ВКР_ПЗ Шоколов П.А. (1221249), страница 7
Текст из файла (страница 7)
П ри э то м в хо дн ой и нф ор ма ци ей я вл яе тс я т ра ек то ри я, т. е. п ос ле до ва те ль но ст ь п ол ож ен ий с хв ат а м ан ип ул ят ор а и ли с вя за нн ог о с н им о бъ ек та (и нс тр ум ен та, н аг ру зк и). Е сл и э та и нф ор ма ци я п ре об ра зу ет ся в у пр ав ля ющ ие с иг на лы п ри во до в п ре дв ар ит ел ьн о и з ат ем з ап ис ыв ае тс я в п ам ят ь у пр ав ля ющ ег о у ст ро йс тв а в в ид е п ро гр ам мы р аб от ы п ри во до в, т о г ов ор ят о с ис те ме п ро гр ам мн ог о у пр ав ле ни я. Т ра ек то ри ю с хв ат а м ож но з ад ат ь д ву мя с по со ба ми: п ут ем н еп ос ре дс тв ен но го е е з ад ан ия ч ел ов ек ом-о пе ра то ро м в п ро це сс е о бу че ни я и ли с п ом ощ ью п ла ни ро ва ни я д ви же ни я н а б ол ее в ыс ок ом у ро вн е у пр ав ле ни я, в т ом ч ис ле с и сп ол ьз ов ан ие м м ет од ов и ск ус ст ве нн ог о и нт ел ле кт а.
С ущ ес тв ую т м ет од ы о бу че ни я в п ро це сс е ф ун кц ио ни ро ва ни я р об от а (o n-l in e п о а нг ло яз ыч но й к ла сс иф ик ац ии) и в не е го (o ff-l in e). П ри ме ро м п ер во го с лу ча я я вл яе тс я о кр ас оч ны й р об от, о бу ча ем ый с п ом ощ ью «п ил от а» – в то ро го м ан ип ул ят ор а, и ме ющ ег о т ак ую ж е к ин ем ат ич ес ку ю с хе му, н о о бл ег че нн ог о и л иш ен но го д ви га те ле й, к от ор ые з ам ен ен ы с ис те мо й с та ти че ск ой р аз гр уз ки. В о в то ро м с лу ча е д ви же ни е р об от а м од ел ир уе тс я н а э кр ан е д ис пл ея в т ре хм ер но м п ро ст ра нс тв е с у че то м и ме ющ их ся о гр ан ич ен ий в р аб оч ей з он е. О пе ра то р з ад ае т т ре бу ем ое д ви же ни е н а э кр ан е, п ос ле ч ег о о но з ап ис ыв ае тс я в п ам ят ь у пр ав ля ющ ег о у ст ро йс тв а и и сп ол ьз уе тс я д ля р ас че та п ро гр ам мы д ля к аж до го и з п ри во до в.
Н а у ро вн е п ла ни ро ва ни я д ви же ни й п ре дп ол аг аю тс я и зв ес тн ым и ц ел ь д ви же ни я и о пи са ни е р аб оч ей с це ны. У ст ро йс тв о у пр ав ле ни я, р еш аю ще е з ад ач и э то го у ро вн я, д ол жн о с пл ан ир ов ат ь д ви же ни е т ак им о бр аз ом, ч то бы и з з ад ан но го н ач ал ьн ог о п ол ож ен ия о бе сп еч ит ь д ос ти же ни е ц ел и м ан ип ул ят ор ом и в ып ол ни ть д оп ол ни те ль ны е у сл ов ия, н ал аг ае мы е н а е го п ер ем ещ ен ие.
Н ап ри ме р, ч то бы м ан ип ул ят ор н е в ош ел в с оп ри ко сн ов ен ие н и с о дн им и з п ре пя тс тв ий, и ме ющ их ся н а р аб оч ей с це не. Э та з ад ач а я вл яе тс я д ов ол ьн о с ло жн ой, е сл и т ак их п ре пя тс тв ий м но го, и ли с ло же н с ам о бъ ек т р аб от ы, в ч ас тн ос ти, е сл и о н и ме ет в ну тр ен ни е п ол ос ти, д о к от ор ых д ол же н д об ра ть ся у де рж ив ае мы й с хв ат ом и нс тр ум ен т.
В с ис те ма х у пр ав ле ни я в р еа ль но м в ре ме ни т ра ек то ри ю (в о бщ ем с лу ча е – п ер ем ещ ен ие и т ек ущ ую о ри ен та ци ю с хв ат а) з ад аю т в п ро це сс е в ып ол не ни я о пе ра ци и. Е сл и э то д ел ае т ч ел ов ек-о пе ра то р, т о т ак ую с ис те му н аз ыв аю т п ол уа вт ом ат ич ес ко й; ч ел ов ек з ад ае т т ол ьк о д ви же ни е с хв ат а, н е з аб от яс ь о д ви же ни и п ри во до в м ан ип ул ят ор а, у пр ав ле ни е к от ор ым и р ас сч ит ыв ае т у пр ав ля ющ ее у ст ро йс тв о. П ол уа вт ом ат ич ес ки е с ис те мы ш ир ок о п ри ме ня ют п ри у пр ав ле ни и р об от ам и в э кс тр ем ал ьн ых у сл ов ия х, к ог да ч ел ов ек н ах од ит ся н а р ас ст оя ни и и з ад ае т с иг на лы у пр ав ле ни я л иб о н аб лю да я п ро це сс н еп ос ре дс тв ен но, л иб о с п ом ощ ью т ел ев из ио нн ог о м он ит ор а. П ол уа вт ом ат ич ес ки е с ис те мы м ож но и сп ол ьз ов ат ь и д ля о бу че ни я п ро мы шл ен ны х р об от ов в р еж им е o n-l in e. Н ап ри ме р, п ер ед д уг ов ой с ва рк ой э ле кт ро д п ро во дя т (б ез в кл юч ен ия д уг и) в до ль с ва рн ог о ш ва. П ол уч ен ну ю и нф ор ма ци ю и сп ол ьз ую т в с ис те ме п ро гр ам мн ог о у пр ав ле ни я с ва ро чн ым р об от ом.
В о м но ги х с лу ча ях д ви же ни е р об от а н ел ьз я п ол но ст ью з ап ро гр ам ми ро ва ть з ар ан ее. П ри ме ро м м ож ет с лу жи ть о пе ра ци я с бо рк и. П ри н ет оч но й п од ач е д ет ал ей о пе ра ци я, о су ще ст вл яе ма я п о ж ес тк ой п ро гр ам ме, н е б уд ет в ып ол не на. К ро ме т ог о, д ет ал и м ог ут б ыт ь б ра ко ва нн ым и и ли н ет оч но у ст ан ов ле нн ым и н а с бо ро чн ом с то ле. О пр ед ел ит ь, в к ак ом м ес те ф ак ти че ск и н ах од ит ся д ет ал ь и в ып ол не ны л и н ео бх од им ые д ля с бо рк и у сл ов ия, м ож но с п ом ощ ью с ис те мы т ех ни че ск ог о з ре ни я. П од э ти м п он ят ие м п од ра зу ме ва ют с ов ок уп но ст ь д ат чи ко в в из уа ль но й и нф ор ма ци и (т ел ек ам ер ы, ф от ом ат ри цы и с ре дс тв а о бр аб от ки с иг на ло в э ти х д ат чи ко в).
В с во ю о че ре дь с ре дс тв а о бр аб от ки с иг на ло в п од ра зд ел яю т н а а пп ар ат ны е (с хе мы о бр аб от ки с иг на ло в с п ом ощ ью э ле кт ро нн ой а пп ар ат ур ы) и п ро гр ам мн ые (а лг ор ит мы о бр аб от ки). К з ад ач ам о бр аб от ки с иг на ло в о тн ос ят ся, н ап ри ме р, в ыд ел ен ие к он ту ра п ре дм ет а, а на ли з с вя зн ос ти п ос ле дн ег о, в ыч ис ле ни е ц ен тр а м ас с, р ас по зн ав ан ие п ре дм ет а п о х ар ак те рн ым п ри зн ак ам. С иг на лы с ис те мы т ех ни че ск ог о з ре ни я и сп ол ьз ую т д ля к ор ре кц ии т ра ек то ри и д ви же ни я р об от а л иб о д ля е е в ыч ис ле ни я.
Т ак им о бр аз ом, в оз ни ка ет е ще о ди н к он ту р у пр ав ле ни я, в не шн ий п о о тн ош ен ию к м ан ип ул ят ор у. Э то т к он ту р с ис те мы у пр ав ле ни я р об от ом о бе сп еч ив ае т п ри сп ос об ле ни е р об от а к и зм ен яю щи мс я у сл ов ия м р аб от ы. Т ак ую с ис те му у пр ав ле ни я м ож но о тн ес ти к у ро вн ю а да пт ив но го у пр ав ле ни я.
И сп ол ьз ов ан ие с ис те мы т ех ни че ск ог о з ре ни я н е в се гд а д ос та то чн о д ля р еш ен ия м ан ип ул яц ио нн ых з ад ач, в т ом ч ис ле з ад ач с бо рк и. Т ак, п ри с оп ря же ни и д ет ал ей в оз ни ка ют с ил ы, к от ор ые м ог ут п ре вы си ть з ад ан ны е з на че ни я и д еф ор ми ро ва ть э ти д ет ал и, и ли п ри о пр ед ел ен ны х у сл ов ия х п ри ве ст и к и х з ак ли ни ва ни ю. Ч то бы и зб еж ат ь э то го, н ео бх од им о в п ро це сс е с бо рк и и зм ер ят ь с ил ы и м ом ен ты, д ей ст ву ющ ие с о с то ро ны о бъ ек то в с бо рк и н а м ан ип ул ят ор, и с оо тв ет ст ве нн о ф ор ми ро ва ть у пр ав ля ющ ие с иг на лы, п ос ту па ющ ие н а м ан ип ул ят ор, к от ор ый о бе сп еч ив ае т в ып ол не ни е с бо ро чн ой о пе ра ци и.
Э ту з ад ач у м ож но р еш ит ь с п ом ощ ью с ис те мы с ил ом ом ен тн ог о о чу вс тв ле ни я, в кл юч аю ще й в с еб я м но го ме рн ые д ат чи ки с ил и м ом ен то в (о бы чн о с и сп ол ьз ов ан ие м т ен зо ме тр ич ес ки х э ле ме нт ов) и а пп ар ат но-п ро гр ам мн ый к ом пл ек с д ля о бр аб от ки с иг на ло в с э ти х д ат чи ко в. С ис те ма с ил ом ом ен тн ог о о чу вс тв ле ни я т ак же п ри да ет а да пт ив ны е с во йс тв а с ис те ме у пр ав ле ни я р об от ом, п ос ко ль ку и в э то м с лу ча е в оз ни ка ет в не шн ий к он ту р у пр ав ле ни я м ан ип ул ят ор ом в п ро це сс е с бо рк и. С ил ом ом ен тн ое о чу вс тв ле ни е н ео бх од им о и в о м но ги х д ру ги х с лу ча ях п ри и сп ол ьз ов ан ии р об от ов д ля в ып ол не ни я т ех но ло ги че ск их о пе ра ци й.
Н ап ри ме р, п ри ф ре зе ро ва ни и п ов ер хн ос ти н ео бх од им о с б ол ьш ой т оч но ст ью о бе сп еч ив ат ь с ил у п ри жи ма и нс тр ум ен та к п ов ер хн ос ти и с ил у р ез ан ия в к ас ат ел ьн ой п ло ск ос ти. С ре ди д ру ги х т ип ов а да пт ив ны х с ис те м у пр ав ле ни я р об от ам и н аз ов ем с ис те мы, о сн ащ ен ны е у ль тр аз ву ко вы м л ок ат ор ом, к от ор ый и сп ол ьз уе тс я д ля с ка ни ро ва ни я с це ны и п ол уч ен ия е е р ел ье фа, а т ак же д ля о рг ан из ац ии с ам он ав ед ен ия с хв ат а м ан ип ул ят ор а н а в ыб ра нн ый п ре дм ет.
В аж ну ю р ол ь п ри в ып ол не ни и с ва рк и п о к он ту ру и гр аю т л аз ер ны е д ал ьн ом ер ы, п оз во ля ющ ие т оч но к он тр ол ир ов ат ь в за им но е п ол ож ен ие э ле кт ро да и с ва ри ва ем ог о ш ва. К аж да я и з с ис те м а да пт ив но го у пр ав ле ни я р об от ом м ож ет р аб от ат ь а вт он ом но, н ап ри ме р, м ог ут б ыт ь р об от ы, о сн ащ ен ны е т ол ьк о с ис те мо й т ех ни че ск ог о з ре ни я, и ли р об от ы с с ил ом ом ен тн ым о чу вс тв ле ни ем. О дн ак о у сл ож не ни е р об от от ех ни че ск их з ад ач и п ов ыш ен ие т ре бо ва ни й к к ач ес тв у и х в ып ол не ни я и н ад еж но ст и р об от от ех ни че ск ой с ис те мы п ри во ди т к н ео бх од им ос ти о дн ов ре ме нн ог о и сп ол ьз ов ан ия р аз ли чн ых с ен со рн ых с ис те м. Т ак, в с хв ат е м ан ип ул ят ор ов п ри ме ня ют д ат чи ки о пт ич ес ко го т ип а д ля о пр ед ел ен ия в за им но го п ол ож ен ия о бъ ек та и г уб ок с хв ат а, а т ак же д ат чи ки п ро ск ал ьз ыв ан ия з ах ва че нн ог о о бъ ек та. П ри с бо рк е, м он та жн ых р аб от ах о дн ов ре ме нн о и сп ол ьз ую т д ат чи ки с ил ом ом ен тн ог о о чу вс тв ле ни я и т ех ни че ск ог о з ре ни я. П ри д уг ов ой с ва рк е – щ уп ы, о сн ащ ен ны е т ен зо ме тр ич ес ки ми д ат чи ка ми, и ли л аз ер ны е д ал ьн ом ер ы.
П оэ то му п ро бл ем а с оз да ни я а да пт ив ны х с ис те м с ос то ит н е т ол ьк о в т ом, ч то бы п ос тр ои ть и р еа ли зо ва ть а лг ор ит мы а да пт ив но го у пр ав ле ни я, н о и в т ом, ч то бы с оп ос та ви ть с иг на лы д ат чи ко в р аз ли чн ог о т ип а, п ол уч ит ь и нт ег ра ль но е «п ре дс та вл ен ие» о б и зм ен ен ия х н а р аб оч ей с це не, к от ор ое и с лу жи т о сн ов ой д ля к ор ре кц ии д ви же ни я.
Р еш ен ие з ад ач а на ли за с це ны и ф ор ми ро ва ни я м од ел и в не шн ег о м ир а в ыв од ит н ас н а е ще б ол ее в ыс ок ий у ро ве нь с ис те м у пр ав ле ни я м ан ип ул яц ио нн ым и р об от ам и: у ро ве нь и нт ел ле кт уа ль ны х с ис те м р еа ль но го в ре ме ни, н а к от ор ом п ре дп ол аг ае тс я р еш ен ие в р еа ль но м м ас шт аб е в ре ме ни з ад ач, о тн ос ящ их ся к з ад ач ам и ск ус ст ве нн ог о и нт ел ле кт а.
К ро ме з ад ач и ф ор ми ро ва ни я м од ел и в не шн ег о м ир а к н им о тн ос ят ся з ад ач и о бр аб от ки и зо бр аж ен ия и р ас по зн ав ан ия о бр аз ов, п ла ни ро ва ни я д ей ст ви й с у че то м п ос та вл ен но й з ад ач и, о со бе нн ос те й р аб оч ей с це ны и с об ст ве нн ых в оз мо жн ос те й р об от а. В ч ас тн ос ти, п ла ни ро ва ни е с ло жн ых т ех но ло ги че ск их о пе ра ци й, в ып ол ня ем ых р об от ом, н ап ри ме р т ак их, к ак п ро це сс с бо рк и о бъ ек та, с ос то ящ ег о и з н ес ко ль ки х д ет ал ей. У ро ве нь, п ри к от ор ом з ад ач а с чи та ет ся о тн ос ящ ей ся к о бл ас ти и ск ус ст ве нн ог о и нт ел ле кт а, п ос то ян но п ов ыш ае тс я в п ро це сс е р аз ви ти я т ех ни ки. П оэ то му т ру дн о п ро ве ст и ч ет ку ю г ра нь м еж ду а да пт ив ны ми и и нт ел ле кт уа ль ны ми р об от от ех ни че ск им и с ис те ма ми.
В с ис те ме у пр ав ле ни я м ан ип ул ят ор ом м ог ут б ыт ь р еа ли зо ва ны с пе ци ал ьн ые а лг ор ит мы у пр ав ле ни я, ц ел ес оо бр аз но ст ь к от ор ых о пр ед ел яе тс я н аз на че ни ем с ис те мы. Т ак, п ол уч ил и р аз ви ти е с ам он ас тр аи ва ющ ие ся с ис те мы у пр ав ле ни я, п оз во ля ющ ие о бе сп еч ит ь з ад ан но е к ач ес тв о п ро це сс ов у пр ав ле ни я н ез ав ис им о о т п ер ем ен но й н аг ру зк и м ан ип ул ят ор а, ч то о со бе нн о в аж но д ля б ол ьш ей г ру зо по дъ ем но ст и м ан ип ул ят ор ов, п ри д ви же ни и к от ор ых с ка зы ва ет ся в за им но е д ин ам ич ес ко е в ли ян ие з ве нь ев.
Д ля о рг ан из ац ии с ам он ас тр ой ки м ож но и сп ол ьз ов ат ь с иг на лы д ат чи ко в в ну тр ен не й и нф ор ма ци и, о дн ак о м ож но п ри ме ня ть и д ат чи ки в не шн ей и нф ор ма ци и. Н ап ри ме р, д ля о рг ан из ац ии с ам он ас тр ой ки м ан ип ул ят ор а п ри п ер ем ен но й м ас се п ол ез но й н аг ру зк и в з ап яс ть е м ан ип ул ят ор а у ст ан ав ли ва ют д ат чи к с ил. Д ин ам ик у д ви же ни я м ан ип ул ят ор а у чи ты ва ют и в р яд е д ру ги х п од хо до в к у пр ав ле ни ю м ан ип ул ят ор ам и, в т ом ч ис ле о сн ов ан ны х н а р еш ен ии о бр ат но й з ад ач и д ин ам ик и, т. е. н а в ыч ис ле ни и с ил и м ом ен то в, н ео бх од им ых д ля в ып ол не ни я з ад ан но го д ви же ни я с н уж ны ми характеристиками.
2.2 Исходное математическое описание
Рассмотрим манипулятор Барретта (Barrett WAM), имеющий две степени подвижности. Динамическая структурная схема робота с его рабочей областью А представлена на рисунке 2.4. Для данного устройства первое звено определяет базовое управляемое перемещение манипулятора, второе звено – сопутствующее управляемое перемещение. В качестве исполнительных механизмов перемещения звеньев используются бесщеточные двигатели с синусоидальной электронной коммутацией.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
