Управление роботами и РТС

Оглавление.1. Математический аппарат описания робота как объекта управления. Выбор ипреобразование систем координат. Прямая и обратная задачи кинематики, алгоритмы ихрешения.Кинематика манипуляторов. ............................................................................................. 22. Методы описания динамических свойств манипулятора. Прямая и обратная задачидинамики, методы их решения. Учет динамики следящего привода в уравнениях динамикиманипулятора...................................................................................................................................... 53.

Методы неадаптивного управления роботами: цикловое, позиционное и контурноеуправление. Особенности управления роботами в позиционном и контурном режимах. ....... 144. Дистанционное и интерактивное управление роботами: Разделение функций человекаоператора и системы управления; моментно-скоростные системы двухстороннего действия,полуавтоматическое управление; типовые системы дистанционного управления роботами вядерной энергетике, космосе, подводных работах.

...................................................................... 175. Управление шагающими и транспортными роботами: математические модели описанияходьбы, устойчивость движения; системы управления многоопорными и колеснымитранспортными роботами................................................................................................................ 176. Системы адаптивного и интеллектуального управления роботами: Понятие окорректируемых и самогенерируемых программах управления; принципы и методыадаптивного управления, эталонные модели, самонастройка, идентификация, обучение,распознавание образов.

................................................................................................................... 247. Интеллектуальное управление роботами. Принципы и технологии построенияинтеллектуальных систем. Методы искусственного интеллекта. ............................................... 268. Методы независимого моделирования, обучения и программирования интеллектуальныхроботов; система геометрического моделирования и программирования роботов; методымоделирования внутреннего и внешнего мира интеллектуального робота. .............................. 289.

Автоматическая генерация программ методом обучения показом действий человека;экспертные системы и системы поддержки принятия решений для интеллектуальныхроботов. Методы приобретения знаний, базы знаний, логика правдоподобного выводазаключений. ...................................................................................................................................... 2910.

Групповое управление роботами, синхронность, асинхронность, параллельность, обходпрепятствий; методы распределенного управления в реальном масштабе времени;систолическое программирование; методы навигации и управления уклонением роботов,синтез траекторных движений с динамическим уклонением от столкновений.

....................... 321. Математический аппарат описания робота как объекта управления. Выбор и преобразованиесистем координат. Прямая и обратная задачи кинематики, алгоритмы их решения.Кинематика манипуляторов.Математическая модель – это создание виртуальной модели, при этом она должна обладать какминимум двумя свойствами: модель должна быть адекватной; простота, быстрее, дешевле. Она описываетсякакими-то математическими конструкциями (пример: множество, отображение этого множества с другим, изэтого понятия появляется понятие функции, дифференциальные уравнения (второй закон Ньютона), моментысоздаваемые в сочленениях робота – первичная задача, положение и ориентация (декартовы координаты) –вторичная задача).Основные этапы математического моделированияПо Тягунову: Составление мат.

модели (1), Технологический этап (2-5)1) Построение модели. На этом этапе задается некоторый «нематематический» объект — явлениеприроды, конструкция, экономический план, производственный процесс и т. д. При этом, как правило, четкоеописание ситуации затруднено. Сначала выявляются основные особенности явления и связи между ними накачественном уровне. Затем найденные качественные зависимости формулируются на языке математики, тоесть строится математическая модель.

Это самая трудная стадия моделирования.2) Решение математической задачи, к которой приводит модель. На этом этапе большое вниманиеуделяется разработке алгоритмов и численных методов решения задачи на ЭВМ, при помощи которых результатможет быть найден с необходимой точностью и за допустимое время.3) Интерпретация полученных следствий из математической модели. Следствия, выведенные измодели на языке математики, интерпретируются на языке, принятом в данной области.4) Проверка адекватности модели. На этом этапе выясняется, согласуются ли результатыэксперимента с теоретическими следствиями из модели в пределах определенной точности.5) Модификация модели.

На этом этапе происходит либо усложнение модели, чтобы она была болееадекватной действительности, либо ее упрощение ради достижения практически приемлемого решения.Классификация математических моделей и области применимости (геометрические, прочности,кинематики, динамики, динамики исполнительной подсистемы, управляемого движения)Системы бывают: непрерывными и дискретными.Если имеется хотя бы часть, каких либо непрерывными элементами, то такая система называетсядискретной.Бывают: детерминированные, стохастические системы.Детерминированные системы – это системы с чем-то уже определенным.Стохастические системы означает, что в нашей системе есть что-то, что не определено.Основоположником теории вероятности был Паскаль.Формализуемые системы и трудно-формализуемые системы.Формализуемые системы – это системы, которые возможно формализовать.Трудно-формализуемые системы – это присутствие тех или иных живых существ (человек).Принципы, лежащие в составление математической модели.Связаны с законами природы.

Законы гидродинамики, гидростатики, химические законы, законымеханики, законы электротехники и т.д.Использование экспериментальных методов. Этим методом занимается наука идентификации.Принцип множества математических моделей.Его основная суть: единой универсальной модели для описания процессов не существует. Для изучениятого или иного процесса используют ту или иную модель.Классификация математических моделей манипуляционных роботов.Всего можно выделить 6 базовых моделей роботов:Геометрические модели. Это чертеж, эскиз. Композиция – пересечения плоскостей. Они нужны для:Задача анимации.Задача, связанная с расчетом характеристик.Расчет характеристик прочности.Задачи для решения автоматизированного производства.Модели прочности.

Это модели, которые учитывают расчет напряжений.Модели кинематики. В основе лежит следующее: вводим две группы векторов. 1-ая группа описываеториентацию какой-то характерной части нашего робота – это есть вектор выходных элементов, а входом будетсовокупность обобщенных координат. Соответственно это есть прямая задача.Модели динамики.

- математическое описание действующих на манипулятор сил и моментов в формеуравнений динамики движения.Модели динамики исполнительных элементов. ↑ вполне возможно, что это идентичноУравнения управляемого движения. Это своеобразная композиция в уравнениях кинематики, динамикии уравнениях исполнительной части.Общие понятия в кинематике.Анализ кинематики необходим для исследования робота как механической многозвенной конструкции.Механическая система робота называется манипулятором и представляет собой совокупность звеньев ввиде абсолютно твердых тел, на которые наложены связи (связи координат звеньев).Связи бывают голономными и неголономными.Голономные связи – это когда связи скоростей приводятся к связи координат путем интегрирования, впротивном случае связи называются неголономными.Два соседних звена образуют кинематическую пару.Типовые кинематические пары (изгиб, шаровой шарнил, вращение, лин.

перемещение)Конфигурация манипулятора.При наличии только кинематических пар 5-ого класса манипулятор имеет число степеней свободы,равное числу звеньев или пар.Углы поворота в шарнирах (или поступательные относительные перемещения звеньев) называютсяобобщенными координатами. Обозначаются q(t).Обобщенные координаты используются в качестве переменных в уравнениях манипулятора. Оноиногда может быть записано в паспорте робота.Совокупность положений рабочего органа (схвата) робота в пространстве, соответствующая полнойсовокупности конфигураций манипулятора, называемая рабочей заной.

Рабочая зона, как правило,меньше, чем пространство конфигураций.Конфигурация манипулятора рассматривается в определенной системе координат.Система координат и их преобразования.1. Абсолютная (декартова) система координат. Система координат инерциального пространства, связанная с неподвижным звеномманипулятора (основанием). Абсолютная система координат – это система координат, в которой находится наблюдатель. Другое название абсолютной системы – это базовая система координат.z0 – особая ось в робототехнике, т.к.

все вращения происходят вокруг нее.2. Связанная система координат. Подвижная система координат, фиксируемая на отдельном звене манипулятора.3. Цилиндрическая система координат. Допускает вращение относительно одной только оси координат при наличии сдвигов в плоскости,нормальной к оси вращения. Эта система удобна для описания роботов, имеющих винтовую пару по оси вращения.4.