Компьютерное управление и оптимизация по быстродействию движений манипуляционных роботов с кинематической избыточностью

• Автор: Соколов, Алексей Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 178 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
1.1. Кинематическая избыточность манипуляторов
1.2. Особенности применения роботов с кинематической избыточностью
1.3. Оптимальное по быстродействию управление движением неизбыточных
роботов вдоль заданного контура
1.4. Оптимальное движение избыточных роботов. Методы раскрытия
кинематической избыточности
1.4.1.Обратная задача кинематики для избыточных манипуляторов
1.4.2.Локальное оптимальное управление
1.4.2.1.Управление движением с избежанием сингулярных конфигураций
1.4.2.2.Передаточное отношение скоростей манипулятора и его механическое качество
1.4.2.3.03К с рассмотрением приоритета задач
1.4.2.4.Оптимизация моментов
1.4.3.Глобальное оптимальное управление
1.5. Цели и задачи диссертационной работы
1.6. Выводы
2. РЕШЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ ДЛЯ ТРЕХСТЕПЕННОГО ПЛОСКОСТНОГО МАНИПУЛЯТОРА
2.1. Уравнения обратной задачи кинематики
2.2. Геометрический анализ скоростей сочленений манипулятора
2.3. Выводы
3. ОПТИМАЛЬНОЕ ПО ВРЕМЕНИ УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ РОБОТА ВДОЛЬ ЗАДАННОГО КОНТУРА
3.1. Формулировка задачи
3.2. Локальное оптимальное управление. Движение с максимальной скоростью
вдоль траектории
3.2.1 .Обычный случай
3.2.2.Исключительный случай
3.3. Глобальное оптимальное по времени управление движением
3.3.1.Структура глобального оптимального по времени управления движением вдоль
заданного контура
3.3.1.1.Обычный случай
3.3.1.2.Случай сингулярного управления
3.3.2.Численный пример
3.4. Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ РОБОТА МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
4.1. Общие положения
4.2. Модель сервопривода

4.3. Модель системы управления робота PUMA
4.4. Динамика механической конструкции робота
4.5. Программа моделирования
4.6. Выводы
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
5.1. Общие положения
5.2. Структура экспериментального устройства управления
5.2.1 .Промышленный робот РМ
5.2.2.Блоки питания
5.2.3.Плата управления сервоприводом PCL-
5.2.4.Принцип работы PCL-
5.2.4.1.Замкнутый контур управления положением
5.2.4.2.Принцип работы
5.2.4.3.Время ЦДА цикла
5.2.4.4.Буфер ЦДА импульсов
5.2.4.5.1/1асштабирующий усилитель
5.2.4.6.Счетчик ошибки
5.2.4.7.Регистр статуса
5.2.4.8.Преобразователь «частота-напряжение»
5.2.5.Мультифункциональная карта
5.2.6.Сервоусилител и
5.3. Инсталляция аппаратного обеспечения
5.3.1.Соединение блока питания постоянного тока
5.3.2.Соединение двигателя
5.3.3.Соединение входных проводов
5.4. Программное обеспечение системы управления
5.4.1 .Общие сведения
5.4.2.Программирование управления движением
5.4.3.Определение значений абсолютных координат сочленений
5.4.4.Определение точного периода времени ЦДА цикла
5.4.5.Определение реальной траектории движения робота в декартовой системе координат
5.4.6.Реализация движения робота вдоль заданного контура с произвольным профилем скорости
5.4.7.Численный пример движения робота с произвольным контуром скорости
5.5. Настройка системы
5.6. Определение предельных значений скоростей сочленений
5.7. Выводы
6. РЕЗУЛЬТАТЫ КОМПЬЮТЕРНЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
6.1. Решение задачи планирования траектории
6.1.1.Установившийся режим движения
6.1.2.Переходный режим движения

6.2. Результаты симуляционных исследований
6.3. Результаты экспериментов
6.4. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ОБРАТНАЯ ЗАДАЧА КИНЕМАТИКИ ДЛЯ РОБОТА РМ

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ПРЯМАЯ ЗАДАЧА КИНЕМАТИКИ ДЛЯ РОБОТА РМ 01
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ПАРАМЕТРЫ УРАВНЕНИЙ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ КИНЕМАТИКИ
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. ЧАСТНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ ФУНКЦИЙ СКОРОСТЕЙ СОЧЛЕНЕНИЙ
ЛИТЕРАТУРА

Уравнение динамики имеет вид т = Нв + втСв + С.
Подставляя (1.26) в (1.27), имеем г = ? + Я(/-7#/)^, где
г =Шх-)ё) + втСв + в.
Целью является минимизация выражения
(1.27)
(1.28)

т+ + г"
(1.29)
где г , т_ - максимальное и минимальное предельные значения моментов.
Подстановкой (1.28) в (1.29) и введением новых переменных т+ = т+ —т , -Т~ — Т задача трансформируется в нахождение вектора
минимизирующего выражение

т+ + Т
(1.30)
Н{1-Г])ф-
Из выражения (1.30) следует
и и Т+ +
ф = [Н(1 — 7 7)]
Диапазон изменения моментов может быть включен в целевую функцию (1.29) посредством диагональной матрицы У? = diag{ 1/ Тг+ -1/ г, ), то есть
г+ + г 2 /•
2 IV у

т + т

В этом случае решение имеет вид
ф = [1Уи2Н(1 - /#Л]#(1У1/2 >