Геометрическое моделирование областей разрешенных конфигураций манипуляторов с целью построения их движений в сложноорганизованных средах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.01.01, кандидат наук Нефедов Дмитрий Игоревич

• Нефедов Дмитрий Игоревич
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Нефедов Дмитрий Игоревич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Современные проблемы внедрения робототехнических комплексов при автоматизации технологических процессов, сравнительный анализ известных подходов и алгоритмов в отрасли. Постановка задач исследования

1.1 Анализ средств компьютерной графики, позволяющих осуществлять виртуальное моделирование движений робототехнических систем в организованных средах

1.2 Анализ использования геометрических методов моделирования, позволяющих обеспечить оптимальность синтеза малых движений роботов

1.3 Методика задания геометрических моделей кинематических цепей роботов, используемых для расчета областей разрешенных конфигураций

1.4 Выводы по первой главе и постановка задач исследования

ГЛАВА 2. Определение положения и формы областей в пространстве обобщенных координат, задающих разрешенные конфигурации манипуляторов

2.1 Построение сечений ОРК при наличии запретных зон в рабочем пространстве

2.2 Аналитический способ задания области разрешенных конфигураций для случая, когда запретной зоной является горизонтальная плоскость

2.3 Определение области в пространстве обобщенных координат, задающей множество разрешенных конфигураций при задании запретных зон, ограниченных плоскостями уровня

2.4 Параметрический способ задания области разрешенных конфигураций при изменении положения запретной зоны для плоского четырехзвенного манипулятора

Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. Моделирование движения центра выходного звена в пространстве обобщенных координат при отсутствии и наличии запретных зон

3.1 Моделирование движения манипулятора в пространстве обобщенных координат с использованием критерия минимизации объема движения

3.2 Моделирование движения манипулятора в пространстве обобщенных координат с ограничением ориентации выходного звена в заданных пределах

3.3 Моделирование движения манипулятора с обеспечением заданной скорости центра выходного звена

3.4 Исследование тупиковых ситуаций при автоматизированном синтезе движений манипуляционных систем

Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. Результаты численных расчетов, связанных с использованием областей разрешенных конфигураций при моделировании движений манипуляторов в организованной среде

4.1 Определение точности аналитического задания ОРК и безопасного расстояния до запретных зон для плоского четырехзвенного механизма манипулятора

4.2 Определение траектории движения плоского четырехзвенного механизма манипулятора в пространстве обобщенных координат с использованием ОРК

4.3 Определение траектории движения руки андроидного робота в

пространстве обобщенных координат с использование ОРК

4.4 Результаты численных расчетов, связанных с виртуальным моделированием движений механизмов манипуляторов, с использованием программ на языке AutoLISP в среде AutoCAD

Выводы по четвертой главе

Заключение

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

В настоящей работе приняты следующие сокращения:

АПР - автономный промышленный робот,

АСУ - автоматизированная система управления,

ВЗ - выходное звено,

ИМ - исполнительный механизм,

ИСУ - интеллектуальные системы управления,

МЧПО - матрица частных передаточных отношений,

ОРК - область разрешенных конфигураций,

ОД - объем движения,

ПО - программное обеспечение,

ПОК - пространство обобщенных координат,

ЭО - элементарные операции.

Локально встречающиеся специальные обозначения и сокращения определены непосредственно в тексте работы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Геометрическое моделирование областей разрешенных конфигураций манипуляторов с целью построения их движений в сложноорганизованных средах»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В настоящее время роботы широко используются для выполнения самых разных задач. В промышленности и вне производства от роботов-манипуляторов требуется адаптация к меняющимся условиям внешней среды. На этапе предварительной оценки двигательных возможностей механизмов манипуляторов, участвующих в технологических процессах, используется компьютерное моделирование движений При указанном моделировании необходимо решать задачу связанную с сокращением времени расчета изменения обобщенных координат роботов и сокращением объема движения с учетом внешней среды позволяет обеспечить рост производительности как процесса компьютерного моделирования, так и реального робототехнического комплекса.

Выявление закономерностей строения рабочих зон манипуляторов и их областей разрешенных конфигураций, а также описание их с помощью геометрических объектов позволяет оптимизировать работу алгоритма построения движений манипуляторов, используемого при проектировании технологических процессов связанных с контролем, нанесением покрытий и сваркой изделий, и управлении ими.

Степень разработанности темы исследования:

Теоретической базой исследований в области геометрического моделирования и многомерной геометрии послужили работы отечественных и зарубежных ученых: К. И. Валькова, В. Я. Волкова, Г. С. Иванова, И. И. Котова, П. В. Филиппова, А. М. Тевлина, В. И. Якунина и др. В области геометрического моделирования задач пространственной кинематики механизмов и теории управления манипуляционными системами роботов проводили исследования С. Л. Зенкевич, А. А. Кобринский, А. И. Корендясев, В. В. Найханов, В. Е. Турлапов, К. В. Фролов, А. С. Ющенко и др.

Указанные ученые исследовали синтез движения манипуляторов по вектору скоростей, а также двигательную избыточность и способы ее

преодоления. В работах проводился анализ разрешенных конфигураций, однако данные конфигурации были исследованы только лишь в локальной зоне в непосредственной близости от механизма манипулятора. Полностью все многообразие точек принадлежащих области разрешенных конфигураций в указанных работах не исследовалось.

Целью данной работы является сокращение времени вычислений и объема движения в приводах при проектировании технологических процессов с использованием робототехнических комплексов путем создания геометрических моделей и вычислительных алгоритмов, осуществляющих перенос выходного звена в целевые положения в сложноорганизованной среде.

Объект исследования: области разрешенных конфигураций (ОРК) в пространстве обобщенных координат для различных механизмов манипуляторов и запретных зон.

Предмет исследования: множества дискретных положений точек в многомерном пространстве обобщенных координат, задающих конфигурации манипулятора, не пересекающие запретные зоны.

Задачи исследования:

1. На основе геометрического компьютерного исследования положений точек, задающих разрешенные конфигурации различных механизмов манипуляторов в пространстве обобщенных координат (ПОК), разработать универсальные способы описания областей данных точек с помощью методов триангуляции и графа гиперкубов.

2. На основе информационных технологий разработать параметрический способ аналитического описания ОРК при различных положениях запретной зоны для случая движения плоского четырехзвенного механизма манипулятора в пространстве, ограниченном по высоте.

3. Разработать способ определения границ достижимости рабочего

пространства, а также маневренности манипуляторов в различных точках

зоны обслуживания с учетом положения запретных зон. Определить

7

геометрические параметры, характеризующие маневренность механизмов манипуляторов с учетом положения запретных зон.

4. Выполнить модификацию метода синтеза движений роботов (предложенного Кобринским А.А.) с помощью ОРК, позволяющих исключать возникновение тупиковых ситуаций при построении перемещений.

5. Сократить время вычислений и объем движения при расчете промежуточных конфигураций в процессе моделирования движения выходного звена к заданному целевому положению.

Методы исследования. В работе использованы методы аналитической и многомерной геометрии, вычислительной математики и компьютерной графики. При выполнении исследования учтены основные положения о структуре, устройстве и кинематических параметрах исследуемых манипуляционных систем роботов. При разработке алгоритмов применены процедурный подход и инструментарий компьютерной графики.

Научная новизна. Новыми научными результатами диссертационного исследования являются:

- способы определения ОРК на основе использования кинематических поверхностей, метода триангуляции и графа гиперкубов для различных структур кинематических цепей механизмов манипуляторов, различных видов запретных зон и их положений;

- аналитические зависимости, устанавливающие влияние параметров положения запретных зон на кинематические поверхности, задающие области разрешенных конфигураций в ПОК применительно к плоскому четырехзвенному механизму манипулятора, функционирующему в сложноорганизованном пространстве, ограниченном по высоте;

- способ оценки множества положений центра выходного звена (ВЗ), определяющих границы достижимости рабочего пространства, а также маневренность манипуляторов в различных точках зоны обслуживания с учетом положения запретных зон;

- алгоритм вычисления в пространстве обобщенных координат точек кривой, которая определяет движение манипулятора в организованной среде, построенный на основе использования ОРК;

- аналитические зависимости, позволяющие сократить время вычислений и объем движения при расчете промежуточных конфигураций в процессе построения движения выходного звена в организованных средах.

Результаты исследований, выносимые на защиту:

- способ определения ОРК на основе геометрического компьютерного исследования их сечений при различных структурах кинематических цепей механизмов манипуляторов, различных видах запретных зон и их положения;

- модели ОРК на основе задания кинематических поверхностей, совокупностей треугольников и графа гиперкубов, определяющих указанную область в многомерном пространстве обобщенных координат;

- параметрический способ определения ОРК для плоского четырехзвенного механизма манипулятора, функционирующего в пространстве, ограниченном по высоте, на основе использования геометрических компьютерных технологий;

- способ определения границ достижимости рабочего пространства на основе исследования и использования ОРК, а также маневренности манипуляторов в различных точках зоны обслуживания с учетом положения запретных зон;

- алгоритм вычисления в пространстве обобщенных координат точек кривой, задающей движение робота-манипулятора, с использованием ОРК, позволяющий сократить время вычислений и объем движения.

Практическая значимость и внедрение результатов:

- алгоритм определения достижимости целевых точек механизмами манипуляторов на основе заданных запретных зон, а также использования ОРК. Реализация данного алгоритма на языке программирования Аи1:оЫ8Р позволяет сократить время вычислений при виртуальном моделировании движений;

- алгоритмы построения движений виртуальных моделей механизмов манипуляторов в организованных средах;

- алгоритмы проектирования технологических процессов нанесения покрытий с использованием робототехнических комплексов.

Апробация работы. Основные положения данной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на отечественных конференциях: «Информационные технологии в науке и производстве» (Омск, 2015, 2017), «Автоматизация, мехатроника, информационные технологии» (Омск, 2016), «Инновационные технологии в инженерной графике: проблемы и перспективы» (Брест, 2016), «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2016), «Россия молодая: передовые технологии - в промышленность» (Омск, 2017), «Региональная научно-техническая конференция "Ученые Омска - региону"» (Омск, 2017), «Проблемы современного машиностроения» (Томск, 2017), <^гарЫСоп 2018: 28-я Международная конференция по компьютерной графике и машинному зрению» (Томск, 2018), «Механика и машиностроение. Наука и практика» (Санкт-Петербург, 2018), «Проблемы машиностроения» (Омск, 2019, 2020).

Соответствие паспорту специальности. Диссертационная работа по своим целям, задачам, содержанию, методам исследования и научной новизне соответствует научной специальности 05.01.01 по следующим пунктам: п. 4 -Геометрические методы оптимизации в разных отраслях науки и техники; п. 6 - Геометрические основы компьютерного исследования процессов: проектирования, конструирования и технологии производства; п. 8 - Геометрические основы информационных технологий и систем.

Личный вклад автора: решение задач диссертации, разработанные алгоритмы и их программная реализация, экспериментальные и теоретические результаты, представленные в диссертации и выносимые на защиту, принадлежат лично автору.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 23 научные работы, в том числе 3 статьи в журналах из перечня ВАК, 4 статьи в изданиях входящих в международную реферативную базу данных и систем цитирования Scopus, 11 публикаций в сборниках материалов международных, всероссийских и региональных научно-технических конференций.

Внедрение результатов работы. Разработанные алгоритмы внедрены на ОМО им. Баранова при проектировании технологических процессов с использованием робототехнических комплексов при обработке поверхностей крупногабаритных изделий.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений, изложена на 133 страницах, содержит 50 рисунков, 12 таблиц и 3 приложения.

ГЛАВА 1. Современные проблемы внедрения робототехнических комплексов при автоматизации технологических процессов, сравнительный анализ известных подходов и алгоритмов в отрасли. Постановка задач

исследования

1.1 Анализ средств компьютерной графики, позволяющих осуществлять

виртуальное моделирование движений робототехнических систем в

организованных средах

При управлении роботом с использованием копирующих устройств, непосредственный контроль над действиями робота в некоторых случаях может быть затруднен или невозможен. Системы управления на основе копирующих устройств представлены в работах Гайдука А.Р., Кутлубаев И.М., Макарова И.М., Лопатина П.К., Мордковича Е.А., Юревича Е.И. и др. [6,32,38]. Автоматическое генерирование модели реальной рабочей зоны с помощью системы технического компьютерного зрения так же пока еще является сложным и в некоторых случаях невозможным. Определение объектов окружающей среды с использованием систем технического зрения представлено в работах Найханова В.В., Рыбак В.И., Якунина В.И. и др. [41,69,85]. Поэтому разработка систем, обеспечивающих управление движением робота с помощью компьютерного моделирования, является актуальной задачей и позволяет гарантировать быстрый и безопасный перенос объектов манипулирования реальными манипуляторами без их повреждений (при отсутствии резких движений, столкновений с препятствиями).

При компьютерном моделировании перемещения робота часто требуется обеспечить его движение в среде, в которой могут присутствовать препятствия. Поэтому такие манипуляторы должны быть снабжены гибким алгоритмом синтеза движений в сложноорганизованной среде. В настоящее время такие алгоритмы вычисляют каждую промежуточную конфигурацию, связанную с перемещением манипулятора, определяя, приведет ли эта

12

расчетная конфигурация к столкновению манипулятора или переносимого груза с запретными зонами. Такой подход при обеспечении автономного управления роботом-манипулятором требует больших временных затрат. Современные тенденции развития робототехнических систем состоят в оснащении роботов множеством сенсорных систем, окончательной целью которых является полное или частичное автономное функционирование робота. В конечном счете, результатом использования данных сенсорных систем чаще всего является осмысленное и целенаправленное движение робота. Так же ведутся работы, связанные с созданием автономных роботов, оснащенных интеллектуальными системами управления [1]. Необходимость создания указанных автоматических систем, способных обеспечить выполнение требуемых функций в организованной среде, вызвала резкую активизацию поисковых исследований по использованию искусственного интеллекта в задачах управления движением роботов.

При автоматизированном построении движения механизмов манипуляторов существует необходимость в создании новых способов определения системой управления положения манипулятора в окружающей среде. Моделирование движением манипулятора с использованием виртуальных моделей в сложно организованной среде может быть основано на использовании алгоритма построения движения по вектору скоростей, разработанного Wihtney D.E. и в дальнейшем модифицированного Кобринским А.А., Кобринским А. Е., Корендясевым А.И. и др. [24, 27, 97]. Оценка текущих ситуаций в этом способе синтеза движения возможна с использованием совокупностей разрешенных конфигураций. Разрешенные и запрещенные конфигурации определялись Егоровым А.С и Лопатиным П.К [13, 35, 36, 92]. В работе Притыкина Ф.Н. [58] был предложен способ анализа взаимного положения механизма манипулятора и запретных зон, основанный на использовании ОРК при компьютерном моделировании движений роботов [22].

Двигательные возможности манипулятора определяются различными геометрическими параметрами. Указанные геометрические характеристики подробно исследованы в работах Зенкевича С.Л., Ющенко А.С., Кобринского А.А., Кобринского А.Е., Корендясева А.И. и др. [11,19,24,27].

В результате работы алгоритма синтеза движений по вектору скоростей возникают различные ситуации, такие как: пересечение звеньев исполнительного механизма манипулятора с запрещенными зонами (препятствиями), нарушение заданных ограничений на изменение обобщенных координат и обобщенных скоростей в приводах, неправильно вычисленная позиция ВЗ в целевой точке (и связанное с этим повреждение объекта манипулирования). Могут так же возникать ситуации в работе алгоритма, приводящие к прекращению дальнейшего синтеза движений. При этом алгоритм не позволяет рассчитать следующую конфигурацию, обеспечивающую перемещение ВЗ в последующую точку планируемой траектории. Такие ситуации называют тупиковыми. Тупиковые ситуации исследовались в работах Корендясева А.Н., Саламанра Б.Л., Тывеса Л.И, Притыкина Ф.Н. и др. [24,28, 54,55,56].

Основной концепцией разрабатываемого метода синтеза траекторий движения механизма манипулятора, позволяющего исключать тупиковые ситуации, является исследование на виртуальном уровне возможностей механизма манипулятора на основе использования математических моделей заданных запретных зон. Для преодоления тупиковых ситуаций в движениях манипулятора необходима разработка математических моделей областей в пространстве обобщенных координат, задающих разрешенные конфигурации с учетом многочисленных факторов. На основе данных моделей (баз данных) повышается быстродействие и производительность процесса компьютерного управления движением манипулятора. Таким образом, на основе использования ОРК происходит вычисление траектории маршрута движения робота на виртуальном уровне с преодолением тупиковых ситуаций.

Модель окружающей среды, заданная в конфигурационном пространстве с помощью, ОРК (определяющая базу данных), дает необходимую информацию для управления движениями робота. На этом этапе система оценивает возможности (умения) манипулятора, при этом гарантируется достижение требуемого целевого положения объекта манипулирования. Диапазон эффективного выполнения операции роботом ограничен, однако с помощью виртуального моделирования можно вывести манипулятор из тупиковой ситуации в удобную точку. Таким образом, анализ возможностей робота и геометрической модели окружающей среды на основе ОРК дополняют друг друга.

Геометрические описания запретных зон включают описания формы объектов и систем координат для задания положения и ориентации этих объектов в базовой неподвижной системе координат. В описании геометрической модели определенных объектов используют булеву алгебру, основанную на выполнении операций объединения, вычитания и пересечения пространственных примитивов. Данные вопросы представлены в работах Рвачева В. Л. и др. [33, 67]. Физическое описание включает в себя вес, положение центра тяжести и другие физические свойства объектов, которые в данной работе не учитываются, так как предметом исследований является только компьютерное моделирование движений механизмов манипуляторов. Заметим, что в процессе виртуального моделирования на каждой итерации происходит перемещение системы координат, связанной с ВЗ, к целевому положению на некоторую заранее заданную величину.

1.2 Анализ использования геометрических методов моделирования, позволяющих обеспечить оптимальность синтеза малых движений роботов

При разработке математических моделей, позволяющих автоматизировать процесс управления движением робота, существует

необходимость в совершенствовании метода синтеза движения по вектору скоростей, при которых возможно преодолевать тупиковые ситуации [54, 58]. Поэтому одним из требований при разработке методов синтеза движений манипуляторов является обеспечение возможности заранее обходить тупиковые ситуации.

Очевидно, что подобная работа должна проводиться еще на этапе разработки алгоритма. В процессе его разработки многие параметры, используемые в математической модели, могут изменяться. Так же может измениться двигательная задача, и условия её реализации. Все это говорит о том, что тестирование алгоритма на реальном механизме будет слишком дорогостоящим, поэтому необходимо использовать компьютерное моделирование работы алгоритма. Таким образом, достигается не только экономия ресурсов, но и появляется возможность определить ряд его свойств (максимальный и минимальный углы наклона ВЗ по отношению к заданным направлениям, скорость смещения ВЗ и др.), которые весьма облегчат дальнейший процесс управления движением реальных манипуляторов.

В данной работе определяются области разрешенных конфигураций манипуляторов, и на основе их совершенствуется метод синтеза движений по вектору скоростей. Работа указанного метода подразделяется на следующие этапы:

1. Расчет траектории ВЗ - построение траектории от начального положения ВЗ до целевого с обеспечением заданного удаления от препятствий.

2. Задание геометрической модели кинематической цепи исполнительного механизма манипулятора и её использование в методе синтеза движений. Заданию геометрических моделей кинематических цепей посвящены работы Denavit J., Hartenberg R., Жеребятьева К.В., Притыкина Ф.Н. и др. [17,88].

3. Разбиение траектории ВЗ на отрезки и вычисление в соответствии с

ними значений вектора V скоростей ВЗ на каждой итерации расчетов.

16

4. Определение вектора обобщенных скоростей Q на основе использования матрицы частных передаточных отношений (МЧПО, матрицы Якоби) при отсутствии и наличии двигательной избыточности. Расчёт элементов МЧПО различными способами представлен в работах Whitney D.E., Кобринского А.А., Тывеса Л.И., Корендясева А.Н. [19,27,28,77,98].

5. Определение наиболее оптимального движения на основе использования критерия, который минимизирует объем движения при наличии двигательной избыточности. Расчет вектора обобщённых скоростей на основе использования критерия, который минимизирует объем движения изложен в работах Кобринского А.А и др. [15,24, 54Ошибка! Источник с сылки не найден.,86].

6. Определение пересечения исполнительного механизма с запретными зонами (в существующих известных алгоритмах).

7. Обход запретных зон на основе исследования точек пространства обобщенных скоростей, принадлежащих ^-плоскости, определенной системой линейных уравнений, задающих взаимосвязь между вектором Q (qi',qi,---, qn') (задающим скорости обобщенных координат механизма) и вектором V (Vx,Vy, ... az) (задающим скорости простейших движений ВЗ) [29,39]. Указанная линейная система уравнений имеет следующий вид [24,27]:

V= JAQ (1.1)

где J - матрица частных передаточных отношений, размерности r*n. Параметры r и n соответственно определяют количество компонентов векторов V и Q. A - матрица диагонального вида весовых значений скоростей или приращений обобщенных координат [15].

Для плоского четырехзвенного механизма манипулятора система линейных уравнений (1.1), при размерности вектора V(Vx, Vy) равной двум, в пространстве обобщенных скоростей определяет две плоскости AQ и (рис 1.1). Любая точка, принадлежащая линии пересечения данных плоскостей

Г = Л2 П удовлетворяет системе (1.1). Где знак П определяет пересечение геометрических объектов. Линейные объекты многомерных пространств подробно исследованы в работах Валькова К.И., Волкова В.Я., Иванова Г.С., Первиковой В.Н. , Филиппова П.В. и др. [3,5,21,51,78].

Известно, что при синтезе движений манипулятора существуют особые конфигурации, когда обобщенные координаты принимают значения, равные 0о, 90о, 180о и когда центр ВЗ находится на незначительном удалении от осей неподвижной (инерциальной) системы координат. Данные вопросы исследованы в работах Тывеса Л.И., Чернова В.А., Глазунова В.А. и др. [77].

Рисунок 1.1 - Геометрическая модель нахождения вектора ^ для примера синтеза движений плоского четырехзвенного манипулятора

В указанных случаях алгоритм синтеза перемещений по вектору скоростей не может построить следующую конфигурацию, так как значительно возрастает погрешность линеаризации. Для расчета точки на прямой Г2, (см. рис. 1.1) для которой будет обеспечен минимальной объем движения, необходимо опустить перпендикуляр из точки О2, на прямую Г2. Данная точка на рисунке обозначена М2. Тогда при синтезе движений при

возникновении пересечения конфигурации с запретной зоной вектор скоростей О* определяют по зависимости [24,27,54]:

О* = Ом + Е к у т Он, , (1.2)

1=1

где Ом - вектор, задающий точку М в пространстве обобщенных скоростей, к - координаты точки № в ^-плоскости (каждой точке № при реализации мгновенного состояния qi=qi + ¿11 соответствует определённая конфигурация), т - длина единичного отрезка, Он - орты репера ^-плоскости Г®, определяемые нормалями гиперплоскостей перпендикулярных гиперплоскостям (1.1) и проходящим через начало координат О®. Использование уравнения (1.2) позволяет осуществлять расчет таких конфигураций, которые не пересекают запретные зоны и удовлетворяют заданному движению ВЗ. Заметим, что точка М удовлетворяет условию:

Н^И^! — тт , (1.3)

где /к[1 - определяют приращения обобщенных координат за одну итерацию.

На рисунке 1.2а изображены две конфигурации пространственного четырехзвенного механизма манипулятора, который установлен на транспортной тележке. Первая конфигурация соответствует д3 >180°, соответственно вторая д3 < 180°. Данные конфигурации принадлежат различным типам. На рисунке 1.2б представлены результаты моделирования синтеза движения центра ВЗ по отрезку траектории с возникновением тупиковой ситуации.

Как видно из рисунка, для преодоления тупиковой ситуации необходимо сменить тип конфигурации.

0?

о,;

а)

б)

Рисунок 1.2 - Конфигурации манипулятора: а - конфигурации различных типов; б - положение конфигурации в тупиковой ситуации и выход из неё благодаря смене типа конфигурации

1.3 Методика задания геометрических моделей кинематических цепей роботов, используемых для расчета областей разрешенных конфигураций

В профессиональной деятельности используется множество различных

кинематических схем механизмов манипуляторов. Каждый из этих

механизмов определяется набором параметров, задающих незамкнутую

кинематическую цепь: кинематические пары, определяющие типы

преобразования систем координат, длины звеньев, предельные угловые и

20

линейные значения смещений в кинематических парах, задающих границы изменения значений обобщенных координат. Задание моделей кинематических цепей роботов на основе матриц преобразования систем координат представлено в работах Denavit J., Hartenberg R.S., Кобринс-кого А.А., Корендясева А.И., Фролова К.В. и др. [17,24,27,80,81,88,96].

Для краткости задания моделей кинематических цепей, матрицы преобразований в работе Притыкина Ф.Н. [54] предложено определять с использованием кодов. Каждый код соответствует одному из преобразований (см. таблица А1 приложении А). Условимся в настоящей работе преобразования систем координат задавать с использованием указанных кодов.

Для примера, рассмотрим использование метода задания моделей кинематических цепей для некоторых механизмов манипуляторов реальных роботов, для которых в п.2.1-4 данной работы определяются ОРК. На рисунке 1.3 представлен внешний вид и кинематическая схема механизма манипулятора мобильного робота «Варан», а в таблице 1.1 параметры, определяющие модель и положение его кинематической цепи. Для задания модели кинематической цепи необходимо составить значения массивов qt, ¡¡, lsmi и nkod имеющих одинаковое количество элементов (см. табл. 1.1). Использование указанных массивов различной размерности позволяет задавать модели кинематических цепей, имеющих произвольные структуры и произвольное число обобщенных координат [54]. При этом указанные массивы позволяют вычислять элементы матриц представленных в таблице А.1 приложения А, а именно матриц М0кк определяющих положения звеньев механизма, и м.ч.п.о. J. Движение транспортной тележки на рисунке 1.3а определяет взаимное положение манипулятора и запретной зоны. Так как при функционировании механизма манипулятора целевые точки, которые необходимо достигнуть выходным звеном, всегда находятся в плоскости ^02-4

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Нефедов Дмитрий Игоревич, 2020 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Афонин, В. Л. Интеллектуальные робототехнические системы / В. Л. Афонин, В. А. Макушкин. - Москва : Интернет-университет информационных технологий, 2010. - 208 с. - Текст : непосредственный.

2 Бубенников, А.В. Начертательная геометрия / А.В. Бубенников, М. Я. Громов. - Москва: Высшая школа, 1973. - 416 с. - Текст : непосредственный.

3 Вальков, К. И. Язык и геометрия. Момент истины // Геометрические модели и алгоритмы. - Ленинград: 1988. - C. 9 - 28. - Текст : непосредственный.

4 Вертинская, Н. Д. Задачи геометрического моделирования технологических процессов: научно-методическое пособие / Н. Д. Вертинская. - Москва : Издательский дом Академии Естествознания, 2015. - 132 с. - Текст : непосредственный.

5 Волков, В.Я. Курс начертательной геометрии на основе геометрического моделирования / В.Я. Волков, В.Ю. Юрков, К.Л. Панчук, Н.В. Кайгородцева.

- Омск, Изд-во СибАДИ, 2010. - 253 с. - Текст : непосредственный.

6 Гайдук, А. P. Оптимальное перемещение тела интеллектуальным роботом / А. P. Гайдук, С. Г. Капустян, И. О. Шаповалов. - Текст : непосредственный // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2009. - №7.

- С. 43-46.

7 Гершман, И.П. Конструирование поверхностей путем выделения их непрерывных линейчатых каркасов из многопараметрических множеств линий // Труды УДН им. П. Лумумбы. Т. 26: Математика.: Прикладная геометрия. Москва, 1967. - Вып. 3. - С. 33 - 47. - Текст : непосредственный.

8 Гладков, С. А. Программирование на языке Автолисп в системе САПР AUTOCAD / С. А. Гладков. - Москва : МИФИ, 1992. - 90 с. - Текст : непосредственный.

9 Голованов, Н. Н. Геометрическое моделирование: учеб. для вузов по направлению "Информатика и вычислительная техника" / Н. Н. Голованов. -Москва : Академия, 2011. - 270 с. - Текст : непосредственный.

10 Голованов, Н. Н. Компьютерная геометрия: учеб. пособие для студ. вузов / Н. Н. Голованов, Д. П. Ильютко, Г. В.Носовский, А. Т. Фоменко Москва: Издательский центр "Академия", 2006. - 512 с. - Текст : непосредственный.

11 ГОСТ 25686-85. Манипуляторы, автооператоры и промышленные роботы. Термины и определения — Введ. 01.01.86.— Москва: Изд-во стандартов, 1988.— 27 с. - Текст : непосредственный.

12 Гриценко, П. А., Нахождение оптимальной траектории движения по заданному пути для кинематически избыточного манипулятора / П. А. Гриценко, С. В. Арановский. - Текст : непосредственный // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2014. - № 1. - С. 40-44.

13 Егоров, А. С. Использование алгоритма полиномиальной аппроксимации в задаче управления манипулятором в среде с неизвестными препятствиями / А. С. Егоров, П. К. Лопатин. - Текст : непосредственный // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2013. - № 3. - С. 24-29.

14 Ермолов, И. Л. Автономность мобильных роботов, ее сравнительные меры и пути повышения / И. Л. Ермолов. - Текст : непосредственный // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2008. - № 6. - С. 23-28.

15 Ескенин, Р.Н. Геометрическое моделирование и оптимизация процессов управления адаптивным промышленным роботом: автореф. дисс. к.т.н: 05.01.01. / Р.Н. Ескенин; СибАДИ. — Омск, 2010. — 20 с. - Текст : непосредственный.

16 Ефимов, Н. В. Краткий курс аналитической геометрии / Н. В. Ефимов. -URL : http://www.ict.edu.ru/vconf/ (дата обращения 1.01.2020). - Текст : электронный

17 Жеребятьев, К. В. Решение прямой кинематической задачи для шестизвенного манипулятора универсального промышленного робота ПР125/ К. В. Жеребятьев, С. П. Ивановский, Д. К. Жеребятьев. - Текст : непосредственный // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2005. - № 2.

- С. 28-34.

18 Зейлигер, Д. Н. Комплексная линейчатая геометрия. - Москва:. 1934. -195 с.

19 Зенкевич, С. Л. Управление роботами. Основы управления манипуляционными робототехническими системами / С. Л. Зенкевич, А. С. Ющенко. - Москва : МВТУ, 2000. - 400 с. - Текст : непосредственный.

20 Иванов, Г. С. Конструирование технических поверхностей (математическое моделирование на основе нелинейных преобразований). -Москва: Машиностроение. 1987. - 192 с. - Текст : непосредственный.

21 Иванов, Г. С. Теоретические основы начертательной геометрии: Учебное пособие. - Москва: Машиностроение, 1998. - 158 с. - Текст : непосредственный.

22 Касаткин, А.М. О представлении знаний в системах искусственного интеллекта роботов / Текст : непосредственный // Кибернетика, - 1979. - № 2.

- С. 57 - 65.

23 Климчик, А. С. Разработка управляющих программ промышленных роботов: курс лекций / А. С. Климчик, Р. И. Гомолицкий, Ф. В. Фурман, К. И. Сёмкин. - Минск: Изд-во БГУИР, 2008. - 131 с. - Текст : непосредственный.

24 Кобринский, А. А. Манипуляционные системы роботов / А. А. Кобринский, А. Е. Кобринский. - М. : Наука. 1985. - 343 с. - Текст : непосредственный.

25 Кокарева, Я.А. Синтез уравнений линейчатых поверхностей с двумя криволинейными и одной прямолинейной направляющими / Я. А. Кокарева. -Текст : непосредственный // Геометрия и графика. - 2018. - Т. 6. - № 3. - С. 3

26 Конюх, В. Л. Робототехнические системы для подземных работ: история и перспективы / В. Л. Конюх. - Текст : непосредственный // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2006. - № 2. - С. 21-25.

27 Корендясев, А. И. Манипуляционные системы роботов / А. И. Корендясев, Б. Л. Саламандра, Л. И. Тывес. - Москва : Машиностроение, 1989. - 472 с. - Текст : непосредственный.

28 Корендясев, А. И. Определение числа степеней свободы исполнительного органа промышленного робота / А. И. Корендясев, Б. Л. Саламандра, Л. И. Тывес. - Текст : непосредственный // Машиноведение.

- 1985. - № 6. - С. 44 - 53.

29 Корн, Г. Справочник по математике. / Корн Г., Корн Т. //- Москва: Наука. 1984. - 831 с. - Текст : непосредственный.

30 Короткий, В.А. Компьютерное моделирование технических поверхностей / В.А. Короткий , Е.А. Усманова, Л.И. Хмарова. - Текст : непосредственный // Геометрия и графика. - 2015. - Т. 3 - № 4. - С. 19 - 26.

31 Котов, И.И. Алгоритмы конструирования каркасных поверхностей / И.И. Котов. - М.: МАИ, 1975. - 63 с. - Текст : непосредственный.

32 Кутлубаев И.М. Космический эксперимент с антропоморфным роботом / Богданов А.А., Кутлубаев И.М., Пермяков А.Ф. - Текст : непосредственный // Решетневские чтения. 2017. - Т. 1. - С. 552-554.

33 Лавров, И. А. Задачи по теории множеств, математической логике и теории алгоритмов / И. А. Лавров, Л. Л. Максимова. - Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 256 с. - Текст : непосредственный.

34 Локтев, М.А. Функционально-воксельный метод в решении задач поиска пути: автореферат диссертации к.т.н.: 05.01.01. / М.А. Локтев; НГАСУ.

- Нижний Новгород, 2016. - 20 с. - Текст : непосредственный

35 Лопатин, П. К. Алгоритм исследования достижимости объекта манипулятором в неизвестной среде / П. К. Лопатин. - Текст :

непосредственный // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2012. - № 9.

- С. 49-52.

36 Лопатин, П. К. Исследование достижимости целевых состояний в неизвестной статической среде / П. К. Лопатин. - Текст : непосредственный // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2009. - № 4. - С. 2 - 6.

37 Ляшков, А.А. Особенность отображения гиперповерхности четырехмерного пространств / А.А. Ляшков, К.Л. Панчук, Л.Г. Варепо. - Текст : непосредственный //Геометрия и графика. - 2017. - Т. 5. - № 3. - С. 3 - 10.

38 Макаров, И. М. Использование генетических алгоритмов для автоматического формирования базы знаний интеллектуальной системы управления автономным мобильным роботом / И. М. Макаров, В. М. Лохин, С. В. Манько, М. В. Кадочников. - Текст : непосредственный // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2008 - №6. - С. 18 - 22.

39 Мальцев, А. И. Основы линейной алгебры. - М.-Л.: ГИТТЛ. - 1948. -Текст : непосредственный.

40 Михайленко, В.Е. Формообразование оболочек в архитектуре / В.Е. Михайленко, В.С. Обухова, А.Л. Подгорный. - Киев: Буд1вельник, 1972.

- 207с. - Текст : непосредственный.

41 Найханов, В. В. Методы и алгоритмы геометрического моделирования процессов очувствления и навигации роботов на базе систем технического зрения. Автореферат докторской диссертации. / В. В. Найханов; МАИ. -Москва: 1997. - 47 с. - Текст : непосредственный.

42 Нефедов, Д. И. Аналитический способ задания области разрешенных конфигураций при задании двух препятствий с использованием фронтально проецирующих плоскостей / Д. И. Нефедов. - Текст : непосредственный // Информационные технологии в науке и производстве : материалы IV Всерос. молод. науч.-техн. конф., 8-9 февр. 2017 г. / ОмГТУ. - Омск, 2017. - С. 123127.

43 Нефедов, Д. И. Исследование тупиковых ситуаций при автоматизированном синтезе движений манипуляционных систем / Д. И. Нефедов. - Текст : непосредственный // Информационные технологии в науке и производстве : материалы Всерос. молод. науч.-техн. конф., Омск, 910 февр. 2015 г. / ОмГТУ. - Омск, 2015. - С. 249 - 253.

44 Нефедов, Д. И. Преодоление тупиковых ситуаций при синтезе движений манипулятора мобильного робота с обеспечением заданной ориентации выходного звена / Д. И. Нефедов. - Текст : непосредственный // Инновационные технологии в инженерной графике. Проблемы и перспективы. / БрГТУ. - Брест, 2016. - а 112 - 115.

45 Нефедов, Д.И. Программный модуль «Определение области разрешенных конфигураций и синтез движений руки андроидного робота в организованном пространстве» / Д.И. Нефедов, Ф.Н. Притыкин // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2019617040.; заявл. 27.05.19; опубл. 03.06.19, RU ОБПБТ №2.

46 Нефедов, Д.И. Программный модуль «Определение параметров, характеризующих манипулятивность плоских механизмов манипуляторов» / Д.И. Нефедов, Ф.Н. Притыкин, А.Ю. Осадчий // М.: ИНИМ ОФЭРНиО, 2015.

- №50201550141. Св-во о регистрации электронного ресурса. № 20892; от 05.05.15.

47 Норенков, И. П. Основы автоматизированного проектирования : учеб. для вузов по специальности "Информатика и вычислительная техника" / И. П. Норенков. - 3-е изд., перераб. и доп. - Москва: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. - 446 с. - Текст : непосредственный.

48 Обухова, В.С. Линейчатые поверхности как модели семейства сечений поверхностей каналов / В.С. Обухова. - Текст : непосредственный // Прикладная геометрия и инженерная графика. - Киев, 1985. - Вып. 40. - С. 10

- 17.

49 Осипов, В.А. Машинные методы проектирования непрерывно-

каркасных поверхностей / В.А. Осипов. - Москва: Машиностроение, 1979. -

117

248 с. - Текст : непосредственный.

50 Панчук, К.Л. Дифференциально-геометрический метод образования линейчатых развертывающихся поверхностей / К.Л. Панчук, А.С. Нитейский. - Текст : непосредственный // Вестник КузГТУ. - 2014. - № 1 (101). - С. 70 -73.

51 Первикова, В. Н. Основы многомерной начертательной геометрии. -М.: МАИ. 1976. - 34 с. - Текст : непосредственный.

52 Притыкин, Ф.Н. Аналитическое задание четырехмерной области разрешенных конфигураций руки андроидного робота при наличии запретной зоны в рабочем пространстве / Ф.Н. Притыкин, Д.И. Нефедов. - Текст : непосредственный // ОгарЫСоп 2018: 28-я Междунар. конф. по компьютерной графике и машинному зрению. - Томск, 24-27 сент., 2018. - С. 376 - 379.

53 Притыкин, Ф. Н. Аналитическое описание области, задающей множество разрешенных конфигураций механизма мобильного манипулятора с учетом положения запретных зон / Ф. Н. Притыкин, А. Ю. Осадчий, Д. И. Нефедов. - Текст : непосредственный // Евразийский союз ученых (ЕСУ). - 2015. - № 10 (19) - С. 119 - 123.

54 Притыкин, Ф. Н. Виртуальное моделирование движений роботов, имеющих различную структуру кинематических цепей: монография / Ф. Н. Притыкин. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2014. - 172 с. - Текст : непосредственный.

55 Притыкин, Ф. Н. Вычисление траектории движения механизма манипулятора в пространстве обобщенных координат при наличии запретных зон в рабочем пространстве / Ф. Н. Притыкин, Д. И. Нефедов. - Текст : непосредственный // Динамика систем, механизмов и машин. - 2016. - № 1, т. 4. - С. 178 - 182.

56 Притыкин, Ф. Н. Геометрический анализ текущих ситуаций, характеризующих положение манипулятора и окружающей среды на основе использования области разрешенных конфигураций / Ф. Н. Притыкин,

В. Г. Хомченко, В. И. Глухов, Д. И. Нефедов. - Текст : электронный // Программные системы и вычислительные методы. - 2017. - № 2. - URL: http://e-notabene.ru/ppsvm/article_22685.html (дата обращения: 1.09.2020)

57 Притыкин, Ф. Н. Геометрический способ исследования зоны обслуживания роботов при заданных препятствиями ограничениях на движения звеньев / Ф.Н. Притыкин, Д.И. Нефедов. - Текст : непосредственный // Проблемы машиноведения: IV Международная науч.-техн. конф. - Омск, 17-19 мар., 2020. С. 446-451.

58 Притыкин, Ф. Н. Исследование областей пространства конфигураций, задающих совокупность достижимых точек рабочей зоны манипулятора с учетом положения запретных зон / Ф. Н. Притыкин, А. Ю. Осадчий. - Текст : непосредственный // Омский научный вестник. Сер. Приборы машины и технологии. - 2014. - № 3 (133). - С. 70 - 74.

59 Притыкин, Ф. Н. Исследование областей, задающих множества разрешенных конфигураций при нахождении механизма мобильного манипулятора в близости от запретных зон / Ф. Н. Притыкин, Д. И. Нефедов, А. В. Рингельман. - Текст : электронный // Инженерный вестник Дона. - 2015.

- № 2, ч.2. - URL: http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2p2y2015/3007 (дата обращения 1.09.2020).

60 Притыкин, Ф. Н. Исследование поверхностей, задающих границы области разрешенных конфигураций механизма мобильного манипулятора при наличии запретных зон / Ф. Н. Притыкин, Д. И. Нефедов. - Текст : непосредственный // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2016. - № 6,

- т. 17. - С. 404 - 413.

61 Притыкин, Ф. Н. Исследование соответствий точек пространств, задающих положения центра выходного звена и обобщенных координат / Ф. Н. Притыкин, Д. И. Нефедов. - Текст : электронный // Ученые Омска -региону: 2 регион. науч.-техн. конф. - Омск, 2017. - URL:

http://conf.ict.nsc.ru/OmskScience2017/ru/reportview/389980 (дата обращения 1.09.2020).

62 Притыкин, Ф. Н. Обобщенный метод исследования мобильности плоских механизмов манипуляторов / Ф. Н. Притыкин, Д. И. Нефедов, В. А. Захаров. - Текст : непосредственный // Инженерный вестник Дона, - 2015. -№ 3. - URL: http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3095 (дата обращения 1.09.2020)

63 Притыкин, Ф. Н. Синтез траектории движения механизма манипулятора в пространстве обобщенных координат на основе использования областей, задающих разрешенные конфигурации / Ф. Н. Притыкин, Д. И. Нефедов. -Текст : непосредственный // Инженерный вестник Дона. - 2016. - №2 2. - URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2016/3623 (дата обращения 1.09.2020).

64 Притыкин, Ф.Н. Исследование влияния запретных зон на форму и положение области разрешенных конфигураций механизма манипулятора / Ф.Н. Притыкин, Д.И. Нефедов. - Текст : непосредственный // Омский научный вестник. - 2017. - Т. 1, № 1. - С. 19 - 24.

65 Притыкин, Ф.Н. Исследование формы сечений области разрешенных конфигураций механизма руки андроидного робота при наличии запретной зоны в рабочем пространстве / Ф.Н. Притыкин, Д.И. Нефедов. - Текст : непосредственный // Механика и машиностроение. Наука и практика. - Санкт-Петербург, 2018. - С. 42-45.

66 Рачковская, Г.С. Геометрическое моделирование и графика кинематических линейчатых поверхностей на основе триады контактирующих аксоидов // Геометрия и графика. - 2016. - Т. 4. - № 3. - С. 46 - 52. - Текст : непосредственный.

67 Рвачев, В. Л. Теория R-функций и некоторые ее приложения / В. Л. Рвачев. - Киев, 1982. - 252 с. - Текст : непосредственный.

68 Рудианов, Н. А. и др. Организация приобретения и формализации знаний интеллектуальных систем перспективных автономных робототехнических комплексов военного назначения в ходе опытно войсковой эксплуатации дистанционно управляемых комплексов. / Текст : непосредственный // Мехатроника, автоматизация, управление, 2017. - том.18, №11 - С. 34 - 36.

69 Рыбак, В. И. Методологические вопросы и технические и математические средства автоматизации проектирования систем восприятия внешнего мира робота-манипулятора / Текст : непосредственный // Кибернетика. - 1979. - № 2. - С. 66 - 72.

70 Рыжов, Н.Н. Параметрическая геометрия: учебное пособие / Н. Н. Рыжов. - М., 1988. - 56 с. - Текст : непосредственный.

71 Сальков, Н. А. Методы параметрической геометрии в моделировании автомобильных дорог / Н.А. Сальков. - Текст : непосредственный // Журнал естественнонаучных исследований. - 2016. Т. 1. - №. 4. - С. 12 - 19.

72 Сальков, Н.А. Общие принципы задания линейчатых поверхностей. Часть 2 / Н.А. Сальков. - Текст : непосредственный // Геометрия и графика. — 2019. — Т. 7. — № 1. — С. 14 - 27.

73 Сальков, Н.А. Формирование поверхностей при кинетическом отображении / Н.А. Сальков. - Текст : непосредственный // Геометрия и графика. - 2018. - Т. 6. - № 1. - С. 20 - 33.

74 Стоян, Ю.Г. Математические модели и оптимизационные методы геометрического проектирования / Ю.Г. Стоян, С.В. Яковлев. - Киев: Наук. думка, 1986. - С. 268. - Текст : непосредственный.

75 Тевлин, А.М. Конструирование непрерывных каркасов обводов линейчатых поверхностей методом кинематических диаграмм / А.М. Тевлин, Э.Э Манашеров. - Текст : непосредственный // Кинематические методы конструирования технических поверхностей. - М., 1979. - Вып. 213. - С. 59 -68.

76 Турлапов, В. Е. Геометрические основы систем моделирования кинематики пространственных рычажных механизмов. Автореферат докторской диссертации. / Турлапов, В. Е.; Московский Государственный Авиационный Институт. - Москва: 2002. - 39 с. - Текст : непосредственный.

77 Тывес, Л. И. Особые положения многоподвижных замкнутых кинематических цепей робототехнических систем / Л. И. Тывес, В. Ф. Чернов, В. А. Глазунов. - Текст : непосредственный // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 1992. - № 3. - С.102-103.

78 Филлипов, П. В. Начертательная геометрия многомерного пространства и её приложения. - Ленинград, Изд-во Ленинград. унив., 1979. - 280 с. - Текст : непосредственный.

79 Фокс, А. Вычислительная геометрия. Применение в проектировании и на производстве / А. Фокс, М. Пратт. - Москва : Мир, 1982. - 304 с. - Текст : непосредственный.

80 Фролов, К. В. Механика промышленных роботов. Ч 1. Кинематика и динамика / К. В. Фролов, Е. И. Воробьева. - Москва : Высшая школа, 1988. -304 с. - Текст : непосредственный.

81 Хомченко, В. Г. Мехатронные и робототехнические системы / В. Г. Хомченко. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2008. - 160 с. - Текст : непосредственный.

82 Четверухин, Н. Ф. Начертательная геометрия. - Москва: Высшая школа. 1963. - 420 с. - Текст : непосредственный.

83 Щербаков, И. А. Интеллектуальное управление робототехническими системами в условиях неопределённости / И. А. Щербаков. - Текст : непосредственный // Вестник АГТУ, серия Управление, вычислительная техника и информатика. - 2010. - № 1 - С. 73-77.

84 Ющенко, А. С. Интеллектуальное планирование в деятельности роботов / А. С. Ющенко. - Текст : непосредственный // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2005. - № 3. - С. 5-18.

85 Якунин, В.И. Состав и структура программного обеспечения обработки информации, введенной в ЭВМ на базе СТЗ по контурам плоских деталей / В.И. Якунин, В.В. Найханов, Т.Ц. Дамдинова. - Текст : непосредственный // Совершенствование подготовки учащихся и студентов в области графики, конструирования и стандартизации. - Саратов: СГТУ, 1995. - С. 42 - 55.

86 Bo You. "Telerobot control system based on dual-virtual model and virtual force" / Bo You, Yu Zou, Wanzhe Xiao. // Strategic Technology (IFOST), 2010 International Forum on Year: 2010, - P. 246-250.

87 De Silva, C. W. Knowledge-based control approach for robotic manipulators / C. W. De Silva, A. G. J. Macfarlane // Int J. Contr. - 1989 - № 1, - P. 249-273

88 Denavit J. Cinematic notation for Lower-Pair Mechanisms Based on Matrices / J Denavit, R.S. Hartenberg // J. Appl. Mech. - 1955. Volume 77. - P. 215 - 221.

89 Eberly, D. Triangulation by Ear Clipping. / David Eberly // Geometric Tools, Redmond WA 98052

90 Hasegawa, T. A model-based manipulation system with skill-based execution. / T. Hasegawa, T. Suehiro, K. Takase // IEEE Trans. Rob. and Autom. -1992. - Volume 8, № 5, P. 535-544.

91 Isto, P. A parallel motion planner for systems with many degrees of freedom // Proc. of the 10th Intemat. Conf. on Advanced Robotics (ICAR 2001), August 22— 25, 2001. - Budapest, Hungary, 2001. - P. 339—344.

92 Lopatin, P., Investigation of a Target Reachability by a Manipulator in an Unknown Environment / P. Lopatin // IEEE International Conference on Mechatronics and Automation. - 2016

93 Mitchell, S. Fuzzy logic decision making for autonomous robotic applications / S. Mitchell // Awareness Science and Technology (iCAST), 2014 IEEE 6th International Conference on. - 2014. - P. 1-6.

94 Pritykin, F.N. Computation of manipulator mechanism path in joint

coordinate space with working range forbidden regions [Electronic resource] /

F. N. Pritykin, D. I. Nefedov // Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines

: conference proceeding, 15-17 Nov., 2016. - Omsk, 2016 -

123

DOI: 10.1109/Dynamics.2016.7819065

95 Pritykin, F.N. Method of defining region of allowed configurations in multidimensional space of generalized coordinates using hypercube graph / F. N. Pritykin, D. I. Nefedov // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 2019 -DOI: 10.1088/1742-6596/1260/7/072016

96 Pritykin, F.N. Parametric method to define area of allowable configurations while changing position of restricted zones / F. N. Pritykin, D. I. Nefedov, Yu A Rogoza, Yu V Zinchenko // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 327, 2018. - DOI: 10.1088/1757-899X/327/4/042088

97 Shaffer, C. A. A real-time robot arm collision avoidance system / C. A. Shaffer, G. M. Herb // IEEE Trans. Rob. and Autom. - 1992. - №№ 2 - P. 149160

98 Whitney, D. E. The Mathematics of Coordinated Control of Prosthetic Arms and Manipulators / D. E. Whitney // J. Dyn. Sys., Meas., Control. - 2010. - № 94 (4). - P. 303-309.

Таблица А.1

Описания матриц преобразований систем координат при переходе от

системы Ок к системе Ок-1

пш

1

2

3

я

I

и 8 8 а о 8 С

О

10 0 15т

0 С0БЦ1 -БтЦ1 1кС0Б Ц1

0 бЫЦ1 СОБЦ1 1кБтц1

0 0 0 1

собц1 0 зтц1 1кзтц1

0 10 1зт

БтЦ1 0 СОБЦ1 1кСОБ Ц1

0 0 0 1

СОБЦ1

зтц1 0 1ксоБ Ц1

бЫЦ^ СОБЦ^ 0 1кзтц1 0 0 1 15т 0 0 0 1

Пш

4

5

6

8 В сЗ О 8 8 О

8 8

£

1 0 0 Ч1 0 1 0 0 0 0 10 0 0 0 1

10 0 0 0 1 0 0 0 10 0 0 0 1

10 0 0 0 10 0 0 0 1 0 0 0 1

Пш

7

8

9

и 8 8 сЗ О 8 8 О

8 8

!з

10 0 15т

0 СОБф1 -Бтф1 1кСОБ

0 зтф1 соБф1 1кБтф1

0 0 0 1

соБф1 0 з1п(р1 1кБт(р1

0 10 15т

Бтф1 0 С0Б<Р1 1кСОБ (Р1

0 0 0 1

С0Б(Р1 -Бт(р1 0 1кСОБ (Р1

Бт(р1 соб<Р1 0 1кзтср1

0 0 1 18т

0 0 0 1

Пш

10

11

12

8

о 8 8 О

8

8 £

10 0 15т 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1

1 0 0 0 0 1 0 15т 0 0 1 0 0 0 0 1

1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 15т 0 0 0 1

Сечения области Л разрешенных конфигураций манипулятора

Таблица А.2

Сечения области Л при различных формах запретной зоны

Сечения области Л

Продолжение таблицы А. 2,

Таблица А.3

Сечения четырехмерной области разрешенных конфигураций

а б в

Рисунок Б.1 - Взаимное расположение области А и поверхности

пространстве Ьч\ а - визуальный стиль каркасный; б - визуальный стиль концептуальный, в - фрагмент поверхности, располагающейся в области

разрешенных конфигураций А

Авторские свидетельства и акт внедрения

фодк

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «ОБЪЕДИНЕННАЯ ДВИГАТЕЛЕСТРОИТЕЛЬНАЯ КОРПОРАЦИЯ»

ФИЛИАЛ «Омское моторостроительное объединение

им. П.И. Баранова» (Филиал АО «ОДК» «ОМО им ПИ Баранова»)

«SO » iШл^Я 2020_г.

г. Омск

OfAO¡03^2-0000f

УТВЕРЖДАЮ

ВоИО главного технолога 6 ил нал а АО «ОДК» «Омское мотооосюоительрое объединение им Баранова»

С.И. Карелин

«

»

2020 г.

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Нефедова Дмитрия Игоревича, выполненной в Федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего образования «Омский государственный технический университет» (ОмГТУ), представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук

Комиссия в составе: Председатель:

Полшкоя Владислав Юрьевич - заместитель главного технолога ОГТ филиала АО «ОДК» «ОМО им. П.И. Баранова». Члены комиссии:

Трофимова Нина Анатольевна - инженер-программист ЬРГ! ОГТ. филиала АО «ОДК» «ОМО им. П.И. Баранова;

Чуприн Владислав Витальевич - инженер-программист БРП ОГТ. филиала АО «ОДК» «ОМО им. П.И. Баранова;

и представитель ОмГТУ (Омский государственный технический университет) аспирант Нефедов Д.И.

составили настоящий акт о том, что н период с февраля по сентябрь 2020 года были проведены испытания программных продуктов, разработанных Нефедовым Д.И. и представленных в диссертационной работе. Обоснованность технических решений, расчетов и методов, предложенных автором, подтверждена следующими охранными документами:

-свидетельство №50201550141 в ОФЭРНиО от 05.05.15 о регистрации программы для ЭВМ «Определение параметров, характеризующих манипулятивность плоских механизмов манипуляторов»;

- свидетельство № 2019617040. в ОБПБТ от 03.06.19 о регистрации программы для ЭВМ «Определение области разрешенных конфигураций и синтез движений руки андроидного робота в организованном пространстве».

По результатам испытаний указанные программные продукты внедрены на предприятии для целей прогнозирования перспективности применения робототехннческих систем при реконструкции и техническому перевооружению изготовления изделий. Технические решения, примененные в разработанной математической модели диссертационной работы, использованы для модернизации программного обеспечения предприятия.

При внедрении результатов диссертации получен следующий технический эффект:

- повышена степень обоснованности выбора кинематических схем роботов, выполняющих технологические операции при изготовлении изделий;

- сокращено время принятия решений о возможности использования промышленных роботов, имеющих различные модели кинематических цепей при автоматизации технологических операций на основе виртуального моделирования их движений;

- прогнозные расчеты, связанные с виртуальным моделированием движений роботов предназначенных для выполнения технологических операций рекомендованы руководителям проектов для использования.

Акт выдан для представления в диссертационный совет.

От филиала АО «ОДК» «Омское моторостроительное объединение им. П.И. Баранова»

Председатель комиссии В.Ю. Полшков

Члены комиссии

В.В. Чуприн

Н.А. Трофимова