Управление траекторным движением колесных роботов относительно подвижных объектов

• Автор: Сергеев, Константин Александрович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 155 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР КОЛЕСНЫХ РОБОТОВ И ОБЩАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1 Использование колесных роботов в промышленности

1.2 Задачи управления колесными роботами.

1.3 Общая постановка задачи

2 КОНСТРУКЦИИ КОЛЕСНЫХ РОБОТОВ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ .

2.1 Конструкциичколесных роботов.

2.2 Математические модели колесных роботов.

2.3 Математические модели внешних объектов.

2.4 Постановка задачи тракторного управления

2.5 Методы управления траекторным движением
3 СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ТРАЕКТОРНЫМ ДВИЖЕНИЕМ.
3.1 Общий подход к синтезу алгоритма управления траекторным движением
3.2 Синтез алгоритма управления траекторным движением. Случай кинематической модели КР и внешнего объекта .
3.3 Решение обратной кинематической задачи.
3.4 Структура системы управления траекторным движением. Случай кинематической модели КР
3.5 Синтез алгоритма управления траекторным движением. Случай динамической модели КР
3.6 Решение обратной динамической задачи.
3.7 Структура системы управления траекторным движением. Случай динамической модели КР
4 АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХПРИВОДНЫМИ КОЛЕСНЫМИ РОБОТАМИ.
4.1 Управление кинематической моделью колесного робота
с автомобильной компоновкой колес.
4.2 Управление кинематической моделью колесного робота
с двумя независимыми ведущими колесами.
4.3 Управление динамической моделью колесного робота с двумя независимыми ведущими колесами.
5 ПАКЕТ МОДЕЛИРОВАНИЯ Vi 1.0
5.1 Назначение пакета.
5.2 Графический интерфейс пользователя пакетом.
5.3 Работа с пакетом Vi 1.0
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


К-0 "Управление траекторным движением сложных механических систем" студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов в области гуманитарных, естественных, технических и медицинских наук, культуры, искусства в категории "Кандидатский проект" научного направления "Автоматика, телемеханика. Минобразования РФ и но гранту конкурса "мае" Российского фонда фундаментальных исследований Xе 0. Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 8-й Международной студенческой олимпиаде по автоматическому управлению ВОАС (Санкт-Петербург, г. XXXI и XXXIII Научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГИТМО(ТУ) (Санкт-Петербург, и г. Международной конференции но передовой и интеллектуальной робототехнике ІЕЕЕ/АБМЕ (Комо, Италия, ), III и IV Научно-технических конференциях молодых ученых "Навигация и управление движением" (Санкт-Петербург, и г. Публикации работы. Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, пять глав, заключение, приложение и список литературы, насчитывающий наименований. Основная часть работы изложена на 4 страницах машинописного текста. В первой главе представлен аналитический обзор областей применения колесных роботов. Представлена классификация колесных роботов. Рассмотрены задачи, решаемые системами управления колесных роботов при движении вдоль заданных траекторий. Представлен обзор существующих решений задач слежения за траекторией и пройденным путем. Сформулирована, в общем, постановка задачи траєкторного управления колесным роботом. Во второй главе рассмотрены конструкции колесных роботов. Представлены кинематическая и динамическая модели колесного робота при условии отсутствия проскальзывания, а также введены в рассмотрение кинематическая и динамическая модели внешнего объекта. Сформулирована общая задача управления траекторным движением колесных роботов относительно перемещающегося внешнего объекта. Представлен аналитический обзор методов траєкторного управления. Во третьей главе сформулирована задача траєкторного управ-леиия колесным роботом при условия точного задания траектории, которая определяется геометрией внешнего объекта. Задание кривой движения осуществляется в системе координат движущегося объекта. Получены новые задачно-ориентированные модели траєкторного движения и нелинейные алгоритмы управления, основанные на дифференциально-геометрических методах теории нелинейных систем. Предложена общая процедура синтеза алгоритмов управления. Рассмотрена работа систем траєкторного управления кинематической и динамической моделью колесного робота. Приведены решения обратной кинематической и динамической задач. В четвертой главе осуществлен синтез алгоритмов траєкторного управления движением колесного робота с автомобильной компоновкой колес и колесного робота с двумя независимыми ведущими колесами для кинематической и динамической моделей. Представлены результаты моделирования. В пятой главе приведено описание работы пакета моделирования VMRSim 1. Рассмотрены графический интерфейс пользователя пакетом и примеры модельных экспериментов. Доказательства основных положений работы приведены в Приложении А. Приведена классификация колесных роботов. Представлен обзор существующих задач управления колесными роботами. Оговорена общая постановка задачи управления траекторным движением колесного робота относительно перемещающихся внешних объектов. Обсуждены вопросы новизны задачи и ее решения. Роботы относятся к классу нелинейных'многомерных механических систем, которые имеют несколько входов и выходов, и представляют собой универсальный автомат, воспроизводящий двигательные и интеллектуальные функции человека. К мобильным роботам относятся шагающие и самодвижущие-ся механические системы. Одним из представителей самодвижущихся механических систем являются колесные роботы (КР). Этот тип роботов был активной областью изучения и разработки в последние сорок лет []. Этот длительный интерес был подогрет разнообразным практическим использованием КР из-за их возможности работать в потенциально неструктурированной и опасной для человека среде.