Программа «Кинематическое движение»

Задание на курсовую работу Исходные данные: По заданным уравнениям s1=s1(t), ц1=ц1(t), ц2=ц2(t) составляют уравнения движения точки М в неподвижной декартовой прямоугольной системе координат Охуz. Механизм робота изображен в положении, соответствующем некоторому моменту времени t.

Перечень подлежащих разработке вопросов:

а) раскрыть вопрос Промышленных роботов и манипуляторов;

б) составить уравнения движения схвата в избранной системе координат;

в) определить проекции скорости на оси координат и скорость схвата по модулю и направлению;

г) построить график траектории движения материальной точки;

д) разработать программу в Delphi по вышеперечисленным вопросам.

Аннотация К пояснительной записке прилагается диск CD-R с выполненной программой, программным кодом и пояснительной запиской в электронном виде и роликом показывающим наглядно в трехмерном пространстве работу промышленного манипулятора.

Программа «Кинематическая задача» — проект представляет собой программу демонстрации расчета основных параметров кинематического движения и графического отображения траектории движения материальной точки. Программа предназначена для демонстрации знаний и умений, полученных в курсе изучения программирования и основ алгоритмизации.

delphi программа листинг

1 Назначение и область применения

2 Кинематическая задача

2.1 Постановка задачи

2.2 Применение уравнений кинематического движения для решения кинематической задачи

3 Описание программы

3.1 Общие сведения

3.2 Функциональное назначение

3.3 Описание логической структуры

3.4 Используемые технические средства

3.5 Вызов и загрузка

3.6 Входные данные

3.7 Выходные данные

4 Руководство программиста

5 Руководство оператора Список использованных источников Приложение А

1 Назначение и область применения Промышленный робот — автоматическая машина, состоящая из манипулятора и устройства программного управления его движением.

Манипулятор — совокупность пространственного рычажного механизма и системы приводов, осуществляющая под управлением программируемого автоматического устройства или человека-оператора действия (манипуляции), аналогичные действиям руки человека Промышленные роботы предназначены для замены человека при выполнении основных и вспомогательных технологических операций в процессе промышленного производства.

Важная социальная задача — освобождение человека от работ, связанных с опасностями для здоровья или с тяжелым физическим трудом.

Промышленные роботы решают задачи автоматизации на предприятиях с широкой номенклатурой продукции при мелкосерийном и штучном производстве.

Данные, полученные в результате решения кинематической задачи, позволяют определить основные параметры кинематического движения (траекторию и, максимальный градус поворота и так далее) и представляют ценность для людей науки и конструкторов роботов.

2 Кинематическая задача

2.1 Постановка задачи По заданным уравнениям s1=s1(t), ц1=ц1(t), ц2=ц2(t) составляют уравнения движения точки М в неподвижной декартовой прямоугольной системе координат Охуz. Механизм робота изображен в положении, соответствующем некоторому моменту времени t.

Будем решать задачу перевода сложной системы из одного положения в другое, не рассматривая оптимальность траектории с точки зрения минимальных временных затрат, так как этот вопрос выходит за рамки кинематики.

В наиболее общем виде задача ставится следующим образом. Выбирается неподвижная система координат Oxyz, связанная, например, со станиной сборочного оборудования. Подвижная система координат O1x1y1z1 связана с сопрягаемой деталью. Положение детали, переносимой схватом, относительно неподвижной системы координат Oxyz будет полностью определено, если относительно этой системы координат задано положение подвижной, жестко связанной с деталью, системы координат O1x1y1z1.

2.2 Применение уравнений кинематического движения для решения кинематической задачи Дано:

Начальные уравнения s1=s1(t), ц1=ц1(t), ц2=ц2(t) движения точки М в системе координат Охуz

Найти:

проекции ускорения схвата на оси координат и ускорение схвата по модулю и направлению.

Решение:

Для облегчения решения поставленной задачи механизм робота разделяем на устройство перемещения манипулятора, состоящее, например, из звеньев 2, 4, 3, 5, и манипулятор, собранный из звеньев 6, 7. Это позволяет считать, что переносное движение задается движением устройства перемещения манипулятора, а относительное движение — движением манипулятора относительно устройства перемещения (рисунок 1).

Вводится подвижная система координат O1x1y1z1(рисунок 2).

Составим уравнение скорость точки М определяем на основании теоремы о сложении скоростей при сложном движении точки:

(1)

Переносную скорость точки М находим по формулам плоского движения как скорость точки тела, состоящего из элементов 3, 5, 6, 7:

(2)

Относительная скорость:

(3)

Таким образом получаем следующие проекции вектора абсолютной скорости на координатные оси O1x1y1z1:

(4)

(5)

(6)

Тогда:

(7)

Ускорение точки М находим по теореме о сложении ускорений при сложном движении точки:

(8)

Переносное ускорение находим по формулам для плоскопараллельного движения тела, состоящего из элементов 3, 5, 6, 7:

(9)

Определяем относительное ускорение:

(10)

Ускорение Кориолиса находим по формуле:

(11)

Определяем проекции абсолютного ускорения на оси координат O1x1y1z1:

(12)

(13)

(14)

(15)

3 Описание программы

3.1 Общие сведения Программа «Кинематическое движение» предназначена для определения основных параметров кинематического движения (траекторию и, максимальный градус поворота и так далее). Данная программа обладает удобным в применении интерфейсом, не требующим глубоких познаний принципов работы с ЭВМ. Программа разработана на языке программирования Delphi 7.

Delphi — это мощная объектно-ориентированная система программирования, предназначенная для создания простых и удобных в эксплуатации приложений Windows различной степени сложности и назначения.

Технические требования к компьютеру: процессор 333 МГц и выше; оперативная память 32 Мбайт; 600 Кбайт свободного места на жестком диске.

3.2 Функциональное назначение Программа предназначена для демонстрации умений, закрепления основ и углубления знаний, приемов программирования полученных в курсе изучения программирования и основ алгоритмизации на алгоритмическом языке высокого уровня.

3.3 Описание логической структуры Алгоритм программы представлен на рисунке 4. В зависимости от введенных данных, программа производит необходимые расчеты и выполняет анимированное построение графика.

В данной программе используется множество различных функций, например: для преобразования данных строкового типа в вещественный и наоборот — StrToFloat и FloatToStr; возведение числа в квадрат — sqr; абсолютная величина от числаabs; округление чисел — round и тому подобное.

В программе так же используются различные компоненты, такие как: label — этот компонент позволяет выводить на форму программы данные строкового типа; edit — используется для введения с клавиатуры необходимых данных строкового типа, которые впоследствии преобразуются в тип данных необходимый для корректной работы программы; button — используется для запуска процедур; combobox — позволяет выбрать необходимые свойства из предложенного списка.

Программа состоит из нескольких процедур. Основными процедурами являются: процедура нажатия кнопки «Рассчитать» и процедура нажатия кнопки «Построить график». Первая процедура позволяет произвести необходимые расчеты, вывести результаты на форму, а так же простроить график. Вторая процедура служит для отображения на форме осей координат и обновления графика, в случае необходимости.

Построение графика осуществляется с помощью свойства формы TDB Chart, которое позволяет отображать на форме различную графическую информацию.

3.4 Используемые технические средства Технические требования к компьютеру: процессор 333 МГц и выше; оперативная память 32 Мбайт; 600 Кбайт свободного места на жестком диске.

Рисунок 3 — Алгоритм решения задачи

3.5 Вызов и загрузка Вызов программы осуществляется путем запуска файла «Кинематическая задача. exe».

3.6 Входные данные Входные данные: начальная скорость материальной точки, угол наклона к горизонту, коэффициент сопротивления воздуха, некоторый момент времени.

3.7 Выходные данные Выходные данные: дальность полета и максимальная высота подъема материальной точки, время полета и время подъема на максимальную высоту, координаты точки в данный момент времени.

4. Руководство программиста Программа предназначена для определения параметров кинематического движения и получения навыков работы с графикой и использованием возможностей языка программирования Delphi 7.

Для работы данной программы подойдет любая операционная система Windows. Технические требования к компьютеру: процессор 333 МГц и выше; оперативная память 32 Мбайт; 600 Кбайт свободного места на жестком диске.

Вызов программы осуществляется путем запуска файла «кинематическая задача. exe».

Листинг программы приведен в приложении А.

5. Руководство оператора Назначение данной программы расчет основных параметров кинематического движения, графическое отображение траектории движения материальной точки. Программа «Кинематическое движение» является единым исполняемым модулем и не требует установки дополнительных программных средств.

Для работы данной программы подойдет любая операционная система Windows. Технические требования к компьютеру: процессор 333 МГц и выше; оперативная память 32 Мбайт; 600 Кбайт свободного места на жестком диске.

Вызов программы осуществляется путем запуска файла «Кинематическая задача. exe», в результате чего на экране появляется окно (рисунок 4), в котором содержится краткое описание порядка действий пользователя при работе с программой.

Рисунок 5 — Окно работы с программой В данном окне пользователь вводит данные и выбирает необходимые условия.

Затем необходимо нажать кнопку «Рассчитать». В окне появятся вычисленные максимальная скорость и ускорение точки М в м/с (рисунок 5).

Далее пользователь должен нажать кнопку «График», в следствие чего на главном окне программы будет отображен график (рисунок 6).

Список использованных источников

1. Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике [Текст]: учеб. пособие для вузов / под ред. А. А. Яблонского. — М.: Высш. шк., 1985. — 368 с.

2. Бать, М. И. Курс теоретической механики [Текст]: учебник для вузов / М. И. Бать, Г. Ю. Джанелидзе, А. С. Кельзон. — М.: Наука, 1991. — 640 с. — ISBN 5−02−14 451−7.

3. Фаронов, В. В. Delphi. Программирование на языке высокого уровня [Текст]: учебник для вузов / В. В. Фаронов. — CПб.: Питер, 2003. — 640 с. -ISBN 5−8046−0008−7.

4. Хомоненко, А. Д. Delphi 7 [Текст] / под общ. ред. А. Д. Хомоненко. — СПб.: БХВ-Петербург, 2008. — 1216 с. — ISBN 978−5-94 157−267−0.

Приложение, А Листинг программы

TForm1 = class (TForm)

Label1: TLabel;

LabeledEdit1: TLabeledEdit;

LabeledEdit2: TLabeledEdit;

LabeledEdit3: TLabeledEdit;

LabeledEdit4: TLabeledEdit;

Button1: TButton;

Label2: TLabel;

Label3: TLabel;

Image1: TImage;

Button2: TButton;

DBChart1: TDBChart;

Series1: TLineSeries;

Button3: TButton;

Label4: TLabel;

Label5: TLabel;

Label6: TLabel;

Label8: TLabel;

Label9: TLabel;

procedure Button1Click (Sender: TObject);

procedure Button2Click (Sender: TObject);

procedure Button3Click (Sender: TObject);

private

{ Private declarations }

public

{ Public declarations }

end;

var

Form1: TForm1;

implementation

{$R *.dfm}

procedure TForm1. Button1Click (Sender: TObject);

Var

A, Ax, Ay, Az, b, c, t, S, f1, f11,f12,d, S1, S2,

n, f2, f21,f22,Vx, Vy, Vz, V: real;

begin

n:=strtofloat (LabeledEdit1.Text);

b:=strtofloat (LabeledEdit2.Text);

c:=strtofloat (LabeledEdit3.Text);

t:=strtofloat (LabeledEdit4.Text);

S:=2*sin (pi*t/8); f1:=0.3*sqr (t); f2:=¾*sin (pi*t/12);

d:= b+n*cos (f2);

S1:=2*pi/8*cos (pi*t/8); S2:=-((pi/4)*(pi/8)*sin (pi*t/8));

f11:=2*0.3*t; f12:=2*0.3;

f21:=(pi/12)*¾*cos (pi*t/12); f22:=-((pi/12)*(pi/12)*sin (pi*t/12));

Vx:=S1*cos (f1)-f21*n*sin (f2); Vy:=-S1*sin (f1)+d*f11; Vz:=n*cos (f2)*f21;

V:=Sqrt (Sqr (Vx)+Sqr (Vy)+Sqr (Vz));

V:=int (V);

Ax:=S2*cos (f1)-d*sqr (f11)*(sqr (f21)*cos (f2)+f22*sin (f2))*n;

Ay:=-S2*sin (f1)+d*f12−2*f11*f21*n*sin (f2);

Az:=(f22*cos (f2)-sqr (f21)*sin (f2))*n;

A:=Sqrt (sqr (Ax)+sqr (Ay)+sqr (Az));

A:=int (A);

Label2.Caption:='Скорость точки М равна '+floattostr (V)+' м/с';

Label3.Caption:='Ускорение точки М равно '+floattostr (a)+' м/с*с';

Label4.Caption:=floattostr (Vx);

Label5.Caption:=floattostr (Vy);

Label6.Caption:=floattostr (Vz);

end;

procedure TForm1. Button2Click (Sender: TObject);

begin

Image1.Picture.LoadFromFile ('Схема.bmp');

end;

procedure TForm1. Button3Click (Sender: TObject);

Var

i, t, n, c, b: integer;

begin

n:=strtoint (LabeledEdit1.Text);

b:=strtoint (LabeledEdit2.Text);

c:=strtoint (LabeledEdit3.Text);

t:=strtoint (LabeledEdit4.Text);

for i:=0 to t do

DBChart1.Series[0]. AddXY (0.02*b*i, 2*sin (0.02*(c+n)*i/8), '', clRed);

end;

end.