. Тестирование происходит в
нескольких проходах манипулятора на скорости до 25 км/ч.
8. Упаковка готового изделия. После тестирования и контроля качества
происходит упаковка манипулятора в соответствующую упаковку.
В результате процесса изготовления манипулятора можно сделать вывод,
что
удалось
создать
высококачественное
устройство,
имеющее
соответствующий уровень функциональности и технические характеристики,
обеспечивающие
Комбинируя
производит
все
точность,
надежность
вышеуказанные
манипуляторы,
этапы,
и
удобство
компания
обладающие
всеми
использования.
KUKA
успешно
необходимыми
особенностями и требованиями к новейшей робототехнике.После сборки
каждый манипулятор проходит жесткий контроль качества, который
включает тестирование всех компонентов и функций манипулятора. По
окончании тестирования манипулятор готов к отправке заказчику.
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
9
Технические данные: Максимальный вылет 1612 мм / Номинальная
грузоподъемность 16 кг / Максимальная грузоподъемность 20 кг /
Максимальная дополнительная нагрузка, вращающаяся колонна / рычаг /
рычаг - Повторяемость позы (ISO 9283) ± 0,04 мм Количество осей 6.
Монтажное положение - пол, потолок, стена; Площадь основания 430,5 мм x
370
мм
/
Вес
манипулятора
около
245кг[1]
Рисунок 3 Рабочая зона и Грузовая диаграмма
Манипулятор KR16 R1610 оснащен уникальной системой управления KUKA
Control Panel (KCP), которая обеспечивает простой и эффективный интерфейс
для программирования и управления манипулятором.[6]
Он
также
оснащен
новейшей
системой
безопасности
KUKA
SafeOperation, которая предоставляет высокую степень защиты для оператора
и окружающих объектов. Управляется контроллером KR C4.
Рисунок 4 Контроллер КR C4
Манипулятор KUKA R16 KR1610 состоит из следующих элементов:
1. Базовый крепежный элемент – основание робота, на которое
устанавливаются остальные компоненты.
2. Базовый модуль – предназначен для крепления и управления первым
звеном манипулятора.
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
10
3.
Первое
звено
–
осуществляет
вертикальное
перемещение
горизонтальное
перемещение
манипулятора.
4.
Второе
звено
–
осуществляет
манипулятора.
5. Третье звено – осуществляет поворот гриппера манипулятора.
6. Гриппер – предназначен для захвата и перемещения объектов.
7. Кабельная система – обеспечивает передачу управляющих сигналов и
питания от контроллера к манипулятору.
8. Контроллер – обеспечивает управление движением манипулятора и
работы гриппера.
Алгоритм работы манипулятора KUKA R16 KR1610:
1. Подготовка манипулятора:
- Включение питания
- Перезагрузка контроллера
- Калибровка сенсоров
- Настройка параметров системы безопасности
2. Задание программы:
- Создание программы в специальном языке (например, KRL)
- Внесение координат целевых точек для манипулятора
- Установка скорости и ускорения движения
3. Запуск программы:
- Загрузка программы в контроллер манипулятора
- Обеспечение безопасности оператора
- Запуск программы
4. Выполнение задания:
- Манипулятор движется к целевым точкам
- Выполняет заданные операции
- Отслеживает положение и перемещение объекта для стабилизации
5. Завершение работы:
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
11
- Манипулятор возвращается в начальное положение
- Программа заканчивается
В итоге, был расмотрен манипулятор от компании KUKA Robotics, а
именно модель KUKA KR16 R1610, также были рассмотрены его другие
конфигурации,
изучили
как
проходит
изготовление,
проверка
этого
устройства, узнали в каких производствах и целях используется данный
манипулятор, алгоритм его работы, а также его технические характеристики.
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
12
2. Оптимизация манипулятора KUKA KR16 R1610
2.1 Выбор метода
Существует большое количевство различных методов для оптимизации
манипуляторов и других мехатронных систем, все они различаются в
эффективности и применении, в алгоритме достижения оптимальных
параметров, а также:
1. Цель оптимизации: некоторые методы оптимизации оптимизируют
только одну целевую функцию, в то время как другие могут оптимизировать
несколько функций одновременно.
2. Размерность: некоторые методы оптимизации могут работать только с
низкоразмерными пространствами, в то время как другие могут обрабатывать
пространства более высокой размерности.
3. Ограничения: некоторые методы оптимизации могут работать с
ограничениями, такими как равенства и неравенства, в то время как другие не
могут.
4.
Локальная
или
глобальная
оптимизация:
некоторые
методы
оптимизации могут только найти локальные экстремумы функции, в то время
как другие могут искать глобальные минимумы или максимумы.
5. Дискретность: некоторые методы оптимизации работают только с
непрерывными функциями, в то время как другие могут работать с
дискретными функциями.
6. Распараллеливание: некоторые методы оптимизации могут быть
распараллелены для более быстрого поиска оптимального решения, в то
время как другие не могут.
7. Итерационность: некоторые методы оптимизации требуют множества
итераций для поиска оптимального решения, в то время как другие могут
работать с единственным шагом.
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
13
8.
Стохастичность
и
детерминированность:
некоторые
методы
оптимизации могут использовать стохастические алгоритмы для работы с
неточными данными, в то время как другие используют детерминированные
методы.
После всех выше перечисленных параметров, самым подходящим
методом для оптимизации манипулятора является градиентный спуск.
2.2 Градиентный спуск
Его основная идея заключается в поиске минимального значения
функции путём последовательного движения в направлении наиболее
быстрого убывания функции. Градиентный спуск часто используется для
поиска наилучшей линии при задании нескольких точек данных. Существует
три основных компонента алгоритма градиентного спуска: обучающие
примеры, параметр и функция стоимости. Обучающие примеры относятся к
данным, которые используются для "обучения" алгоритма градиентного
спуска. Например, если целью алгоритма градиентного спуска является
предсказание цен на дома на основе размера, то обучающими примерами
будет список размеров существующих домов и их соответствующая цена.
Параметр, часто называемый theta(0), - это коэффициенты функции, которую
алгоритм использует для моделирования данных. Например, если линия
наилучшего соответствия имеет вид f(x) = ax2+bx+c, то a, b и c будут
параметрами. Функция стоимости, или J(0), - это представление того,
насколько хорошо данные могут быть смоделированы с учетом различных
параметров. Чем ниже стоимость, тем лучше функция подходит к обучающим
примерам.
Градиентный спуск работает в четыре этапа. Во-первых, он начинается с
набора случайных значений 0. Во-вторых, вычисляется градиент функции
стоимости относительно текущего 0. В-третьих, изменяется 0 путем
вычитания градиента функции стоимости из 0 по уравнению 0 = 0 - α*J'(0)).
α(alpha) в этом уравнении - это просто коэффициент, называемый "скоростью
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
14
обучения", который используется для определения скорости работы
алгоритма. Далее он повторяет второй и третий шаги до тех пор, пока
стоимость при текущем 0 не окажется в локальном или глобальном
минимуме J(0).
Градиентный спуск работает благодаря вогнутости функций затрат.
Когда функция затрат изображена на графике относительно 0, она будет
выглядеть примерно так:
Рисунок 5 Визуализация градиентного спуска
Градиентный спуск делает то же самое, что и падение мяча в случайную
точку на кривой, построенной функцией затрат. Естественно, шарик
"скатится" в самую нижнюю точку функции затрат, давая алгоритму значение
0, которое минимизирует функцию затрат.
Рисунок 6 Симуляция нахождения локального минимум
Алгоритм градиентного спуска имеет ряд модификаций, которые могут
ускорить сходимость или повысить точность определения минимума.
Например, можно использовать адаптивный выбор шага, чтобы он менялся в
зависимости от текущего значения градиента. Также можно применять
стохастический градиентный спуск, который использует только случайную
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
15
часть выборки на каждой итерации, что позволяет уменьшить время
выполнения алгоритма.[4]
Линейная регрессия - это метод анализа данных, который позволяет
построить
уравнение
прямой
линии,
наиболее
точно
описывающей
зависимость между двумя переменными. Обычно в линейной регрессии одна
переменная является зависимой (так называемая "целевая") и представляет
собой то, что мы хотим предсказать, а другая переменная - независимая и
служит для объяснения изменений зависимой переменной. Просто говоря,
линейная регрессия помогает определить, как одна переменная влияет на
другую, и насколько сильно это влияние. Результатом линейной регрессии
является уравнение прямой линии, которое можно использовать для
прогнозирования значений целевой переменной на основании известных
значений независимой переменной.
Рисунок 7 Линеная регрессия
Также требуется градиент, который является dJ/dw (производная
функции потерь относительно одного веса, выполненная для всех весов).
dJ/dw зависит от выбора функции потерь. Наиболее распространена функция
потерь среднеквадратичной ошибки.
1
� θ =
�
�
�=1
(ℎθ � �
− �(�) )2
2.3 Арументирование выбора метода градиентного спуска
Метод градиентного спуска является самым лучшим решением для
оптимизации манипулятора KUKA по нескольким причинам. Во-первых, этот
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
16
метод позволяет быстро снизить функциональный разрыв между текущим
значением и оптимальным значением, определяемым градиентом функции
потерь. Это достигается путем поиска оптимального направления в плоскости
функции потерь и изменения значений связанных с манипулятором
параметров, таких как скорость и энергопотребление.
Во-вторых, метод градиентного спуска является довольно простым и
эффективным,
что
позволяет
использовать
его
для
оптимизации
манипулятора KUKA, исходя из различных критериев и ограничений.
Используем градиентный спуск для оптимизации максимальной скорости,
обеспечивая минимальное время выполнения задач, или минимального
энергопотребления, что в свою очередь обеспечивает снижение затрат на
эксплуатацию.
Наконец, градиентный спуск обеспечивает адаптивную оптимизацию,
которая
позволяет
манипулятору
KUKA
быстро
адаптироваться
к
изменяющимся требованиям работ. Это делает метод градиентного спуска
идеальным для применения в различных промышленных и научных областях,
где требуется быстрая оптимизация работы манипулятора и повышение его
эффективности.
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
17
2.4 Алгоритм оптимизации манипулятора
Алгоритм оптимизации манипулятора KUKA KR16 R1610 методом
градиентного спуска представляет собой последовательность действий,
направленных
на
нахождение
наиболее
оптимальных
значений
коэффициентов, которые обеспечат производительность манипулятора на
максимально высоком уровне. Разберем этот алгоритм по пунктам:
1.
Определение
необходимо
функционала
определить
эффективности.
функционал
Первым
эффективности,
шагом
который
будет
использоваться для измерения качества работы манипулятора. Он может быть
представлен, например, в виде среднего времени выполнения задачи,
точности перемещения, затрат на энергию.
2. Определение входных параметров. Затем необходимо определить
входные параметры, которые будут использоваться для оценки функционала
эффективности. Они могут включать в себя коэффициенты настроек
манипулятора, параметры среды, в которой работает манипулятор, и т.д.
3.
Инициализация
коэффициентов
настроек.
Далее
необходимо
инициализировать коэффициенты настроек. Они будут изменяться в процессе
оптимизации, но для начала работы алгоритма им необходимо присвоить
начальные значения.
4.
Вычисление
градиента.
После
инициализации
коэффициентов
необходимо вычислить градиент функционала эффективности по каждому из
коэффициентов. Этот шаг может быть выполнен с помощью аналитических
методов, но чаще всего используется численный метод вычисления градиента.
5. Обновление коэффициентов настроек. На основе вычисленного
градиента необходимо обновить значения каждого из коэффициентов в
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
18
направлении, противоположном градиенту. Это позволяет двигаться к
оптимальному значению для каждого из коэффициентов.
6. Проверка условий завершения. После обновления коэффициентов
настроек необходимо проверять условия завершения алгоритма. Они могут
быть связаны
с
достижением определенного значения
функционала
эффективности, с количеством итераций алгоритма или с изменением
значений коэффициентов настроек внутри одной итерации.
7. Если условия завершения не выполнены, алгоритм возвращает на шаг
4, где выполняются все действия заново до тех пор, пока не будет достигнуто
условие завершения.
8. Вывод результатов. Когда алгоритм завершен, необходимо вывести
результаты его работы, включая значения коэффициентов настроек,
оптимальное значение функционала эффективности и т.д. Эти результаты
могут быть использованы для улучшения производительности манипулятора
в реальном мире.
2.5 Результат оптимизации
После проведения оптимизации, изменились следующие параметры и
характеристики манипулятора:
1. Точность позиционирования
Использование метода градиентного спуска позволяет существенно
повысить
точность
позиционирования
манипулятора.
Оптимизация
устанавливает новые параметры управления, которые позволяют выполнить
задание с большей точностью.
2. Скорость работы
Метод градиентного спуска помогает снизить время, необходимое для
выполнения задачи манипулятором. Благодаря оптимизации, манипулятор
может работать быстрее и более эффективно, повышая производительность и
снижая затраты времени.
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
19
3. Надежность
Оптимизация манипулятора градиентным спуском также повышает его
надежность
за
счет
более
гладкого
и
стабильного
управления.
Противодействие шуму и вибрациям также уменьшает вероятность сбоев,
повышая качество работы манипулятора.
4. Экономичность
Оптимизация манипулятора методом градиентного спуска может помочь
сократить затраты на энергопотребление и повысить эффективность работы
манипулятора. Манипулятор использует меньше энергии на выполнение
задачи, что снижает затраты и повышает экономичность его работы.
5. Удобство использования
Метод градиентного спуска упрощает управление манипулятором,
уменьшая необходимость вручную настраивать параметры. После проведения
оптимизации можно управлять манипулятором с помощью более простых и
удобных интерфейсов, что повышает эффективность его работы.
Метод градиентного спуска
является наилучшим способом для
оптимизации манипулятора KUKA. Так как после применения этого метода
мы значительно сократили расходы электроэнергии, лишних движений
манипулятора,
повысили
его
точность
и
общую
эффективность.
Оптимихзация была успешно выполнена засчёт изменения нескольких
параметров в устрйостве для достиженяи наилучших значений.
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
20
3 Охрана труда и техника безопасности
Манипуляторы являются важным оборудованием для выполнения
различных задач, но при их эксплуатации необходимо соблюдать технику
безопасности, которая поможет предотвратить несчастные случаи и
сохранить здоровье работников.
Перед началом работы с манипуляторами необходимо провести
техническую проверку оборудования, чтобы убедится в его исправности и
готовности
к
работе.
Принципиально
важно
также
проверить
работоспособность всех элементов управления манипулятора. Важным
аспектом охраны труда при работе с манипуляторами является правильная
организация рабочего места. Необходимо обеспечить свободный доступ к
манипуляторам,
убедиться,
что
грузы,
которые
поднимаются
манипуляторами, находятся в необходимом положении. Должны быть
предусмотрены системы аварийной остановки манипуляторов и специальные
сигнальные устройства для предотвращения опасных ситуаций.
Важным правилом является использование только профессиональных
операторов, обученных и подготовленных к работе с манипуляторами. Кроме
того, операторы должны быть знакомы с технической документацией и
инструкциями по эксплуатации оборудования.
При работе с манипуляторами необходимо соблюдать строгий порядок
рабочих операций, чтобы исключить возможные аварийные ситуации.
Необходимо убедиться, что в рабочей зоне нет никаких препятствий, которые
могут стать причиной дорожно-транспортных происшествий.
Важно также принимать во внимание климатические условия и работать
только при хорошей видимости. В случае неблагоприятных погодных
условий (туман, сильный ветер, снегопад) выполнение работ с помощью
манипулятора не рекомендуется.
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
21
Необходимо также соблюдать регламентные операции по техническому
обслуживанию манипулятора, включая осмотр, замену масла, очистку систем
охлаждения и другие технические мероприятия.
Важно помнить, что манипуляторы – это сложное средство, требующее
навыков и опыта работы. Соблюдения правил эксплуатации и мер
безопасности избавят от рисков и проблем в работе.
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
22
Заключение
В итоге, было проведено исследование работы манипулятора KUKA
KR16 R1610, его виды, принципы действия, техничексие характеристики,
назначние. Были изучены различыные методы оптимизации, благодаря чему
был выбран самый оптимальный метод для повышения эффективности
устройства. Были решены задачи оптимизации такие как минимизация
времени выполнения задания, уменьшение количества ошибок исполнения
задания и улучшение точности выполнения задания, то есть увелчения общей
работоспособосности, уменьшая различные затраты. Расписаны результаты
оптимизации, которые подтвердили эффективность предложенного метода. В
целом, проведенное исследование показало, что метод градиентного спуска
является эффективным инструментом в задачах оптимизации работы
манипулятора.
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
23
Список используемых источников
1) KR 16 R1610 (kuka.com) (Дата обращения 04.04.2023
2) Product and Solution: KR 16 R1610-2 (kuka.com) (Дата обращения
04.04.2023)
3) Gradient descent (article) | Khan Academy (Дата обращения 04.04.2023)
4) Gradient Descent: a Simple Yet Effective Approach to Artificial Intelligence
– International Youth Scientists (intlyouthscientists.org) (Дата обращения
05.04.2023)
5) Роботы и робототехнические устройства - термины и определения,
основные базовые понятия робототехники (electricalschool.info)(Дата
обращения 05.04.2023)
6) KUKA KR 16 R1610 robot - RoboD (Дата обращения 05.04.2023)
АТКП.150210.19.116 ПЗ
Изм Лист № документа Подпись Дата
Лист
24
Приложение А
Принципиальная схема работы манипулятора (обязательно)