Разработка и применение методов и алгоритмов согласованного управления робототехническими комплексами

ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 15
1.1 Робототехнические комплексы 15
1.2 Классификация робототехнических комплексов 17
2 ПРЯМАЯ И ОБРАТНАЯ ЗАДАЧА КИНЕМАТИКИ 28
2.1 Прямая задача кинематики 28
2.2 Обратная задача кинематики 33
3 МЕТОДЫ СОГЛАСОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ РТК 38
3.1 Групповое управление робототехническими комплексами 38
3.2 Существующие методы согласованного управления РТК 44
4 ОПИСАНИЕ АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ 48
4.1 Описание объекта управления 48
4.2 Практическое применение метода согласованного управления 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 59
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 61
Приложение А 62
Приложение Б 64

Весь текст будет доступен после покупки

На сегодняшний день роботы применяются практически в любой сфере жизни человека. В промышленности, научных исследованиях, энергетике, медицине, даже для развлечений используются современные автоматизированные или дистанционно управляемые механизмы.
Робот, как правило, получает данные об окружающем пространстве через датчики (технического аналога органов чувств живых организмов). Он способен самостоятельно выполнять производственные и другие операции, частично или полностью заменяя работу человека. При этом он может иметь связь с оператором, получая команды ручного управления от него, а также действовать в автономном режиме по заранее заложенной программе автоматического управления.
Роботы и создаваемые на их основе робототехнические системы являются достаточно сложными устройствами. Включаемые в робототехнические системы роботы и обслуживаемое ими оборудование имеют разнообразные связи между собой: информационные, кинематические, программные и многие другие.
Термин «робот» ввел известный писатель К. Чапек в 1920 г. в своей научно – фантастической пьесе «R.U.R.» («Россумские универсальные роботы»), где так названы механические рабочие, предназначенные для замены людей на тяжелых физических работах. Название «робот» образовано от чешского слова robota, что означает тяжелый подневольный труд. Помимо роботов для тех же целей широкое применение получили манипуляторы с ручным управлением (копирующие манипуляторы, телеоператоры и т.п.) и с различными вариантами полуавтоматического и автоматизированного управления, а также однопрограммные (не перепрограммируемые) автоматические манипуляторы (автооператоры и механические руки). Все эти устройства являются предшественниками роботов. Появились они главным образом для манипулирования объектами, непосредственный контакт с которыми для человека вреден или опасен (радиоактивные вещества, раскаленные болванки и т. п.). Однако, хотя появление роботов существенно сузило сферу их применения, эти простые средства механизации и автоматизации не потеряли своего значения. Все они сегодня вместе с роботами входят в общее понятие средств робототехники.

Весь текст будет доступен после покупки

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
1.1 Робототехнические комплексы
Робототехнический комплекс (РТК) - комплекс, состоящий из одного или нескольких роботов, их рабочих органов и любых механизмов, оборудования, приборов или датчиков, обеспечивающих выполнение функционального назначения (задания).
Для РТК характерны следующие задачи:
• Оценка производительности РТК при условии наиболее эффективного использования робота и обеспечение минимальных простоев.
• Организация совместной работы роботов любого количества, исключение соударений робота и технологического оборудования изделий, построение системы управления роботом.
Для эффективной работы РТК необходимо согласованность и точность их действий. Задача усложнена тем, что согласование действия роботов осуществляются в режиме реального времени. Система управления разрабатывается на согласование следующих событий: поведение робота при прямой передаче объектов между оборудованием, при совместной работе двух и более роботов над одним объектом или узлом, а также при выполнении двумя или более роботами независимых задач.
Обычно применяется принцип группового управления. Под групповым управлением роботами понимается координированное управление движением, позволяющее роботам уклоняться от столкновения друг с другом или с препятствиями при выполнении своих функций.
Выделяют две фазы координации управления:
• Прогнозирование возможных столкновений путем моделирования движения роботов.
• Исключение столкновений и обеспечения обхода препятствий путем автоматического управления роботами.
При автоматическом управлении движением роботов решаются следующие подзадачи: планирование траекторий и программирование траектории движения.
Планирование траектории производят глобальным и локальным методами. Прогнозирование столкновений при глобальном планировании относится ко всей рабочей группе роботов.
Для положения текущего робота характерно локальное планирование.
Устройство управления робота осуществляет автоматическое управление его исполнительными системами, образуя систему автоматического управления робота. Кроме того, часто устройство управления роботов используют и для управления различными другими объектами (технологическим оборудованием, транспортными устройствами и т. п.), которые работают совместно с роботом, образуя с ним единый технологический комплекс.
По способу управления различают следующие системы управления роботов и соответствующие устройства управления:
• Программные, в которых управление осуществляется по заранее составленной и остающейся неизменной в процессе реализации управляющей программы;
• Адаптивные, в которых управление осуществляется в функции от информации о текущем состоянии внешней среды и самого робота, получаемой в процессе управления от сенсорных устройств;
• Интеллектуальные, в которых адаптивные свойства развиты до уровня интеллектуальной деятельности.
Устройства управления могут быть индивидуальными, входящими в состав каждого робота, и групповыми, управляющими несколькими роботами. Конструктивно индивидуальные устройства управления выполняют обычно отдельно от механической части робота, либо, значительно реже, в общем корпусе. Подавляющее большинство роботов имеет электронные устройства управления, выполненные на микропроцессорной базе. Однако существуют и неэлектрические устройства управления роботов, чаще всего реализуемые на пневмонике и предназначенные для применения в особых взрыво- и жароопасных условиях.
1.2 Классификация робототехнических комплексов
Говоря об общей классификации робототехнических комплексов, можно указать следующие классы:
• Манипуляционные робототехнические комплексы;
• Мобильные (движущиеся) робототехнические комплексы;
• Информационные и управляющие робототехнические комплексы.
Рассмотрим класс манипуляционных робототехнических комплексов. Их можно разделить на три вида (рис. 1.1):
1. Автоматически действующие роботы, автоматические манипуляторы и РТК;
2. Дистанционно управляемые роботы, манипуляторы и технологические комплексы;
3. Ручные, непосредственно связанные с движением рук, а иногда и ног человека.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Васильев С.Н. От классических задач регулирования к интеллектуальному управлению. // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2001. – № 1. – С. 5–21; № 2. – С. 5–22.
2. Гайдук А.Р., Шаповалов И.О. Структура и алгоритмы распределенных систем управления движением группы роботов // Материалы Восьмой Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления». – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2013. – С.111–116.
3. Гибкие производственные системы, промышленные роботы, робототехнические комплексы. Под ред. Б.И. Черпакова. М.: Высш. шк., 1989. 95с.
4. Зенкевич С.Л. Управление роботами. М.: Изд-во МГТУ, 2000. 456с.
5. Ивченко В.Д., Корнеев А.А. Анализ методов распределения заданий в задаче управления коллективом роботов // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2009. – № 7. – С. 36–42.
6. Каляев И.А., Гайдук А.Р., Капустян С.Г. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов. – М.: Физматлит, 2009. – 278 с.

Весь текст будет доступен после покупки