Робототехника.Фу, Ли, Гонсалес (962794), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Таким образом, задачей кинематики является аналитическое описание пространственного расположения манипулятора в зависимости от времени, и, в частности, установление связи между значениями присоединенных координат манипулятора н положением и ориентацией его охвата в декартовом пространстве. В кинематике манипулятора выделяются две основные за,дачи.
Первая из них обычно называется прямой, а вторая — обратной задачей кинематики манипулятора. Поскольку присоединенные переменные составляют систему независимых координат манипулятора, а задача обычно формулируется в абсолютной декартовой системе координат, обратная задача кинематики возникает более часто. Денавит и Хартенберг 1571 разработали единый общий подход к описанию пространственной геометрии манипулятора относительно заданной абсолютной системы координат, основанный на применении матричной алгебры. Онп предложили использовать для описания взаимного пространственного расположения звеньев матрицы однородных преобразований, имеющие размерность 4 Х4.
Тем самым прямая задача кинематики свелась к определению матрицы однородного преобразования, задающей связь между системой координат схвата и абсолютной системой координат. Матрицами однородных преобразований удобно пользоваться и при выводе уравнений динамики движения манипулятора. Обратная задача кинематики может быть решена различными методами. К числу наиболее часто используемых относятся методы матричной алгебры, метод итераций н геометрический подход.
Подробно прямая и обратная задачи кинематики рассмотрены в гл. 2. Предметом динамики манипулятора является математическое описание действующих на манипулятор сил и моментов в виде уравнений динамики движения. Такие уравнения необходимы для моделирования движения манипулятора с помощью ЭВМ, прп выборе законов управления н оценке качества кинематической схемы и конструкции манипулятора.
Динамическая модель манипулятора может быть построена на основе использования известных законов ньютоновской пли лагранжевой механики. Результатом применения этих законов являются уравнения, связывающие действующие а сочленениях силы и моменты с кинематическими характеристиками и параметрами движения звеньев.
Полное описание динамики движения мани- пулятора можно получить, применяя традиционные методы Лагранжа — Эйлера или Ньютона — Эйлера, Подробному изложению вопросов динамики манипулятора посвящена гл. 3. 1,4 ПЛАНИРОВАНИЕ ТРАЕКТОРИЙ И УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ МАНИПУЛЯТОРА Опираясь на законы кинематики и динамики манипулятора, можно так управлять силовыми приводами сочленений, чтобы манипулятор двигался вдоль некоторой заданной траектории, обеспечивающей выполнение поставленной задачи. Перед началом движения манипулятора важно знать, во-первых, существуют ли на его пути какие-либо препятствия и, во-вторых, накладываются ли какие-либо ограничения на характер его траектории.
Задачу управления манипулятором удобно разбить на две последовательные подзадачи: задачу выбора (планирования) траектории и задачу управления движением вдоль выбранной траектории. Пространственную кривую, вдоль которой движется схват манипулятора из начального положения в конечное, обычно называют траекторией схвага, Планирование траектории состоит в интерполяции и/или аппроксимации выбранной траектории полиномами некоторого класса и построении последовательности опорных точек для управления манипулятором при его движении из начального положения в конечное.
В гл. 4 рассматриваются различные схемы планирования траекторий при отсутствии препятствий на пути манипулятора. Излагается формализм описания заданного движения манипулятора в виде последовательности точек пространства, через которые должен пройти манипулятор, и пространственной кривой, соединяющей эти точки. В задачу регулирования движения манипулятора вдоль выбранной траектории входят построение динамической модели манипулятора (первая часть) и выбор на основе этой модели законов управления, обеспечивающих заданное поведение системы (вторая часть), Поскольку первая часть задачи регулирования движением подробно изучена в гл.
3, гл.б посвящена второй части задачи. Обычно движение манипулятора осуществляется в два этапа, отличающихся с точки зрения реализуемого управления. Первый этап — этап грубого управлення— обеспечиваег перемещение манипулятора из начальной точки вдоль заданной траектории в окрестность точки, соответствующей конечным заданным положению и ориентации схвата. В течение второго этапа — этапа точного управления — осуществляется динамическое взаимодействие рабочего узла манипулятора с объектом манипулирования. обеспечивающее выполне- ние поставленной задачи. На втором этапе используется информация, поступаюгцая от датчиков обратной связи.
При синтезе систем управления современных промышленных роботов принято рассматривать приводы сочленений манипулятора как простые сервомеханнзмы. Такой подход неадекватно отражает переменные динамические характеристики манипулятора, поскольку не учитывает движения и конфигурации манипулятора в целом. В ряде случаев нестабильность параметров управляемой системы делает традиционные методы управления с обратной связью практически неэффективными. При этом возрастает инерционность и колебательность процессов отработки заданных команд, что приводит к снижению точности и скорости движения рабочего органа и ограничивает область применения манипулятора работами, не требующими высокой точности.
Движение манипуляторов, управляемых указанным образом, характеризуется низкой скоростью и вредными вибрациями, Сколько-нибудь значительное улучшение качества функ. ционирования манипулятора может быть достигнуто лишь на основе использования более точных динамических моделей, синтеза достаточно сложных законов управления и применения специализированных компьютеров с параллельной обработкой данных. В гл.
5 рассматриваются вопросы синтеза законов грубого управления, позволяющих на базе построенных в гл. 3 динамических моделей осуществлять эффективное управление манипулятором. 1,5. СИСТЕМЫ ОЧУВСТВЛЕНИЯ РОБОТОВ Применение датчиков внешней обстановки позволяет осуществлять гибкое взаимодействие робота с внешней средой. Такой способ функционирования существенно отличается от программного, при котором робот выполняет последовательность повторяющихся заранее заданных операций. Хотя до сих пор именно программный способ функционирования является основным для промышленных роботов, развитие технологии очувствления, позволяющей наделить машину элементами интеллекта, яв.
ляется важным направлением в области робототехники. Датчики (сенсорные устройства) робота можно разделить на две основные категории: датчики внешней обстановки и датчики внутреннего состояния. Датчики внутреннего состояния поставляют информацию о переменных состояния манипулятора, например о значениях присоединенных координат, используемую при формировании команд управления. Датчики внешней обстановки измеряют дальность до объекта, скорость сближения, регистрируют непосредственный контакт с объектом (тактильные датчики). Система внешнего очувствления, являющаяся предметом обсуждения в гл.
6 — 8, используется при наведении 22 манипулятора на объект, при идентификации объекта и манипулировании с ним. В гл, 6 рассматриваются подсистемы, формирующие информацию о дальности, скорости сближения, реа. лизуемых силах и моментах, а также подсистема тактильного очувствления.
Подсистема зрительного очувствления подробно рассматривается в гл. 7 и 8. Искусственному зрению отводится среди других подсистем очувствления основная роль в дальнейшем сонершенствовании робототехнических систем. Искусственное зрение можно рассматривать как процесс выделения, спецификации и интерпретации информации, содержащейся в изображениях трехмерного пространства. Этот процесс, называемый также машинным зрением, подразделяется на шесть стадий; 1) восприятие; 2) первичная обработка, или предобработка; 3) сегментация; 4) описание; 5) распознавание; 6) интерпретация. Перечисленные выше стадии удобно сгруппировать по уровню сложности их реализации, Мы будем рассматривать три уровня обработки: низкий, средний и высокий. Хотя между ними отсутствуют четкие границы, они дают удобную классификацию процессов, составляющих машинное зрение.
Зрительными функциями низкого уровня мы будем считать восприятие и предобработку. На этом уровне производятся формирование изображения, фильтрация шумов и выделение элементарных особенностей, таких, как скачкообразные изменения плотности изображения. К зрительным функциям среднего уровня мы будем относить процессы выделения компонент изображений, полученных в результате зрительной обработки низкого уровня, формального описания особенностей этих компонент и их классификации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
