Скоростной механический сканатор мобильного наземного транспортного робота

• Автор: Рубцов, Василий
• Шифр специальности: 05.00.00
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Б.м.
• Количество страниц: 241 с. : ил.

Одна из основных проблем в создании мобильных роботов - проектирование интегрированных интеллектуальных информационных систем. Эти системы могут включать различные типы сенсоров. Обычно СТЗ - система технического зрения -необходимая часть для таких систем. В этой диссертации рассмотрены вопросы разработки скоростной автоматической системы просмотра для системы технического зрения и синтеза оптимального управления для этой системы.
В диссертации создана математическая модель транспортной подсистемы мобильных робот при учете внешнего возмущения. Достоверность этой модели доказана на основе моделирования и проведенных экспериментальных исследований. Вычислены коэффициенты регрессии и проведены оценки точности модели.
Предложен метод вычисления мощности для приводов для быстродействующей автоматической системы сканирования. Использование этого метода в общей математической модели подсистемы транспорта мобильного робота позволило значительно уменьшить время вычислений.
Определены основные характеристики для оценки внешних возмущений. Определены ограничения для практической реализации некоторых технических решений информационных систем мобильных роботов на основе проведенного анализа различных параметров внешнего возмущения.
В этой диссертации были проанализированы различные кинематические схемы сканирующих систем. Предложены практические рекомендации для применения кинематических схем для сканирующих систем. Разработаны и обоснованы важные характеристики кинематических схем для быстродействующей автоматической системы сканирования.
Предложена методика решения обратных кинематических задач для трехстепенной сканирующей системы в терминах скоростей и ускорений. Эта методика применена для формулировки оптимального управления для быстродействующей автоматической системы сканирования.

В работе предложены алгоритмы скоростного сканирования для различных типов сенсоров. Рассмотрены ограничения для практической реализации этих алгоритмов.
Синтезированы алгоритмы оптимального управления для разработанной системы просмотра. Предложенное управление минимизирует сумму мгновенных мощностей приводов сканирующей системы. Разработан практический алгоритм, используя теоретически синтезированную схему. Работоспособность управляющего алгоритма была доказана экспериментальными исследованиями. Преимущества разработанного алгоритма управления для трехстепенной сканирующей системы были продемонстрированы экспериментально.

Особенности наземных мобильных систем в части воздействия на коорпннатор со стороны носителя
зависимость) зависит от требуемой скорости движения машины. Влияние амплитуд неровностей (коэффициент А) не так заметно (квадратичная зависимость), особенно учитывая, что на практике (см. [49,51] и Приложение 1) максимальные размеры микропрофиля для определенного типа дорог (или пересеченной местности) не сильно различаются. Наиболее существенное влияние на требуемые характеристики приводов при стабилизации колебаний шасси транспортного средства оказывают дорожные неровности с длинами волн, кратными длине опорной площадки машины в направлении движения, которая входит в уравнение (2.26) в пятой степени.
Кроме того, именно длина опорной площадки определяет на практике требуемые частотные свойства привода стабилизации. Это хорошо видно из уравнения (2.16) математической модели MPC. Отсюда также следует тот факт, что при сходных массоинерционных характеристиках машин, одна из которых имеет гусеничное, а другая -двухосное колесное шасси, колесная машина будет иметь значительно более высокочастотный (в 7 и более раз) спектр внешних возмущающих воздействий. При этом к приводу прямой стабилизации предъявляется требование компенсации внешних возмущений в частотном диапазоне вплоть до 50 Гц - для MPC средних и крупных размеров (по классификации рис. 2.3).
Еще более высокие требования к ширине полосы пропускания приводов стабилизаторов телеканалов MPC предъявляются при установке видеодатчиков на шасси малоразмерной и миниатюрной групп. В этом случае даже для гусеничной машины верхняя граница требуемого частотного диапазона доходит до значений порядка 300 Гц

Проведенный анализ показывает, что традиционные следящие системы с двигателем постоянного тока [26] малоэффективны при применении в составе координаторов телеканалов MPC. Они не могут обеспечить требуемую ширину полосы пропускания при стабилизации колебаний машины, особенно в случае применения колесных шасси и шасси малоразмерной группы.
Система вторичного подрессоривания непосредственно видеодатчика или всего координатора телеканала MPC также малоэффективна в области высокочастотных воздействий [49]. Она не обеспечивает ослабления колебаний корпуса машины в области второго (высокочастотного) резонанса.
Применение же для стабилизации гиростабилизированных платформ резко ухудшает массо-габаритные и энергетические показатели всего изделия в целом [57].