Математическое и программное обеспечение автоматизированной маршрутизации внутрицеховых мобильных роботов химических производств

• Автор: Засед, Вера Валерьевна
• Шифр специальности: 05.13.06, 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 170 с. : ил.

Введение
Глава 1. Обзор существующих методов маршрутизации мобильных роботов в системах автоматизации химических производств. Постановка задач исследования.
1.1. Обзор автоматизированных транспортных систем, используемых на современных химических производствах

1.1.1. Непрерывные и периодические транспортные системы.

1.1.2. Автоматизированные склады.

1.1.3. Автоматизация вспомогательных операций

1.2. Классификация автоматизированных мобильных систем, применяемых на химических производствах.
1.3. Роль и место задач маршрутизации в автоматизированных системах управления мобильными роботами.

1.3.1. Структура автоматизированных система управления мобильными роботами.

1.3.2. Применение систем технического зрения и других аппаратных средств для формирования модели внешней среды и планирования движения

1.4. Математические модели

1.5. Модели внешней среды и методы планирования движения
1.5.1. Дискретные клеточные методы
1.5.2. Графы
1.5.3. Методы оптимизации, применяемые при построении каркаса траектории движения мобильного робота.
1.5.4. Комбинаторные методы с применением экспертных систем
1.5.5. Методы с применением нейробиологических элементов нейросетей
1.5.6. Методы на основе конечных автоматов и сетей Петри.
1.6. Выводы и постановка задач исследования.
Глава 2. Векторное моделирование плоских объектов. Свойства моделей, построение и операции с ними
2.1. Геометрическое моделирование плоских фигур.
2.2. Оценка качества приближенных моделей.
2.3. Преобразование выпуклого контура в набор.ограничивающих.полуплоскостей
2.4. Построение оптимальных вписанных приближенных моделей
2.4.1. Базовые и вписанные контуры. Вычитание вписанных конту ров
2.4.2. Построение оптимального вписанного выпуклого многоугольника.
2.4.3. Построение оптимальной вписанной полигональной модели.
2.5. Построение оптимальных описанных приближенных моделей .
2.5.1. Построение оптимальной описанной полигональной модели произвольного контура в виде ломаной АПОПМ.
2.5.2. Алгоритм построения оптимальной описанной круговой модели
произвольного контура АПОКМ
Выводы по главе 2.
Глава 3. Построение полных математических моделей мобильного транспортного робота и окружающей среды.
3.1. Моделирование тележки мобильного робота
3.2. Математическая модель окружающей среды.
3.2.1. Построение расширенной моделей внешних контуров.
3.2.2. Классификация препятствий. Построение их расширенных моделей
3.3. Программная модель полной модели окружающей среды. Алгоритм е построения.
Выводы по главе 3.
Глава 4. Методы расчета взаимодействия исходных и приближенных оптимальных моделей объектов внешней среды.
4.1. Проверка пересечений простейших плоских фигур
4.2. Определения пересечения круга со звеньями контура
4.3. Определение пересечения полосы с кругом
4.4. Определение пересечения произвольного контура с кругом.
4.5. Определение пересечения полигона с крутом
4.6. Проверка попадания точки внутрь конту ра.
4.7. Определение ближайшего пересечения полосы движения с произвольным контуром, а также расчета точки выхода.
4.8. Определение пересечения полосы с преодолимыми препятствиями
4.9 Определение пересечения полосы с базовым контуром и непреодолимыми препятствиями
4 Определение попадания круга в преодолимые препятствия.
4 Определение выхода заданной ломаной из группы преодолимых
препятствий.
Выводы по Главе 4.
Глава 5. Математическая модель опорной ломаной движения мобильного робота. Постановка задачи оптимального ее построения. Алгоритм приближенного решения
5.1. Математическая модель опорной ломаной траекторий движения мобильного робота. Постановка основной задачи оптимизации.
5.2. Анализ поставленной полной задачи оптимизации. Общий подход к ее приближенному решению
5.3. Общий алгоритм решения основной задачи построения оптимальных опорных ломаных
5.4. Построение огибающих звеньев при обходе препятствий в процессе построения траектории
5.4.1. Расчет перпендикуляра из конечной точки траектории к пересекаемому звену препятствия и разбор основных вариантов
5.4.2. Коррекция положения конечной точки траектории на ометаемои полосе при угловом подходе полосы траектории к звену препятствия
5.4.3. Анализ углового подхода конечной точки траектории к вершине препятствия
5.4.4. Построение обхода звена препятствия в случае
5.5. Алгоритм оптимизации базовых опорных ломаных с учетом преодолимых препятствий
5.6. Пример применения разработанного метода маршрутизации мобильного робота
5.6.1. Постановка задачи
5.6.2. Построение базовых ломаных.
5.6.3. Построение допустимых ломаных и определение наилучшей из них
5.6.4. Лабораторная экспериментальная модель мобильного робота
Выводы по Главе
Заключение
Список литературы


В основном для этих процессов применяются автоматические напольные тележки и подвесные транспортные устройства. Напольные тележки могут двигаться по рельсам и без них сейчас отдается предпочтение безрельсовым тележкам. Рельсовые транспортные тележки выполняют функции межучастковых и межстаночных межоперационных связей, а также загрузочноразгрузочных устройств. Для этого тележки оснащены различными подъемными, поворотными и выдвижными столами, автоматическими манипуляторами или промышленными роботами, образуя в последнем случае транспортные роботы. Существует, например, такая система. По всему полу от склада и вдоль линии станков проложены две ярко белые полосы с расстоянием между ними, несколько меньшим ширины тележки. В передней части тележки, внизу имеются фотоматричные глаза. Они следят за белыми полосами при движении тележки и передают сигналы уклонений в автоматическую систему управления движением. Тележка автоматически движется по заданным адресам станков и других агрегатов цехового оборудования. У каждого технологического модуля робот снимает с тележки те предметы, которые этому модулю предназначены они находятся на точно определенных местах. Общая программа действий тележки может быть довольно сложной, обусловленной строгим графиком се движения во времени, если она обслуживает много адресов. Недостатком такой системы является негибкость и сложность ее модификации при изменениях в технологических процессах или графике работы. Также установка такой системы на новом производстве требует существенных затрат. На рис. С.
Рис. Данная тележка предназначена для транспортирования тары и столовспутников с заготовками, деталями, инструментахи и технологической оснасткой между приемнопередающими столами станков, автоматизированным складом, инструментальным и контрольноизмерительным участками гибкой производственной системы . Транспортная тележка, оснащенная автоматизированным загрузочноразрузочным устройством, образует автономный транспортный манипулятор ТМ. Направляющей при движении тележки является уложенный в пол швеллер, с которых контактируют ролики механизхюв слежения за трассой. Недостатком такой системы является негибкость и сложность ее модификации при изменениях в технологических процессах или графике работы. Также установка такой системы на новом производстве требует существенных затрат. Рис. На рис. ТР Электроника НЦТМ. Особенностью безрельсовой транспортной тележки Электроника НЦТМ является оснащение его автономным источником питания, микропроцессорным устройством управления, обеспечивающим слежение за трассой в виде светоотражающей полосы, и загрузочноразгрузочным столом, на котором устанавливаются тара и сменные столыспутники с заготовками, деталями, инструментами или технологической оснасткой. ТР предназначен для автоматического перемещения названных изделий между складомстеллажом, участками комплектования для механообработки. Тележка выполнена в виде шасси с двумя ведущими колесами, установленными на поперечной оси в центре шасси, и четырьмя опорными колесами на продольных осях спереди и сзади . Для определения расстояния, пройденного транспортным роботом, используется измеритель пути. Измеритель пути выполнен в виде корпуса, шарнирно установленного на кронштейне. Недостатком такой системы является необходимость специализированной подготовки рабочего пространства при введении в работу транспортного робота. Многообразием химикотехнологических процессов обусловлено многообразие конструкций аппаратов и машин, различающихся размерами и формой, а главное внутренними устройствами встроенные мешалки, роторы и т. Это, в свою очередь, создает трудности при использовании различного рода механизмов для очистки внутренней поверхности аппаратов . Текущие ремонтные работы целесообразно проводить с помощью промышленных роботов, используемых для обслуживания аппаратов. Один такой ремонтный робот может обслуживать участок, цех или даже несколько цехов, заменяя тельферы, краны или другие грузоподъемные механизмы, обычно используемые при ремонте .