Введение к работе
Актуальность темы. Для обучения экипажей космических кораблей навыкам управления роботами-манипуляторами необходима разработка тренажеров, воспроизводящих движение манипулятора в условиях невесомости. Имитация движения должна выполняться в масштабе реального времени с учетом динамики моделируемых объектов, что необходимо для формирования у операторов правильных навыков работы. Существующие системы моделирования космических манипуляторов, созданные в NASA, ESA, ряде организаций нашей страны использует мощную вычислительную базу, сложную технику. Поэтому актуальна разработка эффективных методов моделирования, позволяющих реализовать качественный, универсальный тренажер на стандартной, сравнительно недорогой технике.
Цель диссертации. Диссертация выполнена в рамках работ по созданию комплекса моделирования движений схвата большого космического манипулятора (БКМ) - бортового манипулятора космического корабля "Буран". Для имитации движения охвата БКМ используется промышленный робот РМ-01, расчет движения выполняется на ЭВМ РС/АТ-286. Цель диссертации состоит в исследовании динамики БКМ при выполнении манипулятором медленных движений в окрестности рабочей точки, в разработке эффективных алгоритмов математического моделирования манипуляторов и программного обеспечения моделирующего комплекса, обеспечивающих его работу в масштабе реального времени.
Научная новизна. Предложен метод формирования уранений динамики манипуляторов в матричном виде, обладающий высокой вычислительной эффективностью. На основе неявных методов разработаны быстрые алгоритмы интегрирования уравнений динамики манипуляторов с непинейностями в моделях приводов и упругими элементами в шарнирах. Разработанные методы могут быть использованы при моделировании динамики широкого класса манипуляторов.
Практическая ценность. Создано математическое и программное обеспечение комплекса моделирования движений схвата БКМ. Применение разработанных методов моделирования позволило организовать работу комплекса в масштабе реального времени, что дает возможность использовать его в качества тренажера при обучении операторов навыкам работы с БКМ. Комплекс может применяться для моде-
лирования других манипуляторов (крупногабаритных манипуляторов, манипуляторов для экстремальных сред), непосредственные эксперименты с которыми трудно проводить в лабораторных условиях. Результаты диссертации использовались при разработке стенда моделирования космических манипуляторов в ЦНИИМАШе.
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на научно-практической конференции "Применение ЭВМ в задачах механики" (Севастополь, 1991 г. ), на конференции молодых ученых механико-математического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова (Москва, 1992 г. ), на научно-практической конференции "Космическая робототехника: проблемы и перспективы" (Калининград,' 199Н г.), на научно-технической конференции "Роботы и манипуляторы в экстремальных средах" (С-Петербург, 1992 г. ), а также на семинарах в МГУ им. М.В.Ломоносова (под рук. академика РАН Д. Е. Охоцимского и проф. Ю. Ф. Голубева) и ИПМ им. М.В.Келдыша РАН (под рук. проф. А. К. Платонова).
Структура диссертации, публикации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа изложена на № страницах, содержит 24 рисунка и 3 таблицы. Список литературы содержит 64 наименования. Основные результаты диссертации опубликованы в работах 11-5).