Синтез движения манипуляционных систем для пространств со сложными связями и ограничениями

• Автор: Орлов, Игорь Александрович
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 101 с. : ил.

Содержание
Введение
Обзор манипуляционных роботов и систем их управления
1 Динамическая модель манипулятора с PUMA-подобной кинематикой при работе с податливой средой
1.1 Кинематика манипулятора PUMA
1.1.1 Построение систем координат звеньев манипулятора .
1.1.2 Прямая задача кинематики
1.1.3 Обратная задача кинематики
1.2 Описание модели в программном комплексе «Универсальный механизм»
1.2.1 Модель робота и контактной поверхности
1.2.2 Система позиционного управления
1.2.3 Модель привода
1.2.4 Модель контакта
1.2.5 Первые эксперименты
1.2.6 Промежуточные выводы
1.2.7 Добавление в систему поступательной степени свободы
1.2.8 Модель позиционно-силового управления
1.2.9 Эксперименты
1.3 Выводы
2 Динамическая модель двух SCARA-подобных роботов при манипулировании одним предметом

2.1 Кинематика робота МапОо
2.1.1 Построение систем координат звеньев
2.1.2 Прямая задача кинематики
2.1.3 Обратная задача кинематики
2.2 Описание модели в программном комплексе «Универсальный
механизм»
2.2.1 Модель роботов и рабочей среды
2.2.2 Описание связей, возникающих при работе с одним
предметом
2.2.3 Планирование траекторий движения
2.3 Эксперименты и выводы
2.3.1 Динамическое моделирование в ИМ
2.3.2 Выводы
3 Динамическая модель избыточного манипулятора в стесненной среде
3.1 Кинематика робота БпакеМап
3.2 Планирование траекторий движения
3.2.1 Описание среды и ограничения
3.2.2 Алгоритм построения траекторий в трубе
3.2.3 Доказательство корректности алгоритма
3.3 Динамическое моделирование в программном комплексе
«Универсальный механизм»
3.4 Выводы
Основные выводы и результаты
Введение
Диссертация посвящена решению задачи синтеза движения манипуляционных роботов при работе в пространствах со сложными связями и ограничениями. В работе предлагается единая технология синтеза движения механических систем: специальный кинематический и динамический анализ задачи, построение соответствующих алгоритмов планирования траекторий с учетом пространственных ограничений и связей, налагаемых на систему и на их основе построение систем управления роботами - в рамках которой рассматриваются три модельные задачи. Для их решения создаются динамические модели роботов в программном комплексе «Универсальный механизм», а также созданы два лабораторных макета манипуляторов (робот МапДо со БСАКА-подобной кинематикой на пневматических приводах и избыточный манипулятор БпакеМап на сервоприводах) для натурных экспериментов.
Актуальность темы
В настоящее время несмотря на то, что теоретически манипуляторы являются универсальными устройствами, которые могут использоваться в самых разных ситуациях, из технических соображений их проектируют с учетом конкретных задач и функций, которые они будут выполнять. От объема и качества рабочего пространства манипулятора, жесткости его конструкции и других характеристик зависит кинематика и динамика манипулятора. Отмеченные факторы делают актуальной цель работы - синтез движения манипуляционных роботов под конкретные задачи с учетом возможных ограничений или сложных связей, налагаемых на рабочее пространство создание и исследование систем управления и динамических мо-
ведены выражения зависимости между обобщенными координатами манипулятора РМ-01 и положением и ориентацией его схвата в декартовых координатах.
Положим:
Р — {Рх,Ру,Рг)Т - радиус-вектор точки пересечения последних трех осей вращения манипулятора РМ-01;
х6 = {Х&х, ХбУ1 х6г)Т - вектор нормали к схвату,
Уб = {Убх,Убу,Убг)Т - касательный вектор схвата,
2б = (%£, г&у, х^)Т - вектор подхода схвата, тогда
-рХ±М+р2у-<1
9 = 2arctg------------------г-, —7г < 0 < 7г, (1)
ру + а
„г з: ц?
72 = 2аг<^-----------—— , 7г < 62 < 7Г, (2)
-рг ± ± д - л

где а = + р„д,, Л = ‘У+рЬ-Г-М

6*з = а1ап2(52з, с23) - 6>2, -тг < 93 < -п, (3)
9.1 = а!ап2(1Р + £4-%), УУ (с1С2з;% + в^з^ - 523^62)), (4)
где У = ±1.
9Ъ = а1ап2(а5,с5), (5)
где 55 = (С1С2зС4 — 5454) г$х + (5]С2зС4 + 0454) 2§у — С4Й2з2:6г,
С5 = С152зг6х + 4- с2з^бг.