Методологические и теоретические основы управления микроробототехническими системами с использованием интеллектуальных алгоритмов и модели виртуальной среды

• Автор: Даринцев, Олег Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 365 с. : ил.

Введение

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И

УПРАВЛЕНИЯ МИКРОРОБОТОТЕХНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ

1.1 Анализ предметной области и классификация

микроэлектромсхаиических систем

1.2 Актуальность проблематики исследования

1.3 Структура н состав микроробототехнических систем

1.4 Архитектура информацнонноуправляющих комплексов.

1.5 Анализ методик синтеза виртуальных систем

1.6 Цель и задачи исследования

Выводы по 1 ой главе

ГЛАВА 2 МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ САУ МР IIМЭМС
2.1. Системный подход к проектированию интеллектуальных САУ МР
2.2. Концепции построения интеллектуальной САУ МР
2.3. Обобщенная структура интеллектуальной САУ МР с элементами виртуальной реальности
Выводы по 2ой главе
ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ МИКРОРОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ II ИХ ПОВЕДЕНИЯ В МИКРОМИРЕ
3.1 Кинематическая и динамическая модели мобильного микроробота
3.2 Поведение механических систем в микромире, основные типы взаимодействия контактирующих микрообъектов
3.3 Разработка методики математического моделирования
микровзаимодействий
3.4 Построение моделей механических компонентов МЭМС,
приводов и микророботов. Взаимодействие моделей
Выводы по 3ой главе
ГЛАВА 4 ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ КОМПОНЕНТАМИ МИКРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ И МОБИЛЬНЫМИ МИКРОРОБОТАМИ
4.1 Синтез алгоритмов адаптивного управления движением мобильного микроробота
4.2 Применение нечеткой лотки для интеллектуального управления перемещением мобильного микроробота
4.3 Синтез интеллектуальной системы управления с учетом динамики микроробота
4.4 Методика синтеза прогностических корректирующих цепей моделирующего комплекса
4.5 Синтез предиктора для контура планирования и управления микроманипулятором
Выводы по 4ой главе
ГЛЛВЛ 5 СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ПОВЕДЕНИЕМ ГЕТЕРОГЕННЫХ И ГОМОГЕННЫХ КОЛЛЕКТИВОВ МИКРОРОБОТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕНЕТИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ
5.1 Построение структуры систем планирования и управления поведением коллектива микророботов
5.2 Разработка генетических алгоритмов системы управления поведением коллектива микророботов
5.3 Разработка генетического алгоритма планирования оптимальных маршрутов движения группы микророботов в среде с препятствиями
Выводы по 5ой главе
ГЛАВА 6 РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ВИРТУАЛЬНОЙ СРЕДЫ
6.1 Структура имитационнотехнологического комплекса с элементами виртуальной реальности
6.2 Режимы обработки информации и иерархическая программная
архитектура виртуальной среды
6.3 Алгоритмы разработки виртуальных моделей микросистем
Выводы по 6ой главе
ГЛАВА 7 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ МИКРОРОБОТОТЕХНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДЕЛИ ВИРТУАЛЬНОЙ СРЕДЫ
7.1 Программная реализация системы виртуальной реальности
7.2 Разработка системы удаленного управления через
сеть Интернет с использованием модели виртуальной среды
7.3 Натурные эксперименты и перспективы дальнейшего развития системы виртуальной реальности
Выводы по 7ой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Особое место в процессах изготовления микросистем занимают пакетирование и создание комплексных связей между компонентами МЭМС комплексирование 2, обладающие рядом общих свойств с технологиями микроманипулированпя допуски измеряются в микронах, операции ведутся с микро и мезообъектами, основными из них являются базирование, выравнивание и закрепление компонентов. При пакетировании также проводятся химические процессы литьевая пластика, поверхностная химическая обработка, напыление и др. Характерными для всех микросборочных технологий являются величины прикладываемых усилий. Кантилеверы консоли, мембраны и другие компоненты МЭМС имеют чрезвычайно хрупкую структуру, что требует особой точности в прикладываемых усилиях. Обычно значения этих сил находятся в диапазоне от десятков микроныотон до нескольких МИЛЛИ ньютонов. С развитием технологий производства ИС было разработано большое разнообразие систем пакетирования ИС. Некоторые из них могут успению использоваться и для простых МЭМС тех, в которых необходима только электрическая разводка. Поскольку физическая структура и геометрия электрической цепи всегда легко сводится к планарной, разбиением ее частей на локальные подструктуры, то пакетирование простых МЭМС в целом мало чем отличается от пакетирования ИС. В этих случаях достаточно технологических процессов, в которых управление ми крои н струме итом осуществляется с одной степенью свободы. В настоящее время методы автоматизированного пакетирования ИС используются при изготовлении акселерометров, гироскопов и некоторых типов датчиков давления. Для гибридных МЭМС задачи пакетирования и комплексирования существенно сложнее. Между компонентами таких микросистем необходимы как электрические разводки для передачи сигналов, так и механические связи. Большая часть последних может быть изготовлена только трехмерной обработкой, когда управление микроинструмеитом осуществляется в трехмерном пространстве. Кроме того что все операции на микроуровне являются высокопрецизионными, также можно отметить их чрезвычайную узкоспсциализированность, что в целом усложняет разработку универсальных автоматизированных систем производства гибридных МЭМС. Рассмотрим некоторые особенности микросборки наиболее распространенных сложных микросистем. В целом, можно отмстить ряд специфических отличий сложных МЭМС от микроэлектронных устройств, затрудняющих их создание групповым методом, т. МЭМС. Планарный слой НС, в котором формируются все схемные элементы, не превышает мкм, в то же время характерная высота МЭМСструктур от до 0 мкм и более. О постоянно высоком интересе научной общественности к исследованиям и применению МЭМС и МРТ свидетельствуют принятые в последние годы в США, Европе и Японии национальные программы в области микротехники, которая признана ключевой технологией XXI века 4, 4, 9. Считая нанотехнологию основой новой индустриальной революции, правительство США в несколько раз увеличило финансирование наноисследований и нанотехнологии с целью занять и закрепить лидирующее первое место в мире в ближайшие пять лет, и значительно расширить номенклатуру выпускаемых МЭМС. В рамках этих программ особое внимание уделяется разработке новых конструкций микротехнических устройств с глубокой интеграцией основных компонентов таких систем микромеханики, микросенсорики и схем управления 4, 9, 5. В рамках принятых программ уже достигнуты значительные успехи, особенно активно МРТ и МЭМС внедряются в оборонные технологии и сервис. В США в последнее время принято на вооружение целое семейство беспилотных самолетов. В Японии интенсивно реализуется программа по развитию рынка домашних роботов, роботов развлекательного и сервисного назначения. В финансовом году конгресс США подтвердил направление единой программы по робототехнике и контроль за се исполнением со стороны аппарата министра обороны, обеспечив дополнительное финансирование млн. Основная задача единой программы по робототехнике США Разработать и принять на вооружение семейство доступных и эффективных мобильных наземных робототехнических систем разработать и перейти на технологии, необходимые для удовлетворения развивающимся требованиям войск служить катализатором включения робототехнических систем и технологий в структуру вооруженных сил. Согласно аналитическому исследованию, выполненному i i i Ii I, в Европе насчитывается заводов для производства устройств.