Модели, методы и алгоритмы структурно-параметрического синтеза и оптимизации многосекционного манипулятора типа «хобот» (1025406)
Текст из файла
На правах рукописиВолкоморов Семен ВладимировичМодели, методы и алгоритмыструктурно-параметрического синтеза иоптимизации многосекционногоманипулятора типа «хобот»05.13.12 – «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукБрянск – 2016Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана» (МГТУ им. Н.Э. Баумана).Научный руководительКарпенко Анатолий Павловичдоктор физико-мат. наук, доцент, зав.кафедрой «САПР» ФГБОУ ВПО«Московский государственный технический университет им.
Н.Э. Баумана»Официальные оппоненты Увайсов Сайгид Увайсовичдоктор технических наук, профессор,профессор департамента электроннойинженерии Московского институтаэлектроники и математики Национального исследовательского университета«Высшая школа экономики»Шкаберин Виталий Александровичкандидат тех. наук, доцент, проректорпо информатизации и общим вопросамФГБОУ ВО «Брянский государственный технический университет»ФГБУН «Институт конструкторскотехнологической информатики (ИКТИ) РАН»Ведущая организацияЗащита состоится 21 июня 2016 года в 16:00 на заседании диссертационного совета Д 212.021.03 при ФГБОУ ВО «Брянский государственныйтехнический университет» по адресу: 241035, г.
Брянск, ул. Харьковская,д. 10-Б, учебный корпус №4, ауд. Б101.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «Брянский государственный технический университет» и по адресу в сети интернет http://www.tu-bryansk.ru/content/nauka/zacsh.Отзывы на автореферат присылать по адресу: 241035 г.Брянск, бульвар50 лет Октября, 7, ФГБОУ ВО «Брянский государственный техническийуниверситет».Автореферат разослан «»Ученый секретарьдиссертационного совета,кандидат технических наук, доцент2016 г.М.Ю. РытовОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы диссертации.
В настоящее время основнымтипом манипуляционных систем роботов являются механические манипуляторы, которые представляют собой пространственные механизмы ввиде разомкнутых или замкнутых кинематических цепей. Диссертацияпосвящена многосекционным параллельным роботам-манипуляторам типа хобот (МТХ), формализации и решению некоторых ключевых задачдля этого класса устройств.К наиболее важным преимуществам МТХ относятся высокая точность исполнения движений, высокие скорости и ускорения рабочего органа (схвата), высокая степень унификации мехатронных узлов. Основныенедостатки заключаются в анизотропии и неоднородности динамических,упругих и скоростных свойств манипулятора и в необходимости учета возможной интерференции отдельных кинематических цепей манипулятора.Общим выводом является то, что такие манипуляторы позволяют в значительной степени избежать недостатков, присущих многосекционнымрычажным либо гибким манипуляторам.Можно выделить работы, посвященные параллельным роботам-манипуляторам, таких автров как J.P.
Merlet, S. Brell-Çokcan, J. Braumann, Y.Wu, P. Donelan, D. Chablat, А.И. Корендясев, В.А. Глазунов, А.П. Пашкевич, А.С. Климчик, Л.А. Рыбак, В.В. Ержуков, А.В. Чичварин, В.А.Глазунов, А.Ш. Колискор, А.Р. Крайнев, С.Л. Зенкевич, А.С. Ющенко идр.Основными являются следующие особенности задачи проектирования многосекционного МТХ: многообразие типов секций; многообразиеконструкций шарниров, штанг в рамках каждого типа секций; большоечисло варьируемых параметров конструкции; избыточность движенияманипулятора; комплексность и плохая формализуемость задачи.В этой связи актуальной является разработка программного комплекса (ПК) для автоматизации проектирования геометрии МТХ.Целью диссертационной работы является разработка ПК дляструктурно-параметрического синтеза и структурно-параметрической оптимизации геометрии многосекционного МТХ.
Для достижения этой цели в диссертации поставлены следующие задачи.1. Провести анализ требований к методам анализа и синтеза роботов-манипуляторов типа хобот (МТХ). Сформировать требования кпрограммным системам для анализа и синтеза многосекционных МТХ.2.
Предложить и разработать математические методы и алгоритмыдля синтеза, оптимизация и верификации геометрии многосекционногоМТХ, а также для планирования целевой конфигурации МТХ и синтезатраектории его движения.33. Разработать структуру и функциональность ПК для структурнопараметрического синтеза, структурно-параметрической оптимизации иверификации геометрии многосекционного МТХ.4. Выполнить программную реализацию предложенных математических моделей, методов и алгоритмов.5.
Исследовать эффективность разработанного математического, алгоритмического и программного обеспечения.Объект и предмет исследования. Объектом исследования диссертационной работы является механизм параллельной структуры типа хобот. Предметом исследования является разработка и применениеновых математических моделей, методов и алгоритмов для структурнопараметрического синтеза, структурно-параметрической оптимизации иверификации геометрии многосекционного МТХ.Методы исследования.
При решении поставленных задач в диссертации использовались теория машин и механизмов, теория интегральных уравнений, методы регуляризации некорректно поставленных вычислительных задач, методы линейной алгебры, нелинейного программирования и математического моделирования.При разработке программного комплекса использовались методыобъектно-ориентированного проектирования и программирования.Соответствие диссертации паспорту специальности. Работасоответствует паспорту специальности 05.13.12 «Системы автоматизациипроектирования (по отраслям)»:п.
1 – методология автоматизированного проектирования в технике,включая постановку, формализацию и типизацию проектных процедури процессов проектирования, вопросы выбора методов и средств дляприменения в САПР;п. 2 – разработка научных основ создания систем автоматизациипроектирования и автоматизации технологической подготовки производства (САПР и АСТПП);п. 3 – разработка научных основ построения средств САПР, разработка и исследование моделей, алгоритмов и методов для синтеза и анализа проектных решений, включая конструкторские и технологическиерешения в САПР и АСТПП.Научная новизна работы состоит в следующем:1.
Предложены и разработаны методы формирования континуальной модели МТХ для разных критериев оптимальности формы МТХ иразных видов его нагружения.2. Методы структурно-параметрического синтеза геометрии МТХ,основанные на его континуальной модели и включающие в себя определение оптимальной формы секций и их размеров для различных критериев4оптимальности и видов нагружения манипулятора.3. Методы структурно-параметрического синтеза и оптимизациигеометрии многосекционного МТХ, основанные на его дискретной модели.4. Методы верификации геометрии многосекционного МТХ, основанные на методах планирования целевой конфигурации и синтеза траектории движения многосекционного МТХ при наличии и отсутствиипрепятствий.Практическую ценность работы составляют следующие положения.1.
Математические модели, методы и алгоритмы для структурнопараметрического синтеза и оптимизации геометрии многосекционного МТХ.2. Методы планирования целевой конфигурации и синтеза траектории движения многосекционного МТХ при наличии и отсутствии препятствий в его области достижимости.3. Разработан ПК для автоматизации проектирования геометриимногосекционного МТХ.Практическое применение.1. В рамках реализации проекта космической обсерватории Миллиметрон (проект Спектр-М ) осуществлен синтез геометрии манипуляторов с разными типами платформ.
Решена задача синтеза траекториидвижения манипулятора для двух режимов позиционирования антенныобсерватории.2. Результаты использованы лабораторией исследования и разработки средств виброзащиты систем «человек-машина» ИМАШ РАН в 2013 г.при проведении исследований в рамках НИР по теме 7-13 «Биомеханикасистем “человек-машина-среда”», номер гос.
регистрации №01201355404,о чем есть соответствующий акт о внедрении.3. Разработанное методическое, алгоритмическое и программноеобеспечение может быть использовано в учебных курсах по современнымметодам математического моделирования и проектирования сложныхобъектов.Связь темы исследования с научными программами.1. Работа выполнена на кафедре систем автоматизированного проектирования МГТУ им.
Н.Э. Баумана в рамках проекта «Разработканаучных основ построения мехатронных технологических машин на баземногосекционных манипуляторов типа хобот» в рамках аналитическойведомственной целевой программы “Развитие потенциала высшей школы(2009—2010 годы)”, проект №2.1.2/1509.2. Работа является составной частью НИР, выполняемой в ИМАШ5РАН в рамках п. №30 программы фундаментальных научных исследований государственной академии наук «Методы анализа и синтеза многофункциональных механизмов и машин для перспективных технологий иновых человеко-машинных комплексов.
Динамические и виброакустические процессы в технике.» на 2013—2020 годы, в части раздела 1 «Исследование и разработка систем “человек-машина”».На защиту выносятся следующие положения:1. Методы формирования континуальной модели МТХ для разныхкритериев оптимальности формы МТХ и разных видов его нагружения.2. Методы структурно-параметрииеского синтеза и оптимизациигеометрии многосекционного МТХ, основанные на его континуальноймодели.3. Методы структурно-параметрииеского синтеза и оптимизациигеометрии многосекционного МТХ, основанные на его дискретной модели.4. Методы верификации геометрии многосекционного МТХ.5.
Архитектура и функциональные характеристики ПК «Хобот»для автоматизированного формирования модели многосекционного МТХ,структурно-параметрииеского синтеза, структурно-параметрической оптимизации и верификации геометрии многосекционного МТХ.6. Результаты исследования эффективности разработанного математического, алгоритмического и программного обеспечения.Достоверность выносимых на защиту результатов обосновывается тем, что при построении математических моделей манипулятора иего элементов были использованы общепризнанные естественно-научныезаконы и допущения. Достоверность теоретических выкладок подтверждена вычислительными экспериментами.Личный вклад соискателя.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
