Введение к работе
Актуальность. Системы двустороннего управления широко применяются в дистанционном управлении копирующими манипуляторами. Существует множество публикаций, посвященных теоретическим и практическим аспектам разработки и применения систем дистанционного управления манипуляторами. Однако в отечественной литературе практически отсутствуют исследования, посвященные дистанционному управлению мобильными роботами с применением систем двустороннего действия. Поэтому важным предметом для исследования является построение алгоритмов вычисления усилий для систем двустороннего действия при дистанционном управлении мобильными роботами. Дистанционное управление мобильными роботами находит свое применение во многих отраслях экономики. При дистанционном управлении мобильными роботами основным каналом обратной связи, как правило, является визуальный. Однако могут возникать ситуации, в которых визуальная информация мало информативна ввиду специфики выполняемых роботом операций и/или визуальная информация передается человеку-оператору с искажениями. В таких случаях необходимо иметь альтернативные каналы обратной связи, например, силовые человеко-машинные интерфейсы. Поэтому применение систем отражения усилий для дистанционного управления мобильными роботами может существенно повысить качество управления и обеспечить человека-оператора удобным интерфейсом взаимодействия с роботом.
Целью исследования является повышение точности и качества управления движением дистанционно управляемых мобильных роботов при выполнении операций в средах с высокой плотностью окружающих объектов.
Задачи работы:
Анализ специфики операций и формирование требований к системе дистанционного управления мобильным роботом в средах с высокой плотностью окружающих объектов.
Разработка позиционно-силовых алгоритмов для канала обратной связи системы дистанционного управления мобильным роботом.
Построение математической модели и выполнение компьютерного моделирования.
Экспериментальное исследование позиционно-силовых алгоритмов в канале обратной связи системы дистанционного управления мобильным роботом.
Методы исследования. В работе использованы методы классической теории линейных систем автоматического управления, метод функций Ляпунова для анализа устойчивости нелинейных систем, методы численного моделирования динамических систем. Использован системный подход к ис-
следованию системы дистанционного управления мобильным роботом, как целостного объекта.
Научная новизна работы заключается:
в структуре робототехнической системы дистанционного управления мобильным роботом, включающей в себя канал силовой обратной связи, отражаемой человеку-оператору, на основании расстояния от мобильного робота до объектов внешней среды.
в позиционно-силовом алгоритме канала обратной связи для систем двустороннего действия дистанционно управляемых мобильных роботов, основанном на дозировании отражаемых человеку-оператору усилий на основании скорости движения мобильного робота.
в математической модели системы дистанционного управления мобильным роботом с предложенным позиционно-силовым алгоритмом канала обратной связи.
в анализе устойчивости системы с каналом обратной связи по силе и определении областей допустимых значений коэффициентов обратной связи для обеспечения стабильной работы системы.
в определении влияния позиционно-силовых каналов обратной связи на точность и качество управления движением мобильного робота путем проведения экспериментальных исследований и компьютерного моделирования.
Практическая ценность:
Построенный позиционно-силовой алгоритм позволяет повысить точность и безопасность дистанционного управления мобильным роботом.
Определены требования, предъявляемые к разработке позиционно-сило-вых алгоритмов каналов обратной связи в системах дистанционного управления мобильными роботами.
Разработана математическая модель системы в среде MATLAB, являющаяся эффективным средством компьютерного моделирования для исследования динамических характеристик системы управления.
Реализация работы. В результате исследования была построена экспериментальная установка для дистанционного управления мобильным роботом с позиционно-силовым каналом обратной связи. Построенная установка применяется для дальнейших исследований в робототехнической лаборатории Корейского университета технологии и образования.
Апробация работы. Результаты докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на научных форумах:
- Международной научной конференции "IEEE/RSJ Intelligent robots
and systems 2010" (IEEE/RSJ IROS 2010), организованной Институтом ин
женеров по электротехнике и электронике (IEEE) и японским робототех-
ническим обществом (RSJ), 2010 год, Тайпей, Тайвань.
Международной научной конференции "Eurohaptics 2010," организованной европейским обществом по тактильным интерфейсам, 2010 год, Амстердам, Нидерланды.
Международном научном симпозиуме "IEEE Haptics symposium 2010," организованном Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), 2010 год, Бостон, США.
Международной научной конференции "IEEE Computational intelligence in robotics and automation 2009" (IEEE CIRA 2009), организованном Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), 2009 год, Тэджон, Южная Корея.
Международной научной конференции "IEEE/ASME Advanced intelligent mechatronics 2008" (IEEE/ASME AIM 2008), организованной Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) и американским обществом инженеров-механиков (ASME), 2008 год, Сиан, Китай.
Семнадцатом всемирном конгрессе международной федерации по автоматическому управлению (IFAC World Congress 2008), 2008 год, Сеул, Южная Корея.
Международной научной конференции "International Conference on Control, Automation and Systems 2007" (IEEE/ICROS ICC AS 2007), организованной Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) и Институтом управления, робототехники и систем (ICROS), 2007 год, Сеул, Южная Корея.
Научных семинарах на кафедре "Робототехника и мехатроника", МГТУ "СТАНКИН".
Научных семинарах в лаборатории Био-роботехники в Корейском технологическом университете, Чхонан, Южная Корея.
Результаты работы были отмечены на международном научном симпозиуме "IEEE Haptics symposium 2010," организованном Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), дипломом за лучший доклад.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в виде статей в научных рецензируемых журналах, входящих в список ВАК, в виде статей в сборниках международных рецензируемых научных конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка, 1 таблицу и список литературы, включающий 107 наименований.
