Инженерные технологии и системы - 04. Чугунов М. В., Полунина И. Н. Междисциплинарное моделирование роботов с использованием систем автоматизированного проектирования

УДК 004.896

DOI: 10.15507/0236-2910.028.201802.181-190

Междисциплинарное моделирование роботов с использованием систем автоматизированного проектирования

Чугунов Михаил Владимирович
заведующий кафедрой конструкторско-технологической информатики, Рузаевский институт машиностроения, ФГБОУ ВО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва» (431440, Россия, г. Рузаевка, ул. Ленина, д. 93), кандидат технических наук, доцент, ResearherID: H-7452-2018, ORCID: http://orcid.org/0000-0001-5318-5684, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Полунина Ирина Николаевна
доцент кафедры конструкторско-технологической информатики, Рузаевский институт машиностроения, ФГБОУ ВО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва» (431440, Россия, г. Рузаевка, ул. Ленина, д. 93), кандидат педагогических наук, ResearherID: H-7473-2018, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-1093-8401, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Введение. В статье представлен междисциплинарный подход, интегрирующий методы и средства натурного и виртуального (3D) моделирования как в исследовательском процессе технического вуза, так и в практике промышленного проектирования CAD/CAE-модели и технологии напрямую связаны с натурными моделями робототехнических систем различного типа: мобильными роботами, манипуляторами и т. д. Таким образом, задача проектирования решается в двух взаимосвязанных средах: натурной и виртуальной.
Материалы и методы. Интегрированная платформа, основанная на междисциплинарном подходе, включает в себя три части: 1) SolidWorks; 2) Arduino, Fischertechnik и RoboRobo конструкторы; 3) MS VisualStudio C++, COM технологии, SolidWorks и POSIEX socket API (Application Program Interface). API и COM используются как инструменты интеграции натурных и виртуальных моделей. Соответствующие Add-In или Stand-Alone приложения импортируют необходимые свойства виртуальной модели, которые используются для определения кинематических и динамических параметров управления роботом. Сенсоры робота, вебкамера, Wi-Fi, Bluetooth и радиосвязь позволяют создать двунаправленные связи между виртуальной и натурной моделью.
Результаты исследования. На основе междисциплинарного подхода разработаны натурные и виртуальные (3D) модели, а также программное обеспечение, интегрированное в единую платформу проектирования объектов робототехники. Подход реализован как метод проектов в учебном и исследовательском процессе технического вуза, а также в практике промышленного проектирования.
Обсуждение и заключения. Современное промышленное проектирование является междисциплинарной областью с высокой степень интеграции дисциплин. В исследовании показано, что разработанная интегрированная платформа эффективна как при использовании в сфере промышленного проектирования, так и в образовательном и исследовательском процессе технического вуза.

Ключевые слова: интегрированная междисциплинарная модель, система автоматизированного проектирования, 3D-моделирование, виртуальная модель, натурная модель, метод проектов, API-программирование, робототехника, промышленное проектирование

Для цитирования: Чугунов М. В., Полунина И. Н. Междисциплинарное моделирование роботов с использованием систем автоматизированного проектирования // Вестник Мордовского университета. 2018. Т. 28, № 2. С. 181–190. DOI: https://doi.org/10.15507/0236-2910.028.201802.181-190

Заявленный вклад соавторов: М. В. Чугунов – разработка методики и программного обеспечения для решения задач построения интегрированных моделей мехатронных систем; И. Н. Полунина – расчетные процедуры, компьютерное редактирование текста и графики.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. ABaizid K., Cukovic S., Iqbal J., Yousnadj A., Chellali R., Meddahi A., et al. IRoSim: Industrial robotics simulation design planning and optimization platform based on CAD and knowledgeware technologies. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2016; 42:121–134.

2. Herbus K., Ociepka P. Determining of a robot workspace using the integration of a CAD system with a virtual control system. Paper Presented at the IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016; 145:5.

3. Zhu B., Song A., Xu X., Li S. Research on 3D virtual environment modeling technology for space tele-robot. Paper Presented at the Procedia Engineering. 2015; 99:1171–1178.

4. Kurazume R., Oshima S., Nagakura S., Jeong Y., Iwashita Y. Automatic large-scale three dimensional modeling using cooperative multiple robots. Computer Vision and Image Understanding. 2017; 157:25–42.

5. Popelka M., Struska J., Struska M. Using ultrasonic sensors to create 3D navigation model of area with ultrasonic sensors. International Journal of Circuits, Systems and Signal Processing. 2016; 10:82–87.

6. Gasteratos A., Beltran C., Metta G., Sandini G. PRONTO: A system for mobile robot navigation via CAD-model guidance. Microprocessors and Microsystems. 2002; 26(1):17–26.

7. Peng X., Lin S. B., Zhou J., Kelley J. Infusing computational engineering tools in engineering design sequence curricula. Computer-Aided Design and Applications. 2010; 7(2):183–194.

8. Ferrise F., Bordegoni M., Marseglia L., Fiorentino M., Uva A. E. Can interactive finite element analysis improve the learning of mechanical behavior of materials? A case study. Computer-Aided Design and Applications. 2015; 12(1):45–51.

9. Liu K., Peng X., McGary P., Yalvac B., Ozturk E., Johnson M. D., Valverde L. Integration of contextual exercises in computer-aided design education. Computer-Aided Design and Applications. 2015; 12:13–21.

10. Hasni A., Bousadra F., Belletete V., Benabdallah A., Nicole M., Dumais N. Trends in research on project-based science and technology teaching and learning at K–12 levels: A systematic review. Studies in Science Education. 2016; 52(2):199–231.

11. Cheng W., Wu X., Zhang Z., Liu F., Zhang M., Guo P. Effective project-oriented approach for training professional mechanical engineers in undergraduate education. International Journal of Mechanical Engineering Education. 2013; 41(4):289–296.

12. Zheng C., Hehenberger P., Le Duigou J., Bricogne M., Eynard B. Multidisciplinary design methodology for mechatronic systems based on interface model. Research in Engineering Design. 2017; 28(3):333–356.

13. Chugunov M. V., Kechemaykin V. N., Panin M. V., Polunina I. N., Makhrov G. A. Static strength and stiffness analysis for bearing structureelements of electro car BravoEgo. Naukovedeniye = Scientific Knowledge. 2016; 8(3):1–22.

14. Leitao P., Barbosa J. Building a robotic cyber-physical production component. 2016.

15. Tao Z., Wu T., He C. H. Research on mechanical manufacturing with creative design and combination of 3D mechanical manipulator based on Fischer technik. 2014.

16. Kaneps J., Gerina-Ancane A. Perfection of learning methods for mechatronics basic in mechanical engineering and industrial design studies. Engineering for Rural Development. 2016; 1:597–605.

17. Chugunov M. V., Schekin A. V. Practical aspects for development of Add-In SolidWorks applications on example of optimization problems. International Journal of Applied Sciences and Engineering Research. 2015; 4(4):494–499.

18. Bessas A., Benalia A., Boudjema F. Integral sliding mode control for trajectory tracking of wheeled mobile robot in presence of uncertainties. Journal of Control Science and Engineering, 2016.

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.