Автоматизированное управление многоцелевой робототехнической системой

• Автор: Васильев, Иван Анатольевич
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 152 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

]. Актуальность темы диссертации

2. Методы исследований

3. Научная новизна диссертации

4. Апробация работы и публикации

5. Практическая ценность работы

6. Содержание работы

Глава 1. Требования к космическим манипуляторам

1.1 Общее описание типовых операций
1.2 Схемы выполняемых движений
1.3. Разбиение операций роботов на технологические операции
1.4. Операции и требования к программному обеспечению
1.5 Применение сенсоров при выполнении технологических операций
1.5.1 Лазерные дальномеры
1.5.2 Инфракрасные параллактические (базовые) дальномеры
1.5.3 Тактильные датчики
1.5.4 Акселерометры в составе инерциальных систем
1.5.5 Видеосистемы СТЗ
1.5.6 Силомоментные сенсоры
1.6 Пример использования сенсорики
1.6.1 Перемещение к замку люка
1.6.2 Открытие замка люка
1.6.3 Извлечение ПГ из грузовой камеры
1.6.4 Перенос полезного груза к месту стыковки
1.6.5 Загрузка ПГ в грузовую камеру
1.7 Постановка задач исследования
1.8 Выводы по главе
Глава 2. Механика: геометрия и кинематика
2.1 Расчет кинематической схемы
2.1.1 Системы координат механизма манипулятора робота
2.1.2 Прямая задача кинематики
2.1.3 Обратная задача кинематики
2.1.3.1 Аналитическое решение обратной задачи кинематики
2.1.3.2 Геометрический метод решения обратной задачи кинематики
2.1.4 Различные виды управлений, использующих решения задач кинематики
2.2 Вычисление коэффициентов уравнений динамики манипуляционного робота
2.2.1 Описание исполнительного механизма робота
2.2.2 Формирование уравнений динамики механической системы
2.3 Расчет моментов
2.3.1 Методы вычислений
2.3.2 Применяемые математические формулы
2.3.3 Примеры типовых движений
2.3.3.1 Движение перехода из транспортного положения в рабочее (вертикальное)
2.3.3.2 Движение из рабочего положения в обзорное для вертикали
2.3.3.3 Движение из рабочего положения в предстыковочное
2.3.3.4. Движение из предстыковочного в рабочее положение:
2.4 Выводы по главе
Глава 3. Алгоритмы программного обеспечения
3.1 Построение траекторий в свободной и несвободной среде
3.2 Алгоритмы отработки траекторий с учетом динамики манипулятора
3.3 Учет упругих свойств
3.4 Алгоритмы системы технического зрения (СТЗ)
3.5 Описания некоторых технологических операций космического манипулятора
3.5.1 Движение с СТЗ
3.5.2 Локальный обзор
3.5.3 Калибровка СТЗ
3.5.3.1 Калибровка при использовании кондуктора
3.5.3.2 Калибровка при использовании зеркала
3.6 Описание программной реализации
3.6.1 Описание управляющей части
3.6.1.1. Классы связи и инициализации
3.6.1.2. Дополнительные служебные классы
3.6.1.3. Ввод информации
3.6.1.4. Входной поток
3.6.1.5. Вывод информации
3.6.1.6. Выходной поток
3.6.1.7. Классы управления
3.6.1.8. Класс общего функционирования
3.6.1.9. Регистрация классов в системе
3.6.2. Описание общего функционирования системы
3.6.3. Описание моделирующей части ПО
3.6.3.1. Ввод информации
3.6.3.2. Входной поток
3.6.3.3. Вывод информации
3.6.3.4. Выходной поток
3.6.3.5. Класс управления
3.6.3.6. Класс общей отработки
3.6.4. Описание функционирования модели
3.7 Выводы по главе
Глава 4. Реализация системы управления космическим роботом Dores
4.1 Общие схемы управления исполнительными механизмами
4.2 Характеристики основных элементов
4.2 Характеристики основных элементов
4.3 Сведения об испытаниях робота Dores
4.4 Выводы по главе
5. Заключение
Публикации автора по теме диссертации
1. Использованная литература

Введение
1. Актуальность темы диссертации
В настоящее время в робототехнике одно из наиболее актуальных и перспективных направлений - разработка робототехнических систем (РТС), предназначенных для обслуживания космических объектов, в первую очередь роботизированных комплексов (РТК) для обслуживания крупногабаритных орбитальных станций. Начиная с семидесятых годов XX века работы по созданию РТС космического назначения в СССР, а затем в России проводились в таких организациях Москвы и Ленинграда (Санкт-Петербурга), как МВТУ им. Баумана, ЦНИИ РТК, ИПМ им. Келдыша, ВНИИТРАНСМАШ, ЦНИИМАШ и др. Из публикаций на указанную тематику в первую очередь следует отметить монографии и статьи таких ведущих ученых, как Е.И.Юревич, М.Б.Игнатьев, А.В.Тимофеев, Ф.М.Кулаков, A.C. Ющенко. Актуальные задачи космической робототехники, начиная с восьмидесятых годов, регулярно обсуждались на международных, всесоюзных и всероссийских научно-технических конференциях и симпозиумах. ЦНИ РТК в течение многих лет является ведущим центром по обмену опытом в рассматриваемой области и по координации исследований по некоторым направлениям. Начиная с 1990 года в ЦНИИ РТК ежегодно проводятся всероссийская научно-техническая конференция "Экстремальная робототехника", в программе которой тематика, связанная с освоением космоса, занимает значительное место.
Коллективом ЦНИИ РТК также внесен значительный вклад в космическую робототехнику, выполнена целая серия опытноконструкторских работ. В первую очередь следует упомянуть доведенную до экспериментального образца разработку уникального большого манипулятора для космического корабля "Буран". Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию РТС космического назначения, в которых принимал участие автор, выполнялись и выполняются в ЦНИИ РТК с 1975 года по настоящее время согласно Постановлениям Правительства СССР и РФ и по договорам с Российским авиационно-космическим Агентством, РКК "Энергия", Европейским

расположения в пространстве и динамического влияния заправочного шланга на движение робота как при построении траектории этого движения, так и в процессе его самого. При этой операции активным образом должна использоваться СТЗ.
Операция протирки иллюминаторов должна использовать специальный инструмент типа вращающейся щетки. Она начинается, как и многие, с ТОП MOVE («Движение») в начальную точку непосредственно перед иллюминатором. Далее выполняется ТОП («Протирать») похожая на ТОП LOOK («Обзор») тем, что в процессе выполнения операции осуществляется движении по заранее запрограммированной сложной (например, спиралевидной) траектории, присущей именно этой ТОП, но в отличие от ТОП LOOK («Обзор») при отслеживании небольшого контролируемого силомоментными и другими датчиками силового воздействия на поверхность иллюминатора. После завершения цикла протирки производится операция MOVE («Движение») отвода инструмента на необходимое расстояние над иллюминатором и затем выполняется ТОП SEE_WINDOW («Осмотр») для контроля качества чистоты иллюминатора. В случае необходимости, вышеописанный цикл действий по протирке повторяется. Завершается операция переводом РТС с помощью ТОП MOVE («Движение») в состояние «Ожидание». Среди параметров операции протирки (как и других подобных операций) можно выделить следующие:
• скорость движения инструмента;
• частота вращения инструмента;
• вектор силы прижатия;
• число повторов ( которое в разных местах может быть разным).
Для операций захвата подвижного объекта и захвата подвижным роботом, как уже упоминалось, целесообразно использовать следующие ТОП: «Захват подвижного объекта», «Захват подвижным роботом», «Захват подвижного объекта подвижным роботом», а не обычную ТОП ТАКЕ («Захват»), поскольку они требуют намного более сложных алгоритмов