Робототехника.Фу, Ли, Гонсалес

ББК 32.816 Ф94 УДК 681.6 Фу К., Гонсалес Р., ди К. В книге известных американских ученых систематически излагают- ся последние достижения и области кинематики. линамики, систем управления и очуасталення и программного обеспечения промышленных ни ояания т к манипуляционных роботов типа Пума. Рассматриваются с о б л р я траектории движения манипулятора, поаышения точно тп, точности, нического з е я, у учшения динамических характеристик при использоиааии г зрения, срсдста адаптации и элементов искусственного интеллекта.

Для инженеров, занимающихся робототехиикой, студеитоа старших курсов соотяетстяующих специальностей вузов, ББК 32.818 Редакции литературы по информатике и робоготехиике $ !987 Ъу Мсстгатг-НП1, 1пе, переаод на русский язык, еййир», 1989 8 ВМ 5-03-000805-5 (РУсск ) ВВМ 0-07-022625-3 (англ.) Ф94 Робототехника: Пер. с англ.— Мл Мир, 1989.— 624 с., ил. 18В1ч) 8-03-000806-5 ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА Стремительное развитие робототехники за последнюю четверть века существенно обога)гнло технический прогресс и предоставило человечеству нонйяе средства автоматизации — промышленные роботы, применяемые в качестве транспортных средств, технологических машин и элементов гибких систем комплексной автоматизации. Фундаментальные идеи робототехники основываются на новейших достижениях в области теоретической н прикладной механики, электроники, вычислительной техники, технологии, теории управления. Интенсивному развитию робототехники сопутствуют публикации по конкретным отдельным достижениям и обобщающие монографии, хотя создание последних требует значительного теоретического, практического и педагогического опыта.

К числу таких обобщающих многоплановых публикаций относится данная книга, которая отражает опыт исследований по кинематике, динамике, системам управления и очувствления и по программному обеспечению промышленных манипуляционных антропоморфных роботов типа Пума. Отечественным аналогом является робот РМ-01. Монография отличается от других книг по этой тематике систематичностью изложения, общностью подходов и методов, что позволяет использовать ее и как учебное пособие.

Среди отечественных и зарубежных книг по робототехнике лишь немногие могут претендовать на подобное обобщение и служить учебниками. Основное внимание авторы уделили рассмотрению робота как управляемой механической системы. Читатель получает возможность проследить все основные этапы конструирования робота — от кинематики и динамики до систем управления, программирования и придания роботам некоторых свойств искусственного интеллекта. Авторы постепенно вводят читателя в курс основных проблем по механике и управлению антропоморфными манипуляционными роботами.

От подробного изложения основ кинематики и динамики авторы переходят к планированию траекторий движения манипулятора, затем к построению комбинированных по положению и силе систем управления, в том числе адаптивных. Рассмотрены различные способы планирования траектории манипулятора при отсутствии и наличии препятствий на пути его движения.

Подробно описаны проблемы увеличения точности с помощью интерполяции траектории полино- мами и выбором опорных точек, в которых производгпся коррекция параметров движения. Большое внимание уделяется системам низкого и высокого уровней технического зрения, программному обеспечению и языкам программирования роботов, экспертным системам в связи с разработкой элементов искусственного интеллекта, решению проблем обучения и планирования задач. Авторы использовали обширный литературный материал, в основном американские, английские и японские работы.

Некоторые отечественные публикации по этим вопросам мы приводим ниже в качестве дополнительной литературы. Материал данной книги изложен достаточно полно и доступно. Основные теоретические положения иллгострируются большим числом тщательно подобранных примеров, пользуясь которыми читатель может глубже понять и усвоить прочитанное. Монография написана простым и ясным языком, в чем проявился большой педагогический опыт авторов, снабжена хорошими четко выполненными иллюстрациями.

Книга представляет интерес для специалистов и рассчитана на научных сотрудников, преподавателей, инженеров, аспирантов, а также студентов, интересующихся проблемами робототехники и антоматизации производства. Перевод книги выполнили А. А. Сорокин (гл. ! — 4, предисловие), М. )О.

Рачков (гл. 5 — 7, приложение), А, В. Градецкий (гл. 8 — (0). ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Робототехника и гибкие производственные системы: Проблемы создания гибиих антоматнческих производств./Под ред. академиков И. М. Макарова, К. В. Фролова, чл..карр АН СССР П. Н. Белянина. — Мл Наука,1987. 2. Научные основы робототехники./Под ред.

чл.-корр. АН СССР Д, Е, Охоцимского и чл..корр. АН СССР Е, М. Попова, — Мл Наука, 1987. 3. Попов Е. П,, Верещагин А. Ф., Зенкевич С. Л. Манипуляпионные роботы: Динамика и алгоритмы. — Мн Наука, 1978. 4. Медведев В, С., Лесков А Г., Ющенко А. С, Системы управления манипуляциониых роботов. — Мз Наука, 1978. 6. Кулешов В. С., Лакота Й, А, Динамика систем управления манипуляторами.

— Мз Энергия, 1971 6. Промышленная робототехника./Под ред, Я. А ШиФрина. — М Машиностроение, !983. 7. Тггмченко В, А., Сухомлин А. А. Роботизацня сварочного производства. — Кл Техника, 1988. 8. Пашков Е. В., Погорелов Б. В., Карлов А.

Г. и др. Робототехнические системы в сборочном производстве. — Кз Внща школа, 1987. 9. Костюк В И., Гавриш А. П., Ямпольсиий Л. С., Карлов А. Г. Про. мышленные роботы; Конструирование, управление, эксплуатация. — Кз пища школа. 1986. 10. Черноусько Ф. Л., Болотник Н. Н., Градецкий В. Г. Маиипуляциооные роботы: Динамика, управление, оптимизация, — Мн Наука, 1989.

В. Г. Гридецлий Посвящается Виоле, Конев я Пвй. Лвв ПРЕДИСЛОВИЕ Эта книга написана с целью предоставить инженерам, ученым и учащимся (связанным по роду своей деятельности с робототехникой) всестороннее, систематическое н современное изложение принципиальных вопросов, лежащих в основе конструирования, анализа и синтеза робототехнических систем. Нача.ло развития робототехники можно отнести к середине 40-х годов, когда в Окриджской и Аргоннской национальных лабораториях были сконструированы и собраны манипуляторы копирующего типа, предназначенные для работы с радиоактивными веществами.

Первый промышленный робот, управляемый с помощью компьютера, был создан фирмой Юнимейшн в конце 50-х годов. В течение следующих !5 лет появился целый ряд промышленных и экспериментальных устройств этого типа. Несмотря на доступность технологии изготовления и применения роботов, широкий интерес к робототехнике как самостоятельной области исследований проявился сравнительно недавно, что объясняется значительным отставанием производства в большинстве промышленных стран.

Робототехника представляет собой область знания, лежащую на стыке различных дисциплин. Она включает как вопросы конструирования отдельных механических и электрических узлов, так и технологию построения системы очувствления, вопросы применения компьютеров, проблемы искусственного интеллекта. Основная масса материалов, касающихся теоретических основ, вопросов конструирования и приложений робототехники, разбросана по многочисленным техническим журналам, материалам конференций, исследовательским работам н кингам, в которых либо рассматриваются специальные вопросы робототехники, либо дается краткий обзор исследований в этой области, В связи с этим трудно, особенно для новичка, изучить круг вопросов, составляющих основу предмета.

Данная книга представляет собой попытку последовательно из- ложить основные методы и принципы робототехники. Тем самым предлагаемая книга может использоваться и как учебное пособие, и как справочник. Студенты найдут в ней логически связанное обсуждение основных понятий и наиболее важных методов. Для инженеров и ученых эта книга может служить готовым справочником, поскольку в ней систематизированы понятия и методы робототехники. Математический уровень изложения материала книги предполагает знакомство читателя с основами теории матриц, теории вероятностей, программирования и математического анализа.

Основное внимание уделено выводу фундаментальных результатов, базирующемуся на первичных понятиях и представлениях, По ходу изложения приводятся многочисленные примеры. В конце каждой главы даются задачи разных типов и уровней сложности. Некоторые из этих задач позволят читателю в процессе пх решения глубже понять излагаемый в книге материал. Другие служат как бы дополнением и расширением затронутого круга вопросов. Предлагаемая книга была создана на основе материалов лекций, которые ее авторы читали в университетах в Пардью (Рнгбце), Теннесси (Теппеззее) и Мичигане (М)сЫйап), Материал был тщательно отработан в процессе семинарских занятий и при чтении всеми авторами многочисленных кратких курсов в течение пятилетнего периода.

На характер изложения материала в книге существенное влияние оказали замечания и предложения студентов, слушавших эти курсы. Авторы книги выражают признательность всем, кто прямо или косвенно содействовал подготовке ее текста. В особенности нам бы хотелось поблагодарить профессоров В. Л, Грина, Г.