Адаптивное управление манипуляторами с упругими звеньями

• Автор: Аль-Кхаиит Саад Загхлюл Саид.
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 169 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Конструктивные особенности манипуляторов с упругими звеньями
1.2 Особенности моделирования манипуляторов с упругими звеньями
1.3 Анализ методов управления манипуляторами с упругими звеньями
1.4. Измерительные средства в системах управления манипуляторами
с упругими звеньями
1.5. Постановка задач исследования
1.6. Выводы по главе
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИЙ
МАНИПУЛЯТОРОВ С УПРУГИМИ ЗВЕНЬЯМИ
2.1. Математическое описание манипулятора с упругими звеньями
2.2. Уравнения движения упругих звеньев манипулятора
2.3. Метод расчета эквивалентных сил в узловых точках манипулятора
2.4. Метод силового расчета манипулятора с упругими звеньями
2.5. Выводы по главе
ГЛАВА 3. УПРАВЛЕНИЕ МАНИПУЛЯТОРАМИ С УПРУГИМИ
ЗВЕНЬЯМИ НА БАЗЕ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ
3.1. Принципы построения системы управления манипулятором на
базе нейронных сетей
3.2. Метод аппроксимации существенных нелинейностей
3.3. Метод обучения нейросети с использованием сигнала обратной связи
3.4. Метод компенсации нелинейностей системы двухзвенного манипулятора
3.5. Моделирование системы управления манипулятором
3.6. Выводы по главе
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРАМИ С УПРУГИМИ ЗВЕНЬЯМИ И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Построение упругой манипуляционной системы с управлением
по отклонению конечной точки в обратную сторону
4.2. Система управления манипуляторами с упругими звеньями
4.3 Алгоритм работы системы управления манипуляторами с
упругими звеньями
4.4. Построение траектории для манипулятора с упругими звеньями
4.5. Моделирование манипуляторов с упругими звеньями
4.7. Результаты экспериментов по управлению манипулятором с упругим звеном
4.8. Метрологическая оценка системы управления манипулятором с упругим звеном
4.9. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В последние годы все большее внимание привлекает к себе применение для различных целей манипуляторов облегченной конструкции с упругими звеньями. Прежде всего, здесь следует упомянуть выполнение манипуляционных технологических операций с объектами в труднодоступных или опасных для здоровья и жизни человека местах, когда требуются манипуляторы с большим вылетом руки, но с ограниченной массой. Однако уменьшение массы конструкции манипулятора за счет использования облегченных упругих звеньев является источником ряда негативных факторов. Упругие прогибы от дейстия внешних нагрузок и сил тяжести, а также колебания звеньев, возникающие при движении упругого звена, не позволяют точно переместить рабочий орган в заданную точку пространства и увеличивают время переходного процесса при движении рабочего органа из одной точки в другую. В результате управляемость и быстродействие упругого манипулятора значительно снижаются, что ограничивает возможности его использования. Таким образом, создание систем эффективного управления манипуляторами с упругими звеньями является актуальной научно-технической проблемой.
В настоящее время, как правило, в основе принципов построения систем управления манипуляторами с упругими звеньями лежат методы расчета управляющего сигнала - вращающего момента, позволящего осуществлять перемещение манипулятора с учетом деформаций и колебаний, обусловленных упругостью составляющих его звеньев. Сигналы управления крутящим моментом рассчитываются для перемещения рабочего органа манипулятора по заданной траектории без его существенных колебаний.
Научные исследования в этом направлении получили широкое распространение как в России, так и за рубежом. Они базируются на трудах ученых И.М. Макарова, Е.И. Юревича, В.М. Лохина, Ю.В. Подураева,
A.A. Лукьянова, Ф.М. Кулакова, А.Е. Дитковского, Ю.Н. Санкина, С.Л. Зен-

зовать в режиме реального времени, так как они требуют больших вычислительных ресурсов, что неизбежно приводит к снижению точности.
1.4. Измерительные средства в системах управления манипуляторами
с упругими звеньями
Большинство промышленных манипуляторов оборудованы простейшими ПИД-регуляторами, которые требуют измерения положения и скорости звеньев. Формально звено манипулятора можно представить в виде управляемого рычага, к которому прикладывается сила. Так как звено является упругим, то каждое его ускорение или перемещение затрудняет определение точного положения исполнительного органа. С точки зрения механики, манипулятор выглядит как конструкция, состоящая из ряда звеньев, связанных шарнирами. Каждый шарнир приводится в движение приводом, который может менять относительное положение двух звеньев, соединённых этим шарниром. Для того, чтобы управлять манипулятором, необходимо знать положение каждого шарнира в механизме [65]. Поэтому шарниры робота необходимо оснащать датчиками положения. Можно также использовать датчики скорости (например, тахометры) и датчики ускорения (акселерометры).
Наиболее распространёнными датчиками вращательного перемещения шарнира являются: потенциометры, сельсины, шифраторы и поворотные вращающиеся дифференциальные трансформаторы. Датчики положения шарнира обычно устанавливают на вал электродвигателя. При их установке непосредственно на шарнир они обеспечивают обратную связь с регулятором параметров люфта и упругой деформации привода.
Угловую скорость измеряют если не посредством дифференцирования перемещения шарнира, то при помощи тахопреобразователей. Тахометр создаёт напряжение постоянного тока, пропорциональное частоте вращения вала. Принцип работы датчиков ускорения основан на втором законе Ньютона. Они фактически измеряют силу, которая вызывает ускорение известной массы. Существуют различные типы датчиков ускорения: пьезоэлектрические,