Разработка математического и программного обеспечения систем управления мобильными роботами произвольной структуры с избыточными связями

• Автор: Мохов, Александр Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 110 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Современное состояние проблем управления робототехническими системами

1.1. Общая характеристика робототехнических систем

1.1.1. Исполнительные механизмы

1.1.2. Приводы и передаточные механизмы

1.1.3. Информационно измерительные системы

1.1.4. Системы управления

1.2. Управление движением

1.2.1. Метод основанный на захвате движений

1.2.2. Методы основанные на использовании искусственных нейронных сетей
1.2.3. Генетические алгоритмы
1.2.4. Синтез алгоритмов управления методом обратной задачи
1.2.5. Метод заданной синергии
1.3. Математические модели
1.3.1. Кинематическая модель мобильного робота
1.3.2. Динамическая модель мобильного робота
1.3.3. Избыточные связи
1.4. Использование ЭВМ для моделирования роботов
1.5. Выводы по главе
Глава 2. Математическая модель
2.1. Формирование уравнений движений РТС
2.1.1. Вывод уравнений движений робототехнической системы .
2.1.2. Решение уравнений динамики с избыточными связями

2.2. Метод задания характеристик движения характерных точек
2.2.1. Задание общих параметров движения РТС
2.2.2. Задание параметров движения движителей
2.3. Общая схема системы управления
2.3.1. Метод генерации программного движения
2.4. Выводы по главе 2
Глава 3. Разработка программного комплекса
3.1. Требования к системе моделирования
3.2. Архитектура системы генерации программного движения
3.2.1. Пульт управления
3.2.2. Подсистема моделирования
3.2.3. Визуализация результатов
3.2.4. Контроль решения MBS модели
3.2.5. Генератор команд управления
3.2.6. Контроллер оборудования
3.3. Расчет и управление в интерактивном режиме
3.4. Выводы по главе
Глава 4. Эксперименты
4.1. Манипулятор-трипод
4.1.1. Описание конструкции
4.1.2. Экспемерименты
4.2. Шагающий робот с ортогонально-повторным движителем
4.2.1. Описание конструкции
4.2.2. Эксперименты
4.3. Робот андроид
4.3.1. Описание конструкции
4.3.2. Эксперименты
4.4. Выводы к четвертой главе

Заключение
Литература
Приложение А. Экранные формы
Приложение Б. Конструкция системы управления линейными приводами манипулятора трипода

Рассмотри существующие методы преодоление статической неопределенности применяемые для мобильных роботов:
- замена соответствующих связей консервативными силами;
- разбиение основания на твёрдые тела.
Метода замены связей на консервативные силы имеет существенные ограничения для применения к математическим моделям дифференциальные уравнения которых, ориентированны на численное решение. Так как применение этого метода приводит к увлечению жестокости системы. Для решения таких преобразованных расчётных схем, необходимо уменьшать шаг интегрирования, что приводит к увеличению времени решения.
В процессе движения мобильных роботов образуются избыточные связи замкнутые на неподвижное основание, в этом случае возможно применение метода при котором исходное основание заменяется на тела большой массы. Для уменьшения количества уравнений новые тела должны иметь только поступательные степени свободы.
Для общего случая, когда избыточные связи не соединённы с основанием, возможен вариант разбиения одного из тел на части, связанные специальным образом.
Общие принципы при разбиении тел сводится к появлению у системы новых степеней свободы, число которых равно степени статической неопределенности. Этот прием давно используется в инженерной практике для исключения избыточных связей.
В расчётных методах универсальным способом преобразования кинематической схемы для устранения статической неопределенности является замена соответствующей кинематической пары на трезвенник.У такого трезвенника совпадают начальная и конечная точки связанные с телами, соединяемыми заменяемым шарниром. При относительно малой массе и больших моментах инерции такой трезвенник будет обеспечивать малые относительные смещения