Зенкевич_Упр.манип_01 (Зенкевич С.Л. - Управление манипуляторами)

ОГЛАВЛЕНИЕ Прелнеловие 7 Список основных обозначений ................ 1О Введение. 12 8.1. Задачи управления манипуляционными работами............................. 12 В 2 Функционнзьное описание робатотехнической системы............... 16 В.2 1. Манипулятор. 16 В.2 2 Привод степени ~юдвижности .............................

23 В 2.3. Исполнительная система....................................................... 25 В 2 4. Система управления манипулятором ............................... 25 В 3 Задачи управления робоготехиическими комплексами..........,........... ЭО В 4. Взаимодействие робота с человеком-операторам..., ............,,.......

32 1. Основные кннематнческне соотвошеинн.................................. 35 1. ! . Манипулязор как механическа» система.......................................... 35 1 2 Преобразование координат... 38 !.2.1 Преобразования вращения и переноса....................................... 39 1 2.2. Элеиегпарпые и сложные вращения ................................ 43 1 2.3.

Типовые вращения. Углы Эйлера........................................... 45 1 2 4. Сложные преобразования ..................................... 47 !.3 Однородные координаты и преобразования...........................................48 1.3.1. Однородные координаты и векторы....... .......,.................. 48 1.3 2 Однородные преобразования................................ .................51 ! 4.

Определение гюложения и ориентации звеньев манипулятора......,...... 57 ! 5 Специачьные систечы координат............................,....... 60 Коюлро г лме еолрос д ............................................... 64 2. Положение манипулятора в рабочем пространстве ................ 67 2.1. Прямая позиционная задача. 67 2.2 Геометрия рабочего пространства манипулятора................................ 73 2,2.1. Конфигурация рабочего пространства и его объсч ........................ 73 2.2.2. Анализ ориентации охвата в рабочем просзранстве.

Коэффициент сервиса..................................................................... 83 2 3. Обратная позиционная задача ..........., .. 91 2.Э! Методобратныхпреобразований ......,..., ...,.....,...................... 92 3 1.4. Ура»неки» лля скоростей и ускорений в однородных координатах... 117 !2! 121 !24 !28 130 131 !40 !44 З.ЗЛ Обратная задачао скорости какзалача минимизации .......... 151 3 4. Кинематические свойства манипулятора.......... ...... ... ..... ... 157 3 4.1 Распределение допустимых скоростеи в рабочем пространстве....

157 163 165 3.4.3 Оценка приемистое ги 167 Контре гение вопросы и гидппь» 169 4 1. Планирование граекюрий в пространстве обобщенных коордннаг .. 170 170 175 4 1 2. Обход совокупности точек 42 Управление манипулятором в пространстве координат охвата ...,.....

183 4.2.1 Управление по поло»гению .............................................. 183 4.2.2 Формирование программной траектории,......., ........... 184 4 2.3 Линсарнзованны8 позиционный алгоритм управления ........ 186 4 2.4 Управление по вектору скорости и по вскшру ускорения........... ! 88 190 4 2.5 Управление по вектору силы 193 Колмро ькые вопросы и гада»ия .. 195 195 5 1 2 Обобщенные условия равновесия (обратная рекурсия)..........

. !98 5 2 Ан»лнз рабочик сил и моментов..................................... 201 5 2 1 Силы и иоменты, развиваемые двигателями манипулятора . 20! 2 3 2. Тригонометрический подход к решению обратной позиционной задачи . 2 3.3 Численньгс методы решения обратной задачи .. Контрольки опро ы и годе «л 3. Скорости н ускорении звеньевманипулятор» ........... 3.1. Соотношения для скоростей и ускорений.......................... 3 1 1 Скорости и ускорения в относи шльном лвижении .. 3 12. Определение скоростей и ускорений звеньев манипулятора исто дом прямой рекурсии 3 1 3 3»писа основных кинематических соопюгпений с помощью блочных матрин .

3.2 Дифференнигшьныс преобразования.. 3.2 1 Вращение тверлого тела 3.2 2 Дифференциальное персис»гение 3 23 Матрица дифференциальных преобразований... 3 3 Прялгая и обратна» залачи о скорости 3 3 1 Прямая задачаа скорости..... 3 3 2 Обратная задвча о скорости 3.3.3. Манипуляторы с тремя пересекающимися осями сочленений 3 42 Оценка мобильности манипулятора 4. Кннематмческос управление манипулятором 4 !.!. Перевод из шчки в точку Режим разгона — торможения 5. Уравнения кииетостатнк» манипулятора 5 1 Статика манипулнционнык механизмов ...................................

5 1 1. Уравнение равновесия относительно основани» манипулятора 94 . 98 101 103 103 !04 105 110 5.2.2 Эллипсоиды допустимых сил ............................................. 202 5 3 Уравнения движения манипулятора в форме Дат»ибера .................. 209 5 3 1 Силн и момен гм инерции................................. 209 5 3 2 Уравнения лвижения... 213 ......

215 ... 219 54.1. Эллипсоид допустимыхускорений..............,........,................ 19 5 4.2. Динамическая манипулятивнасть Приемистость ............... 221 5 4.3 Вычисление показателей динамических свойств манипулятора.. 223 Коптрощпыг «спросы и шоапия. .

228 ...... 230 230 230 233 234 235 235 238 240 248 7 1.2 Линеаризация модели исполнительной системы........................ 261 72 Исследование линеаризованнай модели исполнительной системы..... 266 266 274 280 280 281 5 3 3. Составление дифференциальных уравнений лвижения манипу- л ягора относительна обобщенных коорлинат ....

5.4 Показщели динами мских свойств манипулятора....... 6. Уравнеимв движении манипулятора в форме Лагранжа. Принцип Гаусс»................,......................... 6 ! Уравнения Лагранжа второго рола ... 6.1 1 Структура уравнени» ................... 6.1 2. Связь межлу уравнением Лагранжа и уравнением кинетасгагики .. 6.1.3 Численное рещение уравнений движения б 2 Движение при наличии внешних связей. Уравнения Лагранжа перво- го рода . 6 2 1 Опрелеление реакции связей при использовании уравнений ки- иегостптики .. 6.2 2.

Уравнение Лагранжа при наличии связей 6.2 3. Прииенение уравнений Лагранжа для анализа движения мани- пуляциоииь~х механизмов с замкнутыми контурами ... 6.3. Принцип Гаусса. 6 3.1 Общая формулировка принципа Гаусса......................... 6 3.2 Применение принципа Гаусса для исследования движения ма нипуляционных механизмов...., ... 6 З.З Опредеяеиие ускорений вынужленного движения .............

К нпгр пп пмс вопроси и гоп»пня 7. Система управленн» ненави»тельного уровня............... 7 1 Математическа» модель испаяиительной системы.......,...........,.. 7.1.1. Уравнения исполнительной системы,......,.............,.... 7.2 1 Частотные характеристики и обобщенные показатели качества 7.2 2 Усгойчивость исполнительной системы......................... 7.3.

Автоматизированный синтез исполнительной системы......... 7 3.1. Вычисление показателей качества исполнительной системы и отдельных приводов .........„„........., 7Д 2. Расчет привалов исполнительной системы. Синтез корректирующих устройств и регуляторов.................................. 248 249 251 255 256 256 256 287 7.4. Анализ исполнительной системы при кинематическам управлении.. 289 7 4.1. Управление по вектору скорости.............................,................ 290 7.4.2.

Управление положением и устойчивость системы управления ... 296 Контрольные вопросы и задания.......,........,...,....,....,.................. 302 8. Методы динамического управление манипуляторами ...................... 304 8 1. Методы, основанные на рещенин обратных задач динамики.............. 305 8.1.1.

Компенсации динамики манипулятора в реальном времени ....... 305 3! 3 8.2. Декочпозиция управления В 2.!. Декомпозиция уравнений динамики манипуляционного чеханиэма .3!3 8 2.2. Декомпозиция управляющих сигналов............................ 3 ! 5 8.3 Силовая обратная связь... . 318 8.3.1 Сплава» обратная связь в соединениях манипулятора............. 320 8.3 2 Силовая обратная овязь на охвате......................................

324 8.3.3 Проблема устойчивости при сплавай обратной связи.................... 328 334 8.4. Динамическое планирование 8.4.1. ! Ьанираванне движения вдоль заданной траектории с учетам динамических ограничений......................... ............. 335 В 42 Выбор мощности сплавы..

аьрегатов ......................................... 338 341 торин 346 Контрогьныс вопрос задо «я 9. Логическое управление слщкмой робототехинческой системой ......... 348 ... 356 . 359 9.5.2. Соединение с обратной связью 370 371 9.6. Метал управления сложной робототехнической системой.............

373 .. 397 Предметный указатель. 7,ЗД, Анализ синтезированной систечы Ввеленнс корректирующих связей.......... 8.1 2 Компенсация пинамикн программною движения ... 8.! 3 Проблема реалиэуечасти 8.1.4. Обобщеннььй мочентный регулятор 8 4 3. Планирование движения манипулятора по собствеььнай траек 9.1. Поня.гие сложной системы ... 9 2. Конечный автомат как модель объекта управления ..

9.3 Построение моделей подсистем.......,......,........,... 9.3 ! Работ как элемент слщкной системы .... 9.3 2 Модели подсистем.. 9.4 Сетевой автомат.. 9 5 Сеть а ею матов ............................................... .............. 9 5.1. Последовательное соединение сетевых автоматов... 9 5 3 Сеть автоматов н эквивалентный автомат Кон лрол сны е вопросы и задавив.......... Послесловие . Список литературы. Комментарнйк списку литературы .... .... 307 .. 309 ...

311 . 348 353 355 . 361 .. 365 , 365 . 380 382 . 384 . 389 Список основных обозначений обобщенная координата г-го звена вектор обобщенных коорлинат манипулятора 6х) — вектор, определяющий положение схната мани- пулятора как свободного твердого тела 3 х 3 — ортогональные матрицы гматрицы поворота) вектор, связывающий начало Ьй и 1-й систем координат. в проекции на абсолютную систему координат 4« 4 матрица перехода от системы координат ОХИ, г-го звена к системе координат О, оК, У,Уч г — 1-го звена ось системы координат ОХУХ система координат, связанная с 1-м звеном Х,О— Рг ~ Х, ОХ— ОХ);7,— «,.Рот,— Т,— 10 орты системы координат О,Х,УЯ,, связанной с ьм зве- ноч в проекции на абсолютную систему координат 1:заХьрьХз параметры, определяющие положение рго звена мани- пулятора относительно 11 — 1)-го звена гпараметры Дена- вита — Хартенберга) тензор вращения 13х 3 — косасиммегрнческая матрица) с компонентами, определяемыми вектором а 4 х 4 — матрица перехода от системы координат О,Х УУ, ьго звена к абсолютной системе координат вектор однородных координат точки твердого тела в сиязанной с ннм системе координат вектор однородных координат той же точки в непод- вижной системе координат векторное произведение вектора а на вектор Ь смешанное произведение векторов якобиеваматрица линейная скорость Ьго звена в абсолютной системе коор- динат то же в системе координат, связанной со звеном угловая скорость г-го звена в абсолютной системе коор- динат то же, но в системе координат, связанной со звеном обобщенная скорость нго звена вектор обобщенных скоростей абсолютное ускорение г-го звена в абсолютной системе координат то же в системе координат, связанной со звеном абсолютное ускорение центра масс г-го звена в непод- вижной системе координат то же в системе координат, связанной со звеном >.<а>Ь— га, Ь, с]— Утй)— ф масса Ьго звена Ьо С,'Х,'У,'2,' то же в неподвижной системе координат С, У; Мо и тензор инерции 1-го звена в системе координат С,'Х,'У,'У.,' главный момент сил инерции г-го звена управляющие силы и моменты, действующие на г-е звена вектор управляющих сил н моментов кинетическая энерпгя потенциальная энергия кинетический потенциал гфункпия Зтагранжа] мера принуждения па Гауссу 11 главный вектор сил инерции, приложенный в центре масс 1-го звена система координат, связанная с 1-и звеном, имеющая на- чало координат в центре его масс и коллннеарная непод- вижной системе ОХУХ кинетический момент 1-го звена в системе координат С",Х,'У, 7.,' ВВЕДЕНИЕ ВД.