Введение к работе
Актуальность проблемы. Повышение эффективности производства, гуманизация труда и заїдена человека при выполнении работ в экстремальных средах невозможны без широкого применения роботов, как жестко программируемых, так и' адаптивных (АР) и интеллектуальных. В настоящее время, когда сроки создания и сроки морального старения новых образцов техники резко уменьшились, а требования к качеству технической, продукции неизмеримо возросли, перед конструкторами , в том числе и разработчиками роботов, ещё более остро встают задачи повышения качества, снижения трудоёмкости и цикличности разработок, выбора оптимальноговарианта проектируемой системы в рамках заданных технических ограничений. Единственно эффективный путь ре-ыения названных задач- переход от традиционных ручных методов проектирования к машинным, ориентированным на современную вычислительную технику и компьютерное моделирование. Основную помощь в деле интенсификации проектно-конструкторских работ призваны оказать системы автоматизированного проектирования (САПР),.важнейшей составной частью которых являются системы автоматизированного моделирования (СМ)
Анализ литературы позволяет сделать вывод, что наименее разработанная область при компьютерном проектировании роботов- моделирование системы очувствления (СОЧ) робота и процесса функционирования очувствлеиного робота. Так известно большое число САМ и САПР* предназначенных для анализа системы управления, кинематики и динамики механической системы. Среди них такио системы как ПАМИР , \Щ>Р№№К 6ШІ ,Ш$1М , ISOSET ,G.WSm и другие. При этом необходимость моделирования взаимодействии СОЧ со средой и механической системой нз вызывает сомнения кап у отечественных,так и у 'зарубежных авторов.
Основы компьютерного моделирования СОЧ к ЛР заложены в рабо -тах Б.Ю.Зуевой и Ю.Л.Садова; С.С.Кажннна, И.М.Бродской и О.В..Угаа-. копой;'Л.И.Болдырева и В.И.Рыбака, причем по псех отих работах рассматривается вчзуальнсо вс а^годойст^яе СОЧ и средн. Из разработок последних лат представляют интерес МНР средств технического зрения, созданная В.М.Грігпіянплт, которая позволяет рсалнзогать моделирование трёх типов датчиков СОЧ (гпдмпопов, сЪтстгдтрнд, гатргц на базе приборов с пгргдопоіі евлзыз) и блоков'о5р"бстаі, а среди яагубо-.Н'тх систем- САПР для ЛР П'\2~РШ P-Ot!i,?0$I2,VlZY:l:
Системный подход к моделированию ЛР в целом реализуется в САПР роботов /&7J7" (ЙТ).
Таким образом, для интенсификации процесса проектирования АР в распоряжении разработчиков должен быть аппарат компьютерного моделирования и проектирования, позволяющий на единой методической и программно-алгоритмической основе производить исследование как отдельных подсистем АР, так и АР в целом. Вышеизложенное подтверждает актуальность проблемы разработки САМ СОЧ, являющейся составной частью САМ АР. Актуальность выбранного диссертационного исследования подтверждается также решениями Всесоюзных и Республиканских конференций по роботизации и автоматизации технологических процессов, проектированию измерительных устройств и.систем.
Связь темы с _планами основных научных работ. Тема диссертации соответствует задачам интенсификации и ускоренного развития иаші-ностроенил. Диссертационная работа выполнялась в рамках следующих госбюджетных НИР:
НИР по теме 3.184 "Автоматизация моделирования неоднородных технических устройств" (шифр ".МАРС", ГР 01629057922), выполнявшейся в-НИИ прикладной математики и механики в 1965-1990 гг., включенной, в Государственную целевую программу 0Ц.027 "Создание и развитие автоматизированных систем научных исследований (АСНІІ) г. систем автоматизированного проектирования (САПР)" и Региональную межвузовскую целевую комплексную научно-техническую программу Минвуза FC4CP "Автоматизация", раздел 2,7, выполнявшейся в соответствии с эаказ-нпрлдом )Ь 200;
\Ш по теме 0-532-В5 "Дальнейшее развитие и внедрение типовій технических средств и математического обеспечения в отрасли", ІТ Г9Й360, выполнявшейся в Томском филиале 1ІЯІІ технологии машиностроении в 1985-190? гг.:
ИИ? по теме 0-604-59 "Проведение исследований и разработка опытного образца адаптивного промышленного робота для ГПС мелкосерийного производства", выполнявшейся там яе в І989-І99І гг.
Цель диссертационной работы заключается в построении САМ СОЧ, являющейся составной частью САМ АР.
Для достижения, поставленной цели решаются следующие задачи:
разработка системного подхода, развивающего метод компо -нентных цепей как ыетоднческук» основу алгоритмического -и программного аппарата автоматизированного моделирования СОЧ, других подсистем АР и процесса функционирования очувствленного робота ;
построение аппарата формализованного представления подсис-
- о -
тем СОЧ, имеющих физически неоднородный характер (оптика, электроника, механика и т.д.);
- исследование особенностей компьютерных моделей СОЧ и их элементов для повышения быстродействия вычислительного процесса.
Метопи исследования включают б себя методи исследования измерительных систем, методы общей теории цепей, методи компьютерного моделирования и вычислительного анализа.
Научная новизна. Отличительной чертой диссертационной работа по сравнению с аналогичными отечественными исследованиями является системный подход к моделирований СОЧ АР и процесса функционирования очупетвленного робота, что позволило получить следующие новые научные результаты.
-
Проиэведена декомпозиция СОЧ на структурные составление , исследоааиы внутренние и внешние связи СОЧ и сформулированы задачи моделирования СОЧ.
-
Развита теория компонентных цепей, являкгцдяся методической основой формализованного представления и компьютерного моделирования ССЧ и АР в целом, а также других слокних технических объектов.
-
Построена концептуальная модель внелней среды, учиткввдцая её пгострлнстьешю-Бременяие и физические характеристики, а также типи взаимодействия СОЧ со средой. Разработана интерпретация ал-гсбро-логкческого метода конструирования ьнепней среди средствами аппарата компонентных цепей.
-
Ка единой методической основе реализовано формализованное представление структурных составляющих СОЧ различной физической пригоди - механической, электро-механической, оптико-электронной, информационной. Исследованы особенности матрнчно-топологических моделей элементов СОЧ с целью оптимизации вілнслительного процесса.
-
Разработана и исследована методика моделирования систем (СОЧ. АР и других сложи»: объектов) на структурно-блочном уровне.
-
Реализована программно-алгоритмическая структура САМ СОЧ : директивні;!'; язык управления заданием, вычислительное ядро и библиотека моделей компонентов структурных составлявших СОЧ и среды.
Практическая ценность работы заключается в создании методики и средств формализованного представления СОЧ как для их автономного оперативного моделирования, так и для комплексного моделирования ССЧ в' составе АР. Разработана Гибкая СА.Ч систем очувствления "MAFC-СОЧ", являющаяся составной частью САМ АР ("МАРС-АР").Системы предназначены для использования на компьютерах типа ІЕМ PC и совместимых с ними и являются гибкими и универсальными орудиями про-
ектно-исследовательских работ в области робототехники .
Практическую ценность представляют и частные результаты, полученные в работе:
методика моделирования произвольных систем на структурно-блочном уровне, позволяющая исследовать устройства, подсистемы которых работают в переключательном режиме;
методика формализованного представления и библиотека моделей компонентов внешней среды, позволяющие описывать сервисные зоны роботов;
методика решения обратной задачи кинематики итерационным методом;
применение результатов диссертации в учебном процессе, что позволяет на единой программно-алгоритмической основе осваивать технологию автоматизированного моделирования АР,
. Внедрение результатов работы. Система "МАРС-СОЧ" внедрена в организации Технотрон г.Томска в составе системы "МАРС-АР". Промежуточные результаты, полученные в работе, в форме библиотеки моделей компонентов различных функциональных преобразований внедрены в НПО Полюс г.Томска, где они используются при проведении научно-исследовательских работ по'созданию двигателей. Результаты работы использовались также в учебном процессе, при постановке новой учебной дисциплины "САПР роботизированных комплексов" в Мосстанкине.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Региональной конференции "Молодые ученые и специалисты - ускоренна научно-технического прогресса " (г.Томск,1986); Зональной конференции "Проблемы повышения производительности к качества продукции в условиях автоматизации машиностроительного производства"(г.Андропов,1286); научно-практической конференции на тему "Региональнак межвузовская целевая комплексная научно-техническая программа Минвуза. РСФСР "Автоматизация" и её роль в реализации областной программы "Ускореіше-90"(г.Томск,1965); Всесоюзной конференции "Оптико-электронные измерительные устройства и системы'Ч г.Томск,1989,); научно-техническом семинаре "Теория и практика создания систем технического зрсния'Чг.Москва,1990);научно-технической конференции "Применение ЭВ'А для рошоїшя задач меха-ники'Чг.Севастополь,1991). По теме работы опубликовано II статей, 5 тезисов докладов:результаты работы включены в 2 учебных пособия.
Объём работы. Диссертация содержит 235 с,из них IJ3 с. основного текста (введение,5 глав и заключение), 57 рис. па 40 с. и 14 таблиц на.14 с,II р. списка литературы из 06 наименований.
