Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка и исследование систем комбинированного позиционно-силового управления манипуляторами Попов Александр Владимирович

Разработка и исследование систем комбинированного позиционно-силового управления манипуляторами
<
Разработка и исследование систем комбинированного позиционно-силового управления манипуляторами Разработка и исследование систем комбинированного позиционно-силового управления манипуляторами Разработка и исследование систем комбинированного позиционно-силового управления манипуляторами Разработка и исследование систем комбинированного позиционно-силового управления манипуляторами Разработка и исследование систем комбинированного позиционно-силового управления манипуляторами Разработка и исследование систем комбинированного позиционно-силового управления манипуляторами Разработка и исследование систем комбинированного позиционно-силового управления манипуляторами Разработка и исследование систем комбинированного позиционно-силового управления манипуляторами Разработка и исследование систем комбинированного позиционно-силового управления манипуляторами Разработка и исследование систем комбинированного позиционно-силового управления манипуляторами Разработка и исследование систем комбинированного позиционно-силового управления манипуляторами Разработка и исследование систем комбинированного позиционно-силового управления манипуляторами
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Попов Александр Владимирович. Разработка и исследование систем комбинированного позиционно-силового управления манипуляторами : диссертация ... кандидата технических наук : 05.02.05 / Попов Александр Владимирович; [Место защиты: С.-Петерб. политехн. ун-т].- Санкт-Петербург, 2008.- 126 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1020

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Современные системы позиционно-силового управления манипуляторами 9

1.1. Развитие систем позиционно-силового управления 9

1.2. Датчики и наблюдатели силы 12

1.3. Системы автоматизированного позиционно-силового управления ... 15

1.4. Системы автоматического позиционно-силового управления 18

1.5. Постановка задачи исследований 27

1.6. Выводы 29

Глава 2. Синтез алгоритмов позиционно-силового управления манипуляторами 30

2.1. Разработка функциональной схемы комбинированной системы позиционно-силового управления манипулятором 30

2.2. Синтез наблюдателей силы 35

2.3. Синтез алгоритмов автоматического и супервизорного позиционно-силового управления 42

2.4. Синтез алгоритмов позиционно-силового управления от задающих рукояток 51

2.5. Выводы 53

Глава 3. Аналитическое и компьютерное исследование комбинированной системы позиционно-силового управления 54

3.1. Разработка математической модели системы позиционно-силового управления манипулятора 54

3.2. Разработка компьютерной модели системы позиционно-силового управления манипулятора 64

3.3. Компьютерное исследование системы позиционно-силового управления манипулятора 73

3.4. Выводы 84

Глава 4. Экспериментальное исследование манипуляционной системы с позиционно-силовым управлением 85

4.1. Описание манипуляционной системы и разработка программы исследований 85

4.2. Результаты экспериментальных исследований алгоритмов автоматизированного позиционно-силового управления от задающих рукояток 89

4.3. Результаты экспериментальных исследований алгоритмов автоматического позиционно-силового управления 93

4.4. Выводы 101

Заключение 102

Библиографический список 105

Введение к работе

В настоящее время подавляющее большинство роботов, используемых в промышленности, представляют собой манипуляторы. Для управления ими необходимо располагать двумя видами информации — о положении рабочего органа и о силе взаимодействия с объектами внешней среды, т.е. иметь средства очувствления - соответствующие сенсоры. Даже для выполнения простой операции взятия и переноса какого-либо предмета, особенно хрупкого, необходимо помимо координат схвата манипулятора контролировать усилие, чтобы с одной стороны не повредить, а с другой - не упустить этот предмет. Тем более необходима информация об усилиях для выполнения более сложных операций без использования специализированной оснастки.

Для определения силы взаимодействия манипулятора с внешней средой обычно используются силомоментные датчики. Однако существуют и косвенные способы ее оценки, реализуемые с помощью так называемых наблюдателей силы - вычислителей внешних возмущений по математической модели манипулятора и показаниям датчиков косвенных переменных. При невысоких требованиях к точности определения усилия такие устройства могут быть предпочтительнее силомоментных датчиков, так как они существенно дешевле и не требуют вмешательства в конструкцию манипулятора.

В настоящее время существуют различные системы управления манипуляторами с силовым очувствлением: копирующие манипуляторы и манипуляторы с управлением от задающих рукояток с отражением усилий, разного типа системы супервизорного и автоматического управления. Все они основаны на различных способах учета и организации силового взаимодействия с объектами внешней среды и имеют разное аппаратное и программное обеспечение. Однако проблема силового очувствления и управления, по-прежнему, продолжает оставаться одной из актуальных в робототехнике.

Несмотря на серьезные достижения робототехники последних лет, реально используемые роботы (промышленные, экстремальные, космические) все еще очень далеки от устройств с искусственным интеллектом. Еще долго будут существовать операции, которые не удается автоматизировать или выполнять более качественно, чем это делается под управлением человека-оператора. Так, например, в ряде сборочных процессов, которые выполняются автоматически, имеются отдельные операции, реализуемые пока только в режиме управления непосредственно от человека-оператора. При управлении космическими манипуляторами также особо ответственные операции выполняются в таком автоматизированном режиме. То же относиться к выполнению различных опасных операций в других экстремальных условиях.

Поэтому наиболее общим подходом к выполнению операций, требующих силового очувствления, могло бы стать комбинированное автоматическое и автоматизированное (супервизорное и с помощью задающих рукояток) позиционно-силовое управление. Такая система помимо возможности использования управления от человека там, где пасует автоматика, позволит непрерывно наращивать возможности последней за счет отработки соответствующих алгоритмов при управлении от человека и обучению им системы автоматического управления.

Целью работы является повышение качества выполнения манипуляторами технологических операций, требующих позиционно-силового управления, и расширение номенклатуры таких операций, в том числе путем создания комбинированных систем позиционно-силового управления с использованием датчиков и наблюдателей силы. Для решения поставленной цели решаются следующие задачи:

- анализ способов автоматического и автоматизированного позиционно-силового управления манипуляторами и выявление тенденций их развития;

разработка и исследование наблюдателей силы и возможностей их использования, в том числе совместно с датчиками силы (момента) с целью расширения диапазона измерения, минимизации аппаратных затрат и повышения надежности;

разработка методики синтеза комбинированных систем позиционно-силового управления;

экспериментальное исследование системы комбинированного позиционно-силового управления для нового поколения манипуляторов с таким управлением.

На основе проведенного диссертационного исследования и с учетом его результатов на защиту выносятся:

принципы и структурные схемы позиционно-силового управления манипуляторами, сочетающие датчики и наблюдатели силы, существенно расширяющие диапазоны силового очувствления;

алгоритмы и соответствующее программное обеспечение для комбинированных систем позиционно-силового управления, объединяющие возможности автоматического и автоматизированного позиционно-силового управления;

математические модели и основанная на них методика синтеза таких систем, апробированная на конкретных их проектах.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 72 наименования и два приложения. Диссертация содержит 126 страниц текста, включая приложения, из них 111 страниц основного текста, 70 рисунков и 9 таблиц.

Во введении обоснованы актуальность темы, цель и задачи работы. Описана ее структура и дан краткий обзор содержания диссертации по главам.

В первой главе — «Современные системы позиционно-силового управления манипуляторами», дан анализ существующих систем позиционно-

силового управления манипуляторов, применяемых датчиков и систем силомоментного очувствления, обоснована актуальность темы работы.

Во второй главе - «Синтез алгоритмов позиционно-силового управления манипуляторами», проводится исследование путей построения предлагаемой комбинированной системы управления манипулятором, позволяющей реализовывать различные способы автоматического и автоматизированного позиционно-силового управления. Исследуются возможности совместного применения силомоментных датчиков и наблюдателей силы. Обосновывается структура и состав предлагаемой комбинированной системы управления, описаны алгоритмы ее функционирования.

В третьей главе - «Аналитическое и компьютерное исследование комбинированной системы позиционно-силового управления», разработана математическая модель такой системы управления манипулятором. Приведено математическое описание ее основных компонентов: механической системы, приводов, системы управления. Описывается программная реализация созданной математической модели, пакет соответствующих программ, его отдельные модули и их взаимодействие. Приводятся результаты компьютерного моделирования алгоритмов выполнения типовых технологических операций, требующих силового очувствления, а также вариантов комплексирования силомоментных датчиков и наблюдателей силы.

В четвертой главе - «Экспериментальное исследование манипуляционной системы с позиционно-силовым управлением», приведены результаты экспериментальных исследований предложенной системы и алгоритмов управления на реальном манипуляторе.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

В приложениях приведены тексты разработанных программ компьютерного моделирования предложенной системы позиционно-силового управления манипуляторами.

Системы автоматизированного позиционно-силового управления

Как выше было отмечено, такие системы исторически были первыми и до настоящего времени они широко используются при выполнении наиболее сложных силовых операций. Основные варианты таких систем - это копирующие манипуляторы с отражением усилия, системы управления с задающей рукояткой и силомоментной обратной связью, системы супервизорного и интерактивного позиционно-силового управления [1, 2, 15, 16].

Системы с задающей рукояткой имеют следующие преимущества перед копирующими манипуляторами: - минимально необходимое число задаваемых степеней подвижности, не связанное с числом степеней подвижности управляемого манипулятора; - компактность и простота конструкции; - возможность реализации управления по положению, по скорости и по силе.

В последнее время для силового очувствления начинают также применять очувствленные перчатки. На рис. 1.3,б,в показана такая перчатка. Она имеет 22 резистивных датчика изгиба, что позволяет достаточно точно отражать текущую конфигурацию кисти в цифровые данные, а затем в графическое изображение перемещений руки.

Задающая рукоятка (МГТУ, Россия) Системы с задающей рукояткой по сравнению с копирующим манипулятором с одной стороны имеют меньшую точность в связи с необходимостью пересчета в координаты рабочего органа манипулятора, но с другой — позволяют реализовывать следующие способы управления.

Скоростно-позиционное управление. Здесь для осуществления чисто транспортного движения в свободном пространстве применяется скоростное управление, а для выполнения последующих точных технологических операций (например, сборочных) - позиционное.

Скоростно-силовое управление. В отличие от предыдущего способа здесь при подходе к месту выполнения технологической операции осуществляется переход не к позиционному, а к силовому управлению, которое требуется для выполнения данной операции. Для автоматического изменения способа управления может использоваться сигнал о контакте с объектом выполнения операции, получаемой от датчика силы, находящегося в контуре силового управления.

Позіщионно-силовое управление. В этом случае осуществляется последовательный переход от позиционного к силовому управлению. Такое управление может быть и связанным позиционно-силовым управлением в виде позиционного управления с отражением усилия подобное такому режиму копирующего манипулятора.

Скоростно-позиционное-силовое управление. В этом случае в последовательности, определяемой технологической операцией, осуществляется применение всех трех способов управления. Еще одно важное достоинство систем с задающей рукояткой — это возможность создания комбинированных систем управления, сочетающих автоматический и автоматизированный способы, в том числе в виде супервизорных и интерактивных систем управления. На рис. 1.5 показана схема такой перспективной комбинированной системы управления манипулятором. Через программатор (П) осуществляется автоматическое управление движением исполнительных систем робота. С помощью задающей рукоятки (ЗР) оператор может корректировать этот процесс (в том числе, как показано на схеме, в режиме силового управления с отражением усилия) или полностью брать на себя управление, например, в аварийных ситуациях.

Очевидно, что независимое позиционно-силовое управление возможно только по разным координатам, а связанное может быть как по разным координатам, так и по одной и той же координате. Независимое управление по разным степеням подвижности впервые было рассмотрено М.Н. Raibert и J.J. Craig и получило в иностранной литературе название «гибридное позиционно-силовое управление» [23]. Оно осуществляться с помощью разделения на управляемые по силе и по положению или скорости степени подвижности манипулятора. В каждом из этих подпространств положение и сила могут управляться произвольным образом независимо друг от друга в соответствии с заданными траекториями изменения координат силы и положения.

В работах H.Zhang, R.P.Paul [24] и W.D.Fisher, M.S. Mujtaba [25] предложены подходы, исключающие решение обратной задачи кинематики за счет перехода от абсолютных координат рабочего органа манипулятора к относительным координатам его степеней подвижности при вычислении ошибки отработки программной траектории, а также использования псевдообратной матрицы Якоби. О. Khatib предложил алгоритм управления в пространстве абсолютных координат [26].

A. Lanzon и R.J. Richards [27], Т. Kroeg и В. Finkemeyer [28], Di Xiao и Bijoy Ghosh [29] провели исследование алгоритмов адаптивного несвязанного, позиционно-силового управления, с целью улучшить качество управления в недетерминированной окружающей среде. В работах S. Arimoto [30], С.Ф. Бурдакова и Н.А.Смирновой [31] с этой же целью предлагается использовать алгоритмы обучения.

В отличие от независимого управления при связанном управлении осуществляется зависимое управление по положению и силе различными степенями подвижности. Вариантами такого управления являются управление значением импеданса (управление перемещением в функции от силы) и податливости (управление силой в функции от перемещения). Управление импедансом было предложено N. Hogan [32-34] и М.Т. Mason [35]. D. Lawrence и R.M. Stoughton [36] предложили алгоритм управления импедансом с сохранением базового контура управления по положению, что позволяет осуществлять относительно несложную модернизацию существующих систем. Большой интерес вызывают методы нейросетевого связанного позиционно-силового управления, являющегося перспективным при создании интеллектуальных систем управления [37-41].

Помимо выбора способа управления важным предметом исследования является обеспечение устойчивости таких систем с учетом их динамических свойств и требуемой точности [42-49]. Фактически большинство из вариантов позиционно-силового управления построены на основе весьма упрощенной модели динамических свойств окружающей среды. При этом вид закона управления постулируется, а подбор его коэффициентов предлагается осуществлять опытным путем. Основные способы обеспечения устойчивости были исследованы S.D. Eppinger и W.P. Seering [43] и R. Volpe и P. Khosla [44-45]. К ним относятся фильтрация измерений показаний датчика силы и ПИ-алгоритм управления в канале управления по силе с целью исключить вычисление ее производной.

Синтез алгоритмов автоматического и супервизорного позиционно-силового управления

В главе 1 нарис. 1.6-1.9 приведены структурные схемы, соответствующие различным типовым алгоритмам автоматического позиционно-силового управления манипуляторами. Наибольший интерес среди них представляют схемы связанного и независимого позиционно-силового управления, которые будут являться основой комбинированной позиционно-силовой системы.

В описанном алгоритме управления не учитываются потери в механической системе манипулятора, и принимается, что все усилия, развиваемые его приводами, передаются на рабочий орган. Такое допущение возможно, прежде всего, когда мала инерционность механической системы манипулятора. В противном случае в схему должна быть введена соответствующая поправка при вычислении величины Fp3 путем вычитания сил, расходуемых в сочленениях манипулятора. На рис. 1.8 дана схема системы одновременного независимого управления рабочим органом манипулятора по перемещению и по силе по разным степеням подвижности. В схеме имеется два контура управления с обратной связью по положению и по силе, которые разделены с помощью селективной матрицы. Эта матрица, таким образом, определяет координаты рабочего органа, по которым осуществляется управление по тому или иному из этих двух способов. Алгоритм такого независимого управления имеет вид: Qn=kAQJ\q)S(Fpi -F) + kA4(E-S)(r ( „)- )-(М + kQJT(q)F9) (2.14) где кАО, к., к - диагональные матрицы коэффициентов настройки каналов управления по силе, положению и скорости соответственно, S — диагональная матрица селективности с элементами 1, соответствующими управлению по силе, и 0 - по положению, f x (хрз) - решение обратной задачи кинематики для заданного положения рабочего органа. На рис. 2.8 приведена схема еще одного варианта независимого позиционно-силового управления по абсолютным координатам рабочего органа манипулятора, являющаяся модификацией предыдущей. Естественно, они могут быть заменены, например, на ПИД-алгоритм или локально-оптимальный рекуррентный алгоритм адаптации. В данном случае выбор такого рода алгоритма управления основан на использовании сигналов с соответствующих датчиков без необходимости численного дифференцирования и интегрирования. При выходе манипулятора на контакт в канале управления по силе также целесообразно использовать ПИ-алгоритм [44, 45]. Дополнительно в схему введен канал демпфирования. Алгоритм такого независимого позиционно-силового управления имеет вид: s{K FJ(q)q + KF(Fp3-Fp)% где Kx и Кх - диагональные матрицы коэффициентов передачи по положению и скорости соответственно; Кг— диагональная матрица коэффициентов передачи по силе и K F - диагональная матрица демпфирования; S — диагональная матрица селективности с элементами 1, соответствующими управлению по силе, и 0 - по положению, f(q) - прямая задача кинематики для текущего положения манипулятора.

Рассмотрим в качестве примера технологическую операцию вставления вала в отверстие с использованием независимого позиционно-силового управления. Точность выполнения такой операции определяется точностью взаимного положения осей вала и отверстия, углового положения в сечении и точностью относительного расположения деталей вдоль оси. Основными силовыми параметрами управления, при этом, являются предельная сила взаимодействия при поиске отверстия и предельная сила взаимодействия при вставке вала в отверстие.

Будем считать, что вал находится в рабочем органе манипулятора, а координаты отверстия заранее достаточно точно не известны. На рис. 2.9 представлен алгоритм выполнения этой технологической операции.

На первом этапе вал движется до контакта с поверхностью отверстия. При этом в общем случае торец стержня коснется поверхности детали вне отверстия. В этом случае на схеме изображенной на рис. 2.9 работает только контур управления по положению. С

Алгоритм операции вставления вала в отверстие На втором этапе происходит поиск отверстия. Момент касания определяется датчиком усилия. По его сигналу элементы селективной матрицы S настраиваются для перехода к процедуре поиска отверстия, заключающейся в выполнении поисковых движений на плоскости, т.е. управлению по положению соответствующими степенями подвижности и обеспечении прижатия вала к плоскости поиска с некоторой заданной силой F , что соответствует управлению по силе.

На третьем этапе происходит совмещение вала с отверстием, после чего стержень движется внутри отверстия на заданную глубину. Для совмещения осей деталей организуется движение в направлении горизонтальной составляющей этой силы.

Разработка компьютерной модели системы позиционно-силового управления манипулятора

Компьютерное моделирование осуществлялось на стандартном персональном компьютере AMD AthlonX2-3200 с операционной системой Windows ХР. Программа математической модели создана с помощью пакета научно-инженерных расчетов MATLAB и его подсистемы Simulink [67], а также пакета конечно-элементного моделирования MSC.ADAMS [68].

Как указано выше, объектом исследования является система комбинированного позиционно-силового управления манипулятора DORES. При описании его механической части, вычислении программных траекторий движения, решении прямой и обратной задач кинематики и динамики использовалась специализированная библиотека для моделирования манипуляторов Robotic toolbox пакета MATLAB [69].

Вид манипулятора DORES в пакете MATLAB На рис. 3.5 представлена разработанная автором компьютерная модель системы автоматического позиционно-силового управления в пакете Simulink.

Вид модели системы автоматического управления манипулятором в пакете Simulink Модель позволяет исследовать алгоритмы независимого и связанного позиционно-силового управления, а также работу силомоментного датчика совместно с наблюдателем силы. Рассмотрим все ее основные блоки: - блок Cartezian trj вычисляет гладкую программную траекторию движения рабочего органа манипулятора в абсолютных координатах; - блок Q trj формирует программное задание силы при исследовании независимого позиционно-силового управления; - блок Cntrl Alg реализует алгоритм независимого или связанного позиционно-силового управления; - блок Environment отвечает за реализацию модели внешней среды; - блок Manipulator реализует модель механической системы манипулятора, обеспечивая решение прямой задачи динамики; - блок Observer включает модель исследуемого наблюдателя силы; - блок Force sensor реализует модель датчика силы с учетом его инерционности; - блок Plot обеспечивает визуализацию текущего положения манипулятора; - блок Forward kinematics отвечает за решение прямой задачи кинематики.

Подсистема связанного позиционно-силового управления На рис. 3.8 представлена подсистема Motors, реализующая приводной уровень системы управления. В ее состав входят устройства управления приводами на основе ПИ-регуляторов и модели самих приводов с редукторами в соответствии с (3.7).

Для более точного и наглядного моделирования внешней среды и механической части манипулятора создана модель в пакете MSC.ADAMS (см. рис. 3.9), которая непосредственно может быть интегрирована в пакет Simulink.

Исследование алгоритмов автоматизированного позиционно-силового управления от задающих рукояток может потребовать работы модели в реальном режиме времени. Подсистема Motors не позволяет обеспечить данный режим при вычислении на стандартной ЭВМ. Поэтому в этом случае вместо модели приводов целесообразно использовать непосредственное решение уравнения (3.4).

Модель механической части манипулятора DORES в пакете MSC.ADAMS На рис. 3.10 дана модель, реализующая автоматизированное позиционно-силовое управление от двух задающих рукояток WingMan Force3D с отражением усилия в соответствии с алгоритмом (2.27).

Подсистема автоматизированного позиционно-силового управления от двух задающих рукояток Отражение усилия осуществляется только по двум степеням подвижности на каждой задающей рукоятке, что связано с их конструктивными особенностями, поэтому текущее значение силы взаимодействия дублируется на экране. На рис. 3.11 дана модель наблюдателя силы с использованием модели механической системы манипулятора с системой приводов в соответствии с уравнениями (2.1) и (3.7).

Результаты экспериментальных исследований алгоритмов автоматизированного позиционно-силового управления от задающих рукояток

При экспериментальном исследовании алгоритмов автоматизированного позиционно-силового управления осуществлялось управление по абсолютным координатам рабочего органа манипулятора. При этом фактически использовалась одна задающая рукоятка с отражением усилия по одной степени подвижности, определяющая положение или скорость рабочего органа манипулятора в пространстве, а его ориентация в ходе движения оставалась неизменной.

Управление осуществлялось как по скорости, так и по положению с отражением усилия оператору. Для повышения точности выполнения операции текущие координаты и значение развиваемого усилия отображались в окне управляющей программы. Суть экспериментов заключалась в подходе к поверхности и попытке осуществить заданное силовое воздействие на нее. Положение рабочего органа манипулятора по оси 0Х Результаты экспериментов подтвердили выводы, сделанные на основе компьютерного моделирования. Управление по скорости с отражением усилия интуитивно наиболее понятно человеку и позволяет осуществлять силовые операции по всей рабочей области и не требующие большой точности.

Задание смещения положения рабочего органа по оси 0Х в системе координат схвата манипулятора Использование управления по положению возможно только в небольшой операционной зоне, в которую манипулятор предварительно должен быть выведен, например, в режиме управления по скорости. Полный ход рукоятки отмасштабирован для выполнения движений в пределах ±3 см. Результаты экспериментов показывают, что данный подход не несет особых преимуществ по сравнению с управлением по скорости при использовании обычных задающих рукояток. Его преимущества раскрываются при осуществлении высокоточных операций, требующих силового очувствления, с использованием специализированных высокоточных задающих рукояток. При этом обязательно дублирование информации о текущем положении манипулятора и развиваемых им силах на экране управляющей программы.

В ходе экспериментальных исследований алгоритмов автоматического позиционно-силового управления исследовались независимое и связанное управление по абсолютным координатам манипулятора. На рис. 4.12 представлен манипулятор при выходе на контакт с поверхностью.

1. Предложены алгоритмы и разработано соответствующее программное обеспечение для комбинированных систем позиционно-силового управления, сочетающих возможности автоматического и автоматизированного управления.

2. Разработана методика синтеза таких систем управления, апробированная при создании конкретных манипуляционных систем, отработана методика их настройки.

3. Предложены принципы и структурные схемы комплексирования силомоментных сенсорных систем и соответствующих наблюдателей, позволяющие существенно расширить диапазоны силового очувствления. Разработаны типовые структуры такого комбинированного силового очувствления.

4. Разработаны математические модели систем позиционно-силового управления манипуляторами и их программная реализация, предназначенная для исследования и синтеза такого типа систем управления различного назначения, а также для учебных целей.

Для системного решения задач создания систем комбинированного позиционно-силового управления манипуляторами автором:

1. Разработана структура перспективной системы комбинированного позиционно-силового управления манипуляторами, существенно расширяющая их возможности.

2. Предложены алгоритмы такого управления, даны рекомендации по их применению и методика синтеза.

3. Проведен сравнительный анализ и предложена общая классификация схем наблюдателей силы с рекомендациями по их применению, в том числе в комбинации с датчиками силы (момента).

4. Предложена методика проектирования и настройки комбинированных позиционно-силовых систем управления манипуляторами, а также соответствующее программное обеспечение.

Методы исследования и достоверность результатов диссертационной работы При исследовании и синтезе алгоритмов позиционно-силового управления и наблюдателей силы используются методы теории автоматического управления, математического и физического моделирования. Предложенные решения отработаны с помощью компьютерного моделирования и экспериментальных исследований конкретных машшуляционных систем.

Практическая и научная полезность результатов диссертационной работы Предлагаемая в диссертационной работе методика построения систем позиционно-силового управления позволяет повысить эффективность проведения НИР и ОКР при создании новых образцов и модернизации известных манипуляционных систем.

Разработаны комплексная математическая и унифицированная компьютерная модель манипулятора DORES с учетом динамики механической системы и приводов, предназначенные для исследования и синтеза такого типа систем управления различного назначения, а также для учебных целей. Это позволяет существенно сократить объем экспериментальных исследований, что дает возможность значительно снизить затраты материальных ресурсов, денежных средств и времени на разработку таких систем.

Кроме этого, результаты исследования наблюдателей силы и рекомендации по их применению позволяют создавать силомоментные информационно-измерительные системы существенно более широкого диапазона при повышенной точности, надежности и минимизации аппаратных затрат.

Результаты диссертационной работы использованы в разработках ГНЦ ЦНИИ РТК при модернизации системы управления макета космического манипулятора DORES, создании медицинского робота Эквивалент, а также в ряде НИР, выполненных по заказам различных отраслей и ведомств РФ.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались в 2005 - 2008 годах на: первой Российской мультиконференции по проблемам управления, Всероссийской научно-технической конференции «Экстремальная робототехника», Международном научно-техническом конгрессе «Мехатроника и робототехника», конференции «Искусственный интеллект» (Интеллектуальные и многопроцессорные системы), Всероссийском форуме студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и инновации в технических университетах», XXXII - XXXV неделях науки СПбГПУ. По результатам работы в 2008 г. получен грант от правительства Санкт-Петербурга.

По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе 2 статьи в научных журналах, включенных в перечень научно-технических изданий ВАК России. Материалы диссертации использованы при подготовке учебного пособия «Роботы с силовым очувствлением». Отдельные результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в отчетах по научно-исследовательским работам ГНЦ ЦНИИ РТК.

Похожие диссертации на Разработка и исследование систем комбинированного позиционно-силового управления манипуляторами