ПРИМЕНЕНИЕ ЦИФРОВЫХ ДВОЙНИКОВ В УЧЕБНЫХ ЛАБОРАТОРИЯХ ПО АВТОМАТИЗАЦИИ

В статье представлены результаты разработки и исследования цифрового двойника учебного манипулятора в двумя звеньями длинами 230 и 170 мм и рабочим диапазоном 170- 400 мм. Целью работы является создание виртуальной модели, позволяющая адекватно воспроизводить кинематическое и функциональное поведение реального устройства. Дополнительно проводить оценку возможностей ее применения в образовательном процессе. В качестве методов использованы математическое моделирование прямой кинематики, численный анализ рабочей области, визуализация траектории движения.
Полученные результаты показали, что среднеквадратическая ошибка позиционирования цифрового двойника не превышает 3-4 мм, что составляет менее 1% от максимального рабочего радиуса и подтверждает высокую точность модели. Рабочая область манипулятора, вычисленная методом случайной аппроксимации, полностью соответствует паспортным ограничениям реального устройства.
Педагогический эксперимент показал, что использование цифрового двойника способствует значительному повышению качества усвоения студентами принципов робототехники и кинематики манипуляторов. Разработанная модель может быть использована как эффективный инструмент для проведения лабораторных работ, подготовки специалистов в области автоматизации и робототехнических систем, а также для последующего расширения с включением динамических характеристик и алгоритмов автоматического планирования движения.

1. Fuller A., Fan Z., Day C. Digital Twin: Enabling Technologies, Challenges and Open Research [Электронный ресурс]. – 2020. https://doi.org/10.48550/arXiv.1911.01276.

2. Digital Twin in manufacturing: A categorical literature review and classification / W. Kritzinger et al // IFAC-PapersOnLine. – 2018. – Vol. 51. – P. 1016-1022. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2018.08.474.

3. Aziz S., Won D., Zaman U.K.U., Aqeel A. Digital Twins in Smart Manufacturing [Электронный ресурс]. – 2023. https://doi.org/10.1201/9781003327523-6.

4. Alimisis D. Educational robotics: Open questions and new challenges / D. Alimisis // Themes in Science and Technology Education. – 2013. – Vol. 6. – P. 63-71. URL:https://www.researchgate.net/publication/284043695_Educational_robotics_Open_questions_and_new_challenges

5. Автоматизация процессов сортировки: руководство по эксплуатации лабораторного стенда Automation ES. 17 с.

6. Craig J.J. Introduction to Robotics: Mechanics and Control / J.J. Craig. – 3rd ed., Pearson, 2005. – 432 с.

7. Robotics: Modeling, Planning, and Control / B. Siciliano, et al // IEEE Robotics & Automation Magazine. – 2009. – Vol. 16. – P. 101. https://doi.org/10.1109/MRA.2009.934833.

8. Niku S.B. Introduction to Robotics: Analysis, Systems, Applications / S.B. Niku. – Wiley, 2019. – 528 с.

9. Tao F. Make more digital twins / F. Tao, Q. Qi // Nature. – 2019. – Vol. 573. – P. 490-491. https://doi.org/10.1038/d41586-019-02849-1.

10. Springer Handbook of Robotics / B. Siciliano et al. – Springer International Publishing, 2016. – 2228 p.

11. Spong M.W. Robot Modeling and Control / M.W. Spong, S. Hutchinson, M. Vidyasagar. – Wiley, 2005. – 496 p.