Разработка и исследование систем супервизорного управления космическими манипуляторами

• Автор: Макарычев, Владимир Павлович
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 203 с. : ил.

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АПАС - андрогинно-периферийный аппарат стыковки
БНА - блок научной аппаратуры
ВУ - верхний уровень
КИС - комплексный испытательный стенд
МКС - многоразовая космическая система
НПО - научно-производственное объединение
ОКЗ - обратная кинематическая задача
ОПТ - отсек полезного груза
ПГ — полезный груз
ПО - программное обеспечение
ПКЗ — прямая кинематическая задача
ПСИ - приемо-сдаточные испытания
ПУ - приводной уровень
РП — рабочее положение
РТС - робототехническая система
СБМ - система бортовых манипуляторов
СПЗ - система планирования заданий
ССР - система сервисных средств
СРПМ - стенд разгрузки приводов манипулятора
СУ - система управления
СУД - система управления движением
СТЗ - система технического зрения
ТЗ - техническое задание
ТОП - «технологическая операция»
ТЭ - такелажный элемент
SRMS - Shuttle Remote Manipulator System
ERA - European Robot Arm

ГЛАВА 1. СУПЕРВИЗОРНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РОБОТАМИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ В КОСМИЧЕСКОЙ РОБОТОТЕХНИКЕ
1.1. История развития и особенности космической робототехники
1.2. Супервизорное управление роботами
1.3. Развитие систем управления космическими средствами робототехники, постановка задачи работы
Принципы построения систем управления
Математические модели манипуляторов
Построение траекторий
Отслеживание траекторий
Методики разработки и отработки СУ манипуляторов
1.4. Выводы
ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ
СУПЕРВИЗОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРАМИ
2.1. Принципы построения, функции, состав и структура супервизорной системы управления движением на основе «технологических операций» (ТОП)
2.2. Функции, состав и структура модуля «технологические операции» (ТОП)
Технологических операции - фреймы действий роботов
Способы управления
Порядок запуска ТОП движения
2.3. Логика функционирования подсистемы «технологические операции» (ТОП)

* Модули LFZEROL, LOGFUN
Модули AUTOM, HANDLE, INDEP
Модуль PLANTR
Модуль START
2.4. Выводы
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОСМИЧЕСКИХ МАНИПУЛЯТОРОВ
3.1. Механическая система
3.2. Система приводов
3.3. Система управления
3.4. Модель реального времени
3.5. Выводы
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ СУПЕРВИЗОРНОГО
УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ МАНИПУЛЯТОРАМИ
4.1. Алгоритмы субоптимального построения траекторий
Структура алгоритмов
Определение трапециевидной скорости
Сглаживание трапеции
Определение узловых точек
Предварительное определение параметров трапециевидного закона
изменения скорости
Коррекция параметров трапециевидного закона изменения скорости
Построение прямой в пространстве декартовых координат
4.2. Алгоритмы отслеживания траекторий
4.3. Алгоритмы стыковочных операций
4.4. Выводы
ГЛАВА 5. КОМПЬЮТЕРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СУПЕРВИЗОРНОГО
• УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ МАНИПУЛЯТОРАМИ
5.1. Цели, методы и средства компьютерного моделирования

ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОСМИЧЕСКИХ МАНИПУЛЯТОРОВ
3.1. Механическая система
Роботы и манипуляторы представляют собой сложные агрегированные системы, состоящие из трех основных частей: рабочие органы, приводы, система управления (в современном варианте, включающая в свой состав и универсальную ЭВМ). Рабочие органы манипуляторов представляют собой механическую систему достаточно жестких звеньев, соединенных шарнирами.
При описании механической системы манипулятора будет использоваться известный с 60-х годов формализм Бепауй-НагТепЬе^’а [73], опирающийся на представление связанных с манипулятором кинематических и динамических величин (параметров и переменных) посредством преобразований проективного пространства и связанных с ними матриц 4x4. Данный способ нашел широкое применение во многих последующих исследованиях (см., например, [10, 49, 62, 91, 99]) и приводит к удобному и компактному описанию уравнений кинематики, в виде матричных соотношений, и уравнений динамики в форме уравнений Лагранжа 2-го рода.
Упругие свойства манипулятора могут порождать небольшие систематические смещения его звеньев, в том числе, схвата, и, что даже более неприятно — колебания. Определяющим упругие свойства манипулятора является структура распределения упругости по звеньям манипулятора. Как правило (например, в случае СБМ, БЛМБ или ЕЛА), более 90% упругости манипулятора сосредоточено вблизи его шарниров (редуктора, фланцы и т.п.). Поэтому для практических целей отпадает необходимость в каких-либо распределенных моделях и вполне достаточным является учет только * сосредоточенной в шарнире упругости.