Управление многопалым захватным устройством автономного робота при захвате и манипулировании деформируемыми объектами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.05, кандидат наук Селиверстова Елена Владимировна

• Селиверстова Елена Владимировна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Селиверстова Елена Владимировна

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Современное состояние проблемы захвата и манипулирования

деформируемым объектом

1.1. Краткое изложение теории захвата

1.2. Обзор известных методов управления захватным устройством

при захвате и манипулировании объектом

1.3. Обзор известных методов планирования захвата объекта

1.4. Обзор известных методов моделирования захвата деформируемого объекта

1.4.1. Обзор известных методов определения пересечений полигональных моделей для моделирования

захвата деформируемого объекта

1.4.2. Обзор известных методов определения сил контактного взаимодействия для моделирования захвата

деформируемого объекта

Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. Аналитическое описание захвата

2.1.Модель захвата

2.2.Полная матрица захвата

2.2.1. Связь скорости объекта со скоростями точек контакта

2.2.2. Связь изменения положения и ориентации объекта

с изменениями положений и ориентаций точек контакта

2.2.3. Связь внешних силовых воздействий

с контактными воздействиями

2.3.Полная матрица Якоби

Стр.

2.3.1. Связь скоростей шарниров захватного устройства

со скоростями точек контакта

2.3.2. Связь изменения углов шарниров захватного устройства

с изменениями положений и ориентаций точек контакта

2.3.3. Связь моментов шарниров захватного устройства

с контактными воздействиями

2.4.Модели контакта и матрица выбора

2.4.1. Модель точечного контакта без трения

2.4.2. Модель точечного контакта с трением

2.4.3. Модель контакта с мягкими пальцами

2.5.Матрица захвата

2.6.Матрица Якоби

2.7.Управление захватным устройством при захвате и манипулировании объектом

2.7.1. Определение желаемого контактного воздействия

2.7.2. Определение желаемых моментов шарниров

захватного устройства

2.7.3. Структура системы управления захватным устройством

при захвате и манипулировании объектом

2.8.Методы определения качества захвата

2.8.1. Показатели качества, основанные на анализе

взаимного расположения точек контакта на объекте

2.8.2. Показатели качества, основанные на анализе

алгебраических свойств матрицы захвата

2.8.3. Показатели качества, основанные на анализе

алгебраических свойств матрицы Якоби

2.8.4. Удаленность углов шарниров захватного устройства

от предельных значений

Выводы по второй главе

Стр.

ГЛАВА 3. Планирование и моделирование захвата

и манипулирования объектом

3.1 .Математические модели объекта и захватного устройства

3.2. Алгоритм планирования захвата и манипулирования объектом

3.3. Алгоритм формирования гипотез захвата

3.4.Алгоритм определения пересечений

3.4.1. Широкая фаза алгоритма определения пересечений

3.4.2. Узкая фаза алгоритма определения пересечений

3.5. Алгоритм расчета сил контактного взаимодействия

3.5.1. Определение контактной поверхности

3.5.2. Определение смещений вершин, входящих в область контакта

3.5.3. Определение сил контактного взаимодействия

3.6.Алгоритм определения центра масс деформированного объекта

3.6.1. Определение изменения поверхности объекта

после деформации

3.6.2. Определение центра масс объекта после деформации

Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. Результаты моделирования и экспериментальных исследований

захвата и манипулирования деформируемыми объектами

4.1.Результатов моделирования захвата и манипулирования объектами

4.2.Сравнение результатов планирования управления захватным устройством с результатами экспериментов

при захвате и манипулировании объектами

Выводы по четвертой главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

БД - база денных

ЗУМ - захватное устройство манипулятора

МГЭ - метод граничных элементов

МКО - метод конечных объемов

МКР - метод конечных разностей

МКЭ - метод конечных элементов

ОМ - объект манипулирования

СК - система координат

ROS - Robot Operating System

URDF - Unified Robot Description Format

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Управление многопалым захватным устройством автономного робота при захвате и манипулировании деформируемыми объектами»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время во многих сферах жизни прослеживается устойчивая тенденция перехода к роботизированным технологиям. Главное достоинство робототехнических систем - возможность выполнения манипуляционных операций, таких как, например, перемещение объектов манипулирования (ОМ), их сборка или разборка, при достаточном удалении человека от операционной зоны. Особенно актуальными являются вопросы роботизации операций при работе в экстремальных условиях - в подводном и космическом пространстве, а так же при работе с опасными для человека ОМ, содержащими взрывоопасные или токсичные вещества.

На данный момент такие роботизированные операции реализуются, главным образом, за счет применения методов полуавтоматического управления, когда часть операции выполняется по заранее прописанной программе, или в копирующем режиме при постоянном нахождении оператора в контуре управления роботом. Однако такие способы имеют существенные недостатки. Режим полуавтоматического управления подразумевает перемещение робота по заранее заданным в программе траекториям, что ограничивает область применения таких роботов. Главные проблемы копирующего режима - возможность потери управления при разрыве связи между роботом и пультом управления и увеличение сложности управления при наличии задержки сигнала. Эти обстоятельства могут привести к разрушению ОМ или его выпадению из захватного устройства манипулятора (ЗУМ).

Альтернативой роботам, управление которых осуществляется человеком, являются автономные манипуляционные системы, оснащенные элементами искусственного интеллекта. Работы в этом направлении ведутся как у нас в стране, так и преимущественно, за рубежом. Примерами могут служить робот Baxter [1], разработанный компанией Rethink Robotics, робот PR2 [2], созданный компанией Willow Garage, робот по обезвреживанию взрывных устройств BDRP [3], разработкой которого совместно занимаются нескольких

исследовательских групп из университетов Кореи и США, и многие другие. Однако к настоящему времени не удается найти примеров полностью автономных систем, способных выполнять операции с любыми по физическим свойствам ОМ. Поэтому задачу автономизации принято решать поэтапно, включая в рассмотрение отдельные фазы операции.

К простейшим манипуляционным задачам относится захват ОМ, который является начальным этапом большинства операций. Захват ОМ заключается в его иммобилизации внутри ЗУМ. Решение этой проблемы состоит в обеспечении возможности удерживать ОМ в присутствии внешних возмущений. В общем случае один и тот же ОМ можно захватить различными способами, по-разному располагая звенья ЗУМ относительно ОМ. От выбора способа захвата зависит возможность реализации задачи захвата и выполнение операции в целом. Выбор способа захвата осуществляется на этапе планирования планировщиком захвата, входящим в состав системы управления. Планировщиком захвата также осуществляется планирование траектории перемещения звеньев ЗУМ, обеспечивающей выполнение манипуляционной операции. Решение задачи планирования захвата и последующего манипулирования требуют анализа результатов моделирования ОМ и ЗУМ в процессе выполнения операции. На этапе реального выполнения манипуляционной операции система управления отрабатывает предварительно спланированную траекторию и, в случае необходимости, корректирует ее на основании информации приходящей от датчиков.

На данный момент задача автоматического захвата решена только для абсолютно твердых тел. Захват твердых ОМ интенсивно изучается уже более 30 лет, разработаны математические модели кинематики и динамики захвата, алгоритмы планирования захвата и способы анализа его свойств. При этом крайне малое количество работ посвящено планированию захвата твердых тел с учетом возможности выполнения последующих действий, которые необходимо совершить с ОМ. Так, например, при охватывающем захвате желаемое изменение положения и ориентации ОМ в пространстве возможно только за

счет движения всего манипуляционного робота. Но если при планировании захвата учесть контекст последующей операции, то задачу манипулирования, направленного на изменение положения и ориентации ОМ в пространстве, можно было бы решить, в том числе, за счет движения звеньев ЗУМ. Такой способ является более безопасным, поскольку он обеспечивает избегание столкновений с предметами, находящимися в рабочей зоне робота. Кроме того, существующие алгоритмы планирования не ставят целью минимизацию сил, прилагаемых к ОМ со стороны ЗУМ. Это приводит к усложнению алгоритмов функционирования системы управления. Минимизация этих сил позволяет избежать чрезмерной деформации или разрушения ОМ, что особенно важно при работе со взрывоопасными ОМ.

В отличие от захвата твердых тел, роботизированный захват деформируемых ОМ является недостаточно исследованной областью, в том числе, из-за сложности моделирования контактного взаимодействия между звеньями ЗУМ и ОМ. Когда ЗУМ прикладывает усилие, чтобы захватить деформируемый ОМ, происходит расширение контактных областей и поворот нормалей к поверхности ОМ в областях контакта, что, в свою очередь, приводит к изменению значений и направлений сил контактного взаимодействия, приложенных к поверхности ОМ со стороны звеньев ЗУМ. Деформация ОМ приводит к изменению положения его центра масс, который является точкой приложения равнодействующих сил и моментов, приложенных к ОМ со стороны внешнего мира. Перечисленные факторы делают неприменимыми способы планирования и анализа свойств захвата, которые применяются для захвата твердого тела, к захвату деформируемых ОМ.

Вопросы управления ЗУМ при захвате деформируемых ОМ к настоящему времени решены для узкого круга манипуляционных задач и ограниченной номенклатуры ОМ. Среди таких исследований можно выделить работы Янь-Бинь Цзя, Цзян Тянь и Фэн Го. Однако на данный момент не существует способов планирования захвата деформируемого ОМ и, как следствие, алгоритмов управления многопалым ЗУМ для решения задач автоматического

захвата и манипулирования деформируемыми ОМ произвольной формы.

Целью настоящей диссертации является разработка структуры и алгоритмов функционирования системы управления многопалым ЗУМ для выполнения операции автоматического захвата деформируемого ОМ произвольной формы и последующего манипулирования объектом пальцами ЗУМ с обеспечением минимизации контактных сил. Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи:

1. Построение модели ОМ с известными упругими свойствами, включающей в себя модель его поверхности и положение центра масс, которые известны для недеформированного состояния и могут изменяться в процессе выполнении захвата и манипулирования ОМ.

2. Построение модели ЗУМ, включающей в себя его кинематическую схему и модели поверхностей его звеньев.

3. Разработка структуры и алгоритмов функционирования системы планирования автоматического захвата и манипулирования ОМ, включающей в себя алгоритмы выбора способа захвата с учетом возможности последующего выполнения манипулирования и планировщик движения звеньев ЗУМ при выполнении захвата и манипулирования с обеспечением минимизации контактных сил.

4. Разработка структуры и алгоритмов функционирования системы управления ЗУМ, включающей управление контактной силой при выполнении автоматического захвата и манипулирования ОМ на основе сравнения результатов планирования с оперативной информацией, приходящей от тактильных сенсоров ЗУМ.

5. Проведение экспериментальных исследований, подтверждающих правильность результатов моделирования контактного взаимодействия между захваченным ОМ и звеньями ЗУМ, а также работоспособность системы управления в целом.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты:

1. Разработан новый способ моделирования контактного взаимодействия между захваченным ОМ и звеньями ЗУМ. Он включает в себя оригинальные алгоритмы определения контактных областей между поверхностями звеньев ЗУМ и ОМ, расчета сил контактного взаимодействия, а также определения смещения центра масс ОМ в процессе захвата и манипулирования.

2. Разработаны структура и алгоритмы функционирования системы планирования автоматического захвата и манипулирования ОМ многопалым ЗУМ. Система планирования включает в себя оригинальные алгоритмы формирования различных способов захвата ОМ, выбора способа захвата ОМ для выполнения задачи манипулирования ОМ с учетом свойств захвата, возможности последующего выполнения манипулирования и минимизации контактных сил, алгоритм планирования движения звеньев ЗУМ при выполнении манипуляционной операции с обеспечением минимизации сил, прилагаемых к поверхности ОМ.

3. Разработаны структура и алгоритмы системы управления ЗУМ при выполнении задачи захвата и манипулирования ОМ. Система позволяет управлять контактной силой при выполнении автоматического захвата и манипулирования ОМ на основе сравнения результатов планирования с оперативной информацией, приходящей от тактильных сенсоров ЗУМ.

Практическая значимость. Разработка алгоритмов автоматического планирования и управления многопалым ЗУМ для выполнения захвата и манипулирования ОМ является ключевой задачей при разработке систем управления автономных роботов. Интеграция алгоритмов автоматического планирования захвата в систему полуавтоматического управления в значительной мере расширяет область ее применения за счет простоты расширения номенклатуры ОМ, которыми может манипулировать робот, работающий по программе. Алгоритм планирования захвата может быть использован в качестве основы для построения системы, дающей подсказки оператору о наиболее безопасных способах захвата ОМ, что снижает нагрузку

на человека при копирующем режиме управления.

Таким образом, практическая значимость настоящей диссертационной работы заключается в повышении степени автономности робототехнических систем при выполнении манипуляционных задач с потенциально опасными для жизни и здоровья человека ОМ или в опасных для человека условиях.

Положения, выносимые на защиту:

1. Способ моделирования контактного взаимодействия между захваченным ОМ и звеньями ЗУМ.

2. Алгоритм планирования автоматического захвата и манипулирования деформируемого ОМ многопалым ЗУМ.

3. Метод выбора способа захвата ОМ, позволяющий изменить его положение и ориентацию за счет движения звеньев ЗУМ.

4. Структура и алгоритм функционирования системы управления ЗУМ при выполнении захвата и манипулирования ОМ обеспечением минимизации контактных сил.

Достоверность результатов. Разработанные математические модели ОМ и ЗУМ, а также модели процессов захвата и манипулирования ОМ построены на основе фундаментальных положений и методов теоретической механики, теории упругости, теории автоматического управления и теории захвата. Экспериментальные исследования проводились на макете, базой которого является трехпалое ЗУМ Schunk SDH2 [4], фаланги которого оснащены матрицами тензодатчиков. Достоверность результатов моделирования захвата и манипулирования ОМ подтверждена сравнением результатов компьютерного моделирования с результатами, полученными в ходе выполнения экспериментов. Экспериментальные исследования подтвердили работоспособность разработанной системы управления. Моделирование и эксперименты проводились для различных по форме, массе и упругим свойствам ОМ.

Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и научных семинарах: VIII

Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2015); XI Международной научно-практической конференции «Пилотируемые полеты в космос» (Звездный городок, 2015); IX Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2016); Международной научно-технической конференции «Экстремальная робототехника», (Санкт-Петербург, 2016); XLI Академических чтениях по космонавтике, посвященных памяти С.П. Королёва и других выдающихся отечественных ученых - пионеров освоения космического пространства (Москва, 2017); X Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2017); Международной научно-технической конференции «Экстремальная робототехника» (Санкт-Петербург, 2017).

Публикации. Результаты диссертационной работы изложены в 15 научных публикациях, 5 из которых изданы в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 7 - в тезисах докладов.

Структура и объём диссертационной работы. Работа состоит из введения, четырех глав и заключения. В первой главе рассмотрено современное состояние исследований в области решения проблемы автоматического планирования и управления движением звеньями ЗУМ при выполнении захвата и манипулировании ОМ. Существенный вклад в развитие теории захвата твердых тел внесли такие зарубежные авторы как А. Бикки, Д. Пратичезо, Дж.К. Солсбери, Э. Чинеллато и А. Морелис и многие другие. В развитии алгоритмов планирования, основанных на существующей теории, значительно продвинулись А.Т. Миллер, П.К. Аллен и Р. Дьянков при разработке планировщиков захвата твердых тел GraspIt! и ОреиКАУБ, которые активно применяются в современных системах управления роботов. Во второй главе представлены основные соотношения теории захвата. Они позволяют формально описать взаимодействие между деформируемым ОМ и многопалым ЗУМ, на основании которых выведен закон управления крутящими моментами

шарниров ЗУМ, обеспечивающий устойчивость системы и минимизацию контактных сил в процессе захвата и манипулирования ОМ. Приведена структура системы управления многопалым ЗУМ при захвате и манипулировании деформируемым ОМ. В третьей главе содержится описание математических моделей деформируемого ОМ и многопалого ЗУМ, а также алгоритма планирования захвата и манипулирования деформируемым ОМ. В четвертой главе приведены результаты моделирования и экспериментальных исследований, подтверждающих правильность работы планировщика захвата и работоспособность предложенной системы управления.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках мероприятия 1.2 федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» (Соглашение от 26 сентября 2017 года № 14.574.21.0146, уникальный идентификатор работ RFMEFI57417X0146).

ГЛАВА 1. Современное состояние проблемы захвата и манипулирования

деформируемым объектом

В данной главе приводится краткое изложение существующей теории захвата, которая получила развитие по отношению к твердым ОМ. Разработанная теория описывает кинематику и динамику захвата, а также способы анализа его свойств. Приводится обзор существующих подходов к управлению ЗУМ при манипулировании ОМ. Отмечено, что в современных системах управления особое внимание уделяется планировщикам захвата, входящих в системы управления и позволяющих выбрать способ захвата ОМ в автоматическом режиме. Приводится классификация существующих планировщиков, их сравнительный анализ и выявляются недостатки. В результате анализа делается вывод о типе планировщика захвата, который подходит для решения поставленной задачи. Выбранный способ планирования использует результаты моделирования ОМ. Поэтому в главе также приводится обзор существующих математических моделей деформируемых ОМ, а также способов решения задач, возникающих в процессе моделирования - методов определения пересечения полигональных моделей и расчета сил контактного взаимодействия между ОМ и звеньями ЗУМ.

1.1. Краткое изложение теории захвата

Существенный вклад в развитие теории захвата твердых тел внесли многие зарубежные авторы. Среди них особенно можно выделить работы А. Бикки, Д. Пратичезо, Дж.К. Солсбери в части аналитических соотношений, а также работы Э. Чинеллато и А. Морелис в части анализа свойств захвата. Во второй главе данной работы приводятся основные кинематические и динамические соотношений, вывод которых в работах авторов не приводится или приводится не в полном объеме связи с ограничением на объем материалов, публикуемых в виде статьей и тезисов.

В существующей теории захвата ОМ рассматривается как абсолютно жесткий. Основные соотношения теории захвата, позволяющие формально описать взаимодействие между ОМ и многопалым ЗУМ, описываются с помощью матрицы захвата О [5] и матрицы Якоби I [6].

В зависимости от взаимного расположения точек контакта захват может быть плоским и объемным. Если точки контакта лежат в одной плоскости, то захват является плоский, иначе - объемным. Для учета вида захвата в рассмотрение вводятся параметры е, 5 и d, которые равны 1,2 и 3 для плоского и 3, 3 и 6 для объемного случая соответственно.

На Рис. 1.1 изображен ОМ, захваченный многопалым ЗУМ по п контактам. В рассмотрение входят q шарниров ЗУМ, которые обуславливают

захват.

Рис. 1.1. Захваченный ОМ

На Рис. 1.1 через {в} обозначена инерциальная система координат (СК). С центром масс ОМ связана СК {О}, положение которой относительно СК {в} задано в инерциальной СК вектором сОМв е^5. С каждой / -той точкой контакта связана СК {С}, положение которой относительно СК {в} задано в инерциальной СК вектором с^в е^5. Орт zi СК {Сi} направлен по нормали к

контактной области в г -той точке контакта по направлению внутрь объекта. Направление ортов х1 и у1 СК {С} выбирается таким образом, чтобы СК {Сi} была правой. С каждым ] -тым шарниром, на который действует сила в г -той точке контакта, связана СК {Е;.}, начало которой находится в центре этого шарнира и задано в инерциальной системе координат вектором о^ е^. Орт СК {Е}} сонаправлен с осью шарнира, орт х] СК {Е}} направлен вдоль звена, которое приводится в движение ] -тым шарниром. Направление орта у выбирается таким образом, чтобы СК {Е]} была правой.

На Рис. 1.2 векторы линейной и угловой скорости центра масс ОМ обозначены векторами о0М е^ и овш е^е в СК {В}. Линейная и угловая скорости г -той точки контакта заданы векторами О е^ и 0 еЖе в СК {С1}.

Рис. 1.2. Определение кинематических соотношений

На Рис. 1.3 равнодействующие сил и моментов, действующие на ОМ со стороны внешнего мира, обозначены векторами /0М е^ и твш еШе в СК {В} и приложены к началу СК {О}. Контактные сила и момент, действующие на ОМ со ЗУМ в г -той точке контакта, заданы векторами е^* и тС еШе в СК {С1}.

Полная матрица захвата для / -той точки контакта (}, е У Г'с/ для плоского и объемного случая соответственно имеет вид [7]:

а =

а =

ехз ехе

т 7

с В а

к

Тва ^-е

7 т

ех5 с ва

Б(сав — СОМВ ) ^ехг

I ^хе

Б(СаВ — СОМВ ) ^ехг

где тва е^5 5 - матрица поворота из СК {С} в СК {в}, I - единичная матрица, 2

- нулевая матрица, Б(а) е^ех5 - матрица векторного произведения, составленная

из элементов вектора а=[ах ау]т для плоского случая и вектора а = [ах ау аг]т

для объемного случая. Для плоского и объемного случая соответственно матрица Б(а) определяется из соотношений:

Б ( а ) = [ - ау ах ] ,

" 0 ау

Б (а) = а 0 " а.

_~ау аХ 0

Полная матрица захвата , составленная из матриц захвата для

каждой точки контакта, имеет вид [7]:

0 = [0г ... Ой].

Полная матрица захвата соотносит блочный вектор скоростей ОМ с блочным вектором скоростей всех точек контакта на поверхности ОМ [7]:

(1.1)

С 1 ом ?

где усс еШм - блочный вектор скоростей всех точек контакта на поверхности ОМ, который имеет вид ^ = [и™ а^1 ...и™ со™]т, уО)М еШа - блочный вектор

В г В Т ВТ ~\Т

скоростей ОМ, заданный в СК {В}, который имеет вид у0М = [иом аом ] .

Полная матрица захвата соотносит блочный вектор внешнего воздействия на ОМ с блочным вектором контактного воздействия во всех точках контакта

[7]:

К* С1-2)

где цО)м е^ - блочный вектор внешнего воздействия, заданный в СК {В},

который имеет вид цвом = [[Омт шОмт], Ц е^ЯпЛ - блочный вектор контактных

воздействий всех точек контакта, который имеет вид Ц = [ш™.../сСПт ш™]т.

Полная матрица Якоби для г -той точки контакта У е 51<г <? для плоского и объемного случая соответственно имеет вид [7]:

1

тав ~ Ц-1 .. Ч~

I е-а е _ А .. ЬЩ _

тав ^sхs

тав А .. ЬЩ _

где тав еИ™ - матрица поворота из СК {)} в СК С}, Б. е^х1 и Ьу. еШех1 -матрицы, которые определяются в зависимости от кинематической схемы ЗУМ. Если ] -тый шарнир призматический или вращательный, то Б. = г), Ь. = 1ехЛ или

Б. = Б(свав -оВ)В)zB)', Ь1} = г)' соответственно, где г) е^ - ось ]-того шарнира,

выраженная в СК {В}, вектор г. = г) для объемного случая и г) = 1 для

плоского случая.

Полная матрица Якоби .7 е ч.Н'"''', составленная из матриц Якоби для

каждой точки контакта, имеет вид [7]:

¿=[1 ... и.

Полная матрица Якоби соотносит блочный вектор скоростей всех точек контакта на поверхности ОМ с вектор скоростей шарниров ЗУМ [7]:

Полная матрица Якоби соотносит вектор крутящих моментов шарниров ЗУМ с блочным вектором контактных воздействий [7]:

где те№ - вектор крутящих моментов шарниров ЗУМ, имеющий вид

При захвате передача скоростей и контактных воздействий между ОМ и звеньями ЗУМ по всем направлениям, как в соотношениях (1.1-1.4), возможна только если звенья ЗУМ приклеены поверхности ОМ. Для описания компонентов скоростей, сил и моментов, которые могут передаваться между двумя телами через контакт, используются упрощенные модели контакта, введенные Дж.К. Солсбери в [8]. При моделировании захвата контактная модель г -той контактной точки задается с помощью матрицы выбора г -той контактной точки Н1 , которая играет роль «маски», исключающей из рассмотрения компоненты скоростей сил и моментов, которые не могут быть переданы между ОМ и звеном ЗУМ через контакт. Матрица выбора не учитывает фрикционное контактное ограничение, которое налагается моделью трения.

Матрица выбора для всех точек контакта н е имеет вид [8]:

С учетом ограничений, накладываемых матрицей выбора, матрица

усс

где ¿¡<еЧЯч - вектор скоростей шарниров ЗУМ, имеющий вид д = [д1...дд]Т ■

(1.3)

(1.4)

Н = diag[Н ... Нп].

Тогда выражения (1.1-1.4) окончательно принимают вид [7]:

у£ = <ГуЦМ

г*

ус =ЗС{ т = ЗтмРс .

В существующей литературе к свойствам захвата относят замкнутость по форме [9] и замкнутость по силе [10]. Захват является замкнутым по форме, если при рассматриваемом способе захвата отсутствует возможность переместить ОМ даже на бесконечно малое расстояние за счет физических ограничений, накладываемых расположение звеньев относительно ОМ. Такой захват можно представить как охватывающий. В этом случае способ захвата гарантирует невыпадение ОМ из ЗУМ, но не предоставляет возможность совершения манипулирования ОМ на счет движения звеньев ЗУМ. Захват является замкнутым по силе, если при рассматриваемом способе захвата ОМ остается неподвижным при любых внешних возмущающих воздействиях, но при этом сохраняется возможность перемещения ОМ в пространстве за счет движения звеньев ЗУМ. Любой замкнутый по форме захват является замкнутым по силе, но не каждый замкнутый по силе захват является замкнутым по форме.

В общем случае существует множество способов захватить ОМ. Поэтому встает вопрос о выборе наиболее подходящего захвата. В теории захвата выбор осуществляется на основании сравнения количественной оценки показателей качества захвата Q [11] - параметров, связанных со свойствами захвата, таких как, устойчивость [12] - противодействие внешним силовым воздействиям и предотвращение проскальзывания в точках контакта, а также ловкость [13] - возможность перемещение ОМ по желаемым направлениям.

Показатели качества захвата можно разделить на три группы. К первой группе относятся показатели качества, основанные на анализе взаимного

расположения точек контакта на ОМ [14-19]. Ко второй относятся показатели качества, основанные на анализе алгебраических свойств матрицы захвата < [16, 20]. К третьей - показатели качества, основанные на анализе алгебраических свойств матрицы Якоби J [21-23]. Подробно вопрос вычисления показателей качества рассмотрен в разделе 2.8 настоящей работы.

1.2. Обзор известных методов управления захватным устройством при захвате и манипулировании объектом

В подавляющем большинстве работах, посвященных вопросу управления ЗУМ при решении поставленной в данной работе задачи, полагается, что захват ОМ уже осуществлен, то есть начальная конфигурация манипуляционной системы и точки контакта, по которым осуществлен захват, полагаются известными.

В зарубежной литературе широкое освещение получили вопросы управления двурукими роботами [24-28], которые по своей природе близки к вопросам управления многопалым ЗУМ при манипулировании ОМ в части изменения положения и ориентации захваченного ОМ. Всесторонний обзор существующих методов и алгоритмов управления скоординированным движением нескольких рук робота или пальцев ЗУМ был представлен в [26].

В работе [29] описан закон управления крутящими моментами шарниров многопалого ЗУМ при манипулировании твердым ОМ произвольной формы. Ограничением такого закона является требование к отсутствию проскальзывания в точках контакта, то есть требование к нахождению контактных сил, приложенных к ОМ со стороны звеньев ЗУМ, внутри конуса трения, что является особым случаем и трудноосуществимо на практике.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Селиверстова Елена Владимировна, 2018 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Avalos J., Ramos O.E. Real-time teleoperation with the Baxter robot and the Kinect sensor // IEEE 3rd Colombian Conference on Automatic Control. 2017. 4 p.

2. PR2 Remote Lab: An environment for remote development and experimentation /B. Pitzer [et al.] // IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2012. P. 3200-3205.

3. Tunstel E.W., Wolfe K.C., Kutzer M.D. Recent Enhancements to Mobile Bimanual Robotic Teleoperation with Insight Toward Improving Operator Control // Johns Hopkins APL Technical Digest. 2013. Vol. 32, No. 3. P. 584-594.

4. Li Q., Haschke R., Ritter H. Learning a tool's homogeneous transformation by tactile-based interaction // IEEE-RAS 16th International Conference on Humanoid Robots (Humanoids). 2016. P. 416-421.

5. Bicchi A. On the closure properties of robotic grasping // International Journal of Robotics Research. 1995. Vol. 14, No. 4. P. 319-334.

6. Prattichizzo D., Bicchi A. Dynamic analysis of mobility and graspability of general manipulation systems // IEEE Transactions on Robotics and Automation. 1998. Vol. 14, No. 2. P. 241-258.

7. Prattichizzo D., Trinkle J.C. Grasping // Springer Handbook of Robotics. 2016. P. 955-988.

8. Salisbury J.K. Kinematic and force analysis of articulated hands // Recent advances in robotics. 1985. P. 131-174.

9. Jianhua S., Zhicai O., Hong Q. Form-closure caging grasps of polygons with a parallel-jaw gripper // Robotica. 2015. Vol. 33, Is. 6. P. 1375-1392.

10. Mannepalli S., Dutta A., Saxena A. A multi-objective GA based algorithm for 2D form and force closure grasp of prismatic objects // International Journal of Robotics & Automation. 2010. Vol. 25, Is. 2. P. 142.

11. Roa M.A., Suarez R. Grasp quality measures: review and performance // Auton Robots. 2015. Vol. 3, No. 1. P. 65-88.

12. Pounds P.E.I., Bersak D.R., Dollar A.M. Grasping from the air: Hovering capture and load stability // IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). 2011. P. 2491-2498.

13. Shimoga K. Robot grasp synthesis algorithms: a survey // International Journal of Robotics Research. 1996. Vol. 15, No. 3. P. 230-266.

14. Yoshikawa T. Multifingered robot hands: Control for grasping and manipulation // Annual Reviews in Control. 2010. Vol. 34, Is. 2. P. 199-208.

15. Mirtich B., Canny J. Easily computable optimum grasps in 2D and 3D // In Proceedings of International Conference on Robotics and Automation. 1994. Vol. 1. P. 739-747.

16. Kim B., Oh S., Yi B., Suh I. Optimal grasping based on non-dimensionalized performance indices // In Proceedings of International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2001. Vol. 2. P. 949-956.

17. Popovic M.A. Strategy for grasping unknown objects based on co-planarity and colour information // Robotics and Autonomous Systems. 2010. Vol. 58, Is.5. P. 551-565.

18. A 3D grasping system based on multimodal visual and tactile processing /B.J. Grzyb [et al.] // Industrial Robot: An International Journal. 2009. Vol. 36, Is. 4. P.365-369.

19. Evaluation of human prehension using grasp quality measures /B. Leon [et al.] // International Journal of Advanced Robotic Systems. 2012. Vol. 9, Is. 4. 12 p.

20. Li Z., Sastry S. Task-oriented optimal grasping by multifingered robotic hands // IEEE Journal of Robotics and Automation. 1987. Vol. 4. P. 389-394.

21. Wang H., Fan S., Liu H. Thumb Configuration and Performance Evaluation for Dexterous Robotic Hand Design // Journal of Mechanical Design. 2017. Vol. 139, Is. 1. 12 p.

22. Yoshikawa T. Manipulability of robotic mechanisms // International Journal of Robotics Research. 1985. Vol. 4, No. 2. P. 3-9.

23. Salisbury J., Craig J. Articulated hands: Force control and kinematic issues // International Journal of Robotics Research. 1982. Vol. 1, No. 1, P. 4-17.

24. Kallu K.D., Jie W., Lee M.C. Sensorless Reaction Force Estimation of the End Effector of a Dual-arm Robot Manipulator Using Sliding Mode Control with a Sliding Perturbation Observer // International Journal of Control, Automation and Systems. 2018. Vol. 16, Is. 3. P. 1367-1378.

25. Ghariblu H., Javanmard A. Maximum allowable load of two cooperative manipulators // IEEE Second International Conference on Computer Engineering and Applications. 2010. P. 566-570.

26. Simple orientation control of an object by regrasping using a dual-arm manipulator with multi-fingered hands /A. Kawamura [et al.] // International Conference on Advanced Robotics (ICAR). 2009. 6 p.

27. Yagiz N., Hacioglu Y., Arslan Y.Z. Load transportation by dual arm robot using sliding mode control // Journal of Mechanical science and Technology. 2010. Vol. 24, Is. 5. P. 1177-1184.

28. Lippiello V., Siciliano B., Villani L. A grasping force optimization algorithm for multiarm robots with multifingered hands // IEEE Transactions on Robotics. 2013. Vol. 29, Is. 1. P. 55-67.

29. Ueki S., Kawasaki H., Mouri T. Adaptive coordinated control of multi-fingered robot hand // Journal of Robotics and Mechatronics. 2009. Vol. 21, Is. 1. P. 36-43.

30. Li Z., Sastry S. Task oriented optimal grasping by multifingered robot hands // IEEE Transactions on Robotics and Automation. 1988. Vol. 4, No. 1. P. 32-44.

31. Dual arm manipulation - A survey /C. Smith [et. al] // Robotics and Autonomous systems. 2012. Vol. 60, Is. 10. P. 1340-1353.

32. Jlassi S. Formulation et études des problèmes de commande en co-manipulation robotique: Thèse de Doctorat. Université Paris Sud-Paris XI, Français. 2013. 259 p.

33. Pittelkau M.E. Adaptive load-sharing force control for two-arm manipulators // In Proceedings of International Conference on Robotics and Automation. 1988. P. 489-503.

34. Task-oriented motion planning for multi-arm robotic systems /F. Basile [et al.] // Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2012. Vol. 28, Is. 5. P. 569-582.

35. Preliminary design of a whole arm manipulation system / J.K. Salisbury [et al.] // In Proceedings of International Conference on Robotics and Automation. 1988. P. 254-260.

36. Godler I., Hashiguchi K., Sonoda T. Robotic finger with coupled joints: A prototype and its inverse kinematics // In Proceedings of 11th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control. 2010. P. 337-342.

37. Perception Enhanced Robotic Arm /Z. Ye [et al.] // IEEE 12th International Conference on Ubiquitous Intelligence and Computing. 2015. P. 368-368.

38. Modelling and Control of the Barrett Hand for Grasping /M.R. Hasan [et al.] // In Proceedings of 15th International Conference on Computer Modelling and Simulation. 2013. P. 230-235.

39. Cutkosky M.R. Robotic grasping and fine manipulation. Springer, 2012. 192 p.

40. Salisbury K., Roth B. Kinematics and force analysis of articulate mechanica1 hands // ASME Journal of Mechanisms, Transmissions and Automation in Design. 1983. Vol. 105. P. 35-41.

41. Jia Y.-B., Tian J. Deformations of General Parametric Shells: Computation and Robot Experiment // In Proceedings of International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2008. 8 p.

42. Tian J., Jia Y.-B. Modeling Deformable Shell-like Objects Grasped by a Robot Hand // In Proceedings of International Conference on Robotics and Automation. 2009. P. 1298-1302.

43. Tian J., Jia Y.-B. Modeling Deformations of General Parametric Shells Grasped by a Robot Hand // IEEE Transactions On Robotics. 2010. Vol. 26, No. 5. P. 837-852.

44. Jia Y.-B., Guo F., Tian J. On Two-Finger Grasping of Deformable Planar Objects // In Proceedings of International Conference on Robotics and Automation. 2011. P. 5261-5266.

45. Guo F., Lin H., Jia Y.-B. Squeeze Grasping of Deformable Planar Objects with Segment Contacts and Stick/Slip Transitions // In Proceedings of International Conference on Robotics and Automation. 2013. P. 3721-3726.

46. Jia Y.-B., Lin Y., Guo F. Optimal Two-Finger Squeezing of Deformable Objects // In Proceedings of International Conference on Robotics and Automation. 2013. P. 3514-3519.

47. Jia Y.-B., Guo F., Lin H. Grasping Deformable Planar Objects: Squeeze, Stick/Slip Analysis, and Energy-Based Optimalities // International Journal of Robotics Research. 2014. Vol. 33, No. 6. P. 866-897.

48. Pauly M., Pai D.K., Guibas L.J. Quasi-Rigid Objects in Contact // In Proceedings of Symposium on Computer Animation. 2004. P. 109-119.

49. Data-Driven Grasp Synthesis - A Survey /J. Bohg [et al.] // IEEE Transactions on Robotics. 2014. 20 p.

50. Roa M.A., Suarez R. Finding locally optimum force-closure grasps // Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2009. Vol. 25, Is. 3. P. 536-544.

51. Bohg J., Kragic D. Learning grasping points with shape context // Robotics and Autonomous Systems. 2010. Vol. 58, Is. 4. P. 362-377.

52. On the efficient computation of independent contact regions for force closure grasps /R. Krug [et al.] // IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). 2010. P. 586-591.

53. Roa M.A., Suarez R. Computation of independent contact regions for grasping 3-d objects // IEEE Transactions on Robotics. 2009. Vol. 25, Is. 4. P. 839-850.

54. Redmon J., Angelova A. Real-time grasp detection using convolutional neural networks // IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). 2015. P. 1316-1322.

55. Cornella J., Suarez R. Efficient determination of four-point form-closure optimal constraints of polygonal objects // IEEE Transactions on Automation Science and Engineering. 2009. Vol. 6, Is. 1. P. 121.

56. Sahbani A., El-Khoury S., Bidaud P. An overview of 3D object grasp synthesis algorithms // Robotics and Autonomous Systems. 2012. Vol. 60, Is. 3. P. 326-336.

57. Bicchi A., Kumar V. Robotic grasping and contact: a review // In Proceedings of International Conference on Robotics and Automation. 2000. P. 348-353.

58. Grasp stability assessment through unsupervised feature learning of tactile images /D. Cockbum [et al.] // IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). 2017. P. 2238-2244.

59. Stability of soft-finger grasp under gravity /K. Harada [et al.] // IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). 2014. P. 883-888.

60. Assessing grasp stability based on learning and haptic data /Y. Bekiroglu [et al.] // IEEE Transactions on Robotics. 2011. Vol. 27, Is. 3. P. 616-629.

61. Miller A.T. GraspIt!: A Versatile Simulator for Robotic Grasping: Ph.D. dissertation. New York. 2001. 127 p.

62. Sanfilippo F., Pettersen K. OpenMRH: A modular robotic hand generator plugin for OpenRAVE // IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics. 2015. 6 p.

63. Saxena A., Driemeyer J. Robotic grasping of novel objects using vision // International Journal of Robotics Research. 2008. Vol. 27, No. 2. P.157-173.

64. Lippiello V., Ruggiero F., Siciliano B. Floating visual grasp of unknown objects using an elastic reconstruction surface // In Proceedings of International Symposium of Robotic Research. 2009. P. 329-344.

65. Lippiello V., Ruggiero F. Surface model reconstruction of 3d objects from multiple views // In Proceedings of International Conference on Robotics and Automation. 2009. 6 p.

66. Goldfeder C., Allen P. Data-Driven Grasping with Partial Sensor Data // In Proceedings of International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2009. P.1278- 1283.

67. Diankov R. Automated construction of robotic manipulation programs: Ph.D. dissertation. Pittsburgh. 2010. 263 p.

68. Grasp Planning Via Decomposition Trees /C. Goldfeder [et al.] // In Proceedings of International Conference on Robotics and Automation. 2007. P. 4679-4684.

69. Ciocarlie M.T., Allen P.K. Hand posture subspaces for dexterous robotic grasping // The International Journal of Robotics Research. 2009. Vol. 28, Is. 7. P. 851-867.

70. Goldfeder C. The columbia grasp database // In Proceedings of International Conference on Robotics and Automation. 2009. P. 1710-1716.

71. Ferrari C., Canny J. Planning optimal grasps // In Proceedings of International Conference on Robotics and Automation. 1992. Vol. 3. P. 2290-2295.

72. Weisz J., Allen P. Pose Error Robust Grasping from Contact Wrench Space Metrics // In Proceedings of International Conference on Robotics and Automation. 2012. P. 557-562.

73. Learning a dictionary of prototypical grasp-predicting parts from grasping experience /R. Detry [et al.] // In Proceedings of International Conference on Robotics and Automation (ICRA). 2013. P. 601-608.

74. Pinto L., Gupta A. Supersizing self-supervision: Learning to grasp from 50k tries and 700 robot hours // In Proceedings of International Conference on Robotics and Automation (ICRA). 2016. P. 3406-3413.

75. Попов В.Л. Механика контактного взаимодействия и физика трения. М.: Физматлит, 2013. 352 с.

76. Jeong I.-K., Lee I. An oriented particles and generalized spring model for fast prototyping deformable objects // In Proceedings of Eurographics. 2004. P. 41-44.

77. Large-scale dynamic simulation of highly constrained strands /S. Sueda [et al.] // ACM Transactions on Graphics (TOG). 2011. Vol. 30, Is. 4. 9 p.

78. Светашков A.A., Куприянов H.A., Манабаев K.K. Новые эффективные по времени характеристики для решения задач линейной вязкоупругости // Известия высших учебных заведений. Физика. 2013. Т. 56, №. 3. С. 206-208.

79. Бренд Д.Р. Теория линейной вязкоупругости. М.: Мир, 1965. 390 с.

80. Feng S.Z., Cui X.Y., Li G.Y. Analysis of transient thermo-elastic problems using edge-based smoothed finite element method // International Journal of Thermal Sciences. 2013. Vol. 65. P. 127-135.

81. Bathe K.J. Finite Element Procedures. Upper Saddle River: Prentice Hall, 1995. 1037 p.

82. Бате K.-Ю. Методы конечных элементов. М: Физматлит, 2010. 1024 с.

83. Flexible simulation of deformable models using discontinuous Galerkin FEM /P. Kaufmann [et al.] // Graphical Models. 2009. Vol. 71, No. 4. P. 152-167.

84. Efficient path planning for mobile robots in environments with deformable objects /B. Frank [et al.] // In Proceedings of International Conference on Robotics and Automation. 2008. P. 3737-3742.

85. Accounting for large deformations in real-time simulations of soft tissues based on reduced-order models /S. Niroomandi [et al.] // Computer Methods and Programs in Biomedicine. 2012. Vol. 105, Is. 1. 12 p.

86. Capture and modeling of non-linear heterogeneous soft tissue /B. Bickel [et al.] // ACM Transactions on Graphics (TOG). 2009. Vol. 28, Is. 3. 89 p.

87. Gross M., Pfister H. Point-based graphics. Elsevier, 2011. 552 p.

88. Perspective accurate splatting /M. Zwicker [et al.] // In Proceedings of Graphics Interface. 2004. P. 247-254.

89. Zhang Q. A New Method of Expressing Point Model Based on Kd-Tree for Plane Area // Advanced Materials Research. 2014. Vol. 842. P. 658-661.

90. Ericson C. Real-time collision detection. San Francisco: Elsevier, 2005. 593 p.

91. Lindemann P. The gilbert-johnson-keerthi distance algorithm // Media Informatics Proseminar "Algorithms in Media Informatics". 2009. 4 p.

92. Lin M.C. Efficient collision detection for animation and robotics: Ph.D. dissertation. Berkeley. 1993. 159 p.

93. Ji X., Liu C., Cao Y. Real-time destruction simulation with pre-fractured model // In Proceedings of 2nd International Conference on Computer Science and Network Technology. 2012. P. 743-747.

94. Bzhikhatlov I., Perepelkina S. Research of robot model behaviour depending on model parameters using physic engines bullet physics and ODE // In Proceedings of International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing. 2017. 7 p.

95. Kobayashi J. Weeding manipulator exploiting its oscillatory motion for force generation: Verification of the effectiveness by simulations using Open Dynamics Engine // In Proceedings of International Conference on Robotics and Biomimetics. 2009. P. 1285-1290.

96. Han W., Reddy B.D. Plasticity: mathematical theory and numerical analysis. Springer Science & Business Media, 2012. 424 p.

97. Collision detection for deformable objects /M. Teschner [at al.] // In Proceedings of Eurographics. 2004. Р. 119-135.

98. Manipulation of Parametric Surfaces through a Simple Deformation Algorithm /L. You [et al.] // In Proceedings of International Conference on Computer Graphics Theory and Applications. 2010. P. 84-89.

99. Metaxas D.N. Physics-based deformable models: applications to computer vision, graphics and medical imaging. Springer Science & Business Media, 2012. 389 p.

100. Schmedding R., Gissler M., Teschner M. Optimized damping for dynamic simulations // In Proceedings of 25th Spring Conference on Computer Graphics. 2009. P. 189-196.

101. Baraff D., Witkin A. Dynamic simulation of non-penetrating flexible bodies // In Proceedings of 19th Special Interest Group on Graphics and Interactive Techniques. 1992. Vol. 26, No. 2. P. 303-308.

102. Wang Z., Yuan Y. Componentwise error bounds for linear complementarity problems // IMA journal of numerical analysis. 2009. Vol. 31, Is. 1. P. 348-357.

103. Oh S., Kim Y., Roh B.S. Impulse-based rigid body interaction in SPH // Computer Animation and Virtual Worlds. 2009. Vol. 20, Is. 2-3. P. 215-224.

104. Mirtich B., Canny J. Impulse-based simulation of rigid bodies // In Proceedings of Symposium on Interactive 3D graphics. 1995. P. 181-190.

105. Gascuel M.P. An implicit formulation for precise contact modeling between flexible solids // In Proceedings of 20th Special Interest Group on Graphics and Interactive Techniques. 1993. P. 313-320.

106. Tan J., Yang X.B. Physically-based fluid animation: A survey // Science in China Series F: Information Sciences. 2009. Vol. 52, № 5. P. 723-740.

107. Comparative analysis of multidimensional, quantitative data /A. Lex [et al.] // IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics. 2010. Vol. 16, Is. 6. P. 1027-1035.

108. Schwartzburg Y., Pauly M. Design and optimization of orthogonally intersecting planar surfaces // Computational Design Modelling. 2011. P. 191-199.

109. Willcocks C. Sparse volumetric deformation: Doctoral thesis. Durham. 2013. 137 p.

110. Guennebaud G., Barthe L., Paulin M. Deferred splatting // In Proceedings of Eurographics. 2004. Vol. 23, No. 3. P. 653-660.

111. Shape modeling with point-sampled geometry /M. Pauly [et al.] // In Proceedings of 30th Special Interest Group on Graphics and Interactive Techniques. 2003. Vol. 23, No. 3. P. 641-650.

112. Allgower E.L., Georg K. Numerical continuation methods: an introduction. Springer Science & Business Media, 2012. Vol. 13. 388 p.

113. Efficient reconstruction of nonrigid shape and motion from real-time 3D scanner data /M. Wand [et al.] // ACM Transactions on Graphics (TOG). 2009. Vol. 28, Is. 2. 15 p.

114. Steinemann D., Otaduy M.A., Gross M. Splitting meshless deforming objects with explicit surface tracking // Graphical Models. 2009. Vol. 71, Is. 6. P. 209-220.

115. Odhner L.U., Dollar A.M. Dexterous manipulation with underactuated elastic hands // In Proceedings of International Conference on Robotics and Automation (ICRA). 2011. P. 5254-5260.

116. Li M., Yang W., Zhang X. Analysis of indeterminate force in multi-contact friction grasp based on potential energy minimization // In Proceedings of International Conference on Modelling, Identification and Control. 2010. P. 801-806.

117. Kovecses J., Ebrahimi S. Parameter Analysis and Normalization for the Dynamics and Design of Multibody Systems // Journal of Computational and Nonlinear Dynamics. 2009.Vol. 4, Is. 3. 10 p.

118. Patel S., Sobh T. Manipulator performance measures - a comprehensive literature survey // Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2015. Vol. 77, Is. 3-4. P 547-570.

119. Метод множителей Лагранжа / В.И. Бахтин [и др.]. Минск: Изд-во БГУ, 2012. 40 с.

120. A study on fingertip designs and their influences on performing stable prehension for robot hands /K. Or [et al.] // IEEE International Conference on Humanoid Robots (Humanoids). 2016. P. 772-777.

121. Лесков А.Г., Морошкин С.Д. Система технического зрения для определения расположения объектов // Труды Международной научно-технической конференции ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ РОБОТОТЕХНИКА. 2016. C. 287-290.

122. Сеславин А.И. Фильтры Калмана. М .: МИИТ, 2011.16 с.

123. Human-guided grasp measures improve grasp robustness on physical robot /R. Balasubramanian [et al.] // In Proceedings of International Conference on Robotics and Automation. 2010. P. 2294-2301.

124. Pfrommer J., Stogl D., Aleksandrov K. Modelling and orchestration of service-based manufacturing systems via skills // In Proceedings of IEEE Emerging Technology and Factory Automation. 2014. 4 p.

125. Rhoades B.B., Sabo J.P., Conrad J.M. Enabling a National Instruments DaNI 2.0 robotic development platform for the Robot Operating System // IEEE Conferences. 2017. 5 p.

126. Aiswarya G., Valsaraj N., Vaishak M. Content-based 3D image retrieval using point cloud library a novel approach for the retrieval of 3D images // International Conference on Communication and Signal Processing. 2017. P. 817-820.

127. Gyawali P., McGough J. Simulation of detecting and climbing a ladder for a humanoid robot // IEEE International Conference on Electro-Information Technology. 2013. 6 p.

128. Zhao J., Wang Y., Yin G. Ancient Architecture Point Cloud Data Triangulation Algorithm Integrated with Cylindrical Projection and Tangent Plane Projection // In Proceedings of Fifth International Joint Conference on INC. 2009. P. 1108-1113.

129. Вычислительная геометрия. Алгоритмы и приложения /М. Берг [и др.]. Springer, 2017. 438 с.

130. Hu L., Nooshabadi S., Ahmadi M. Massively parallel KD-tree construction and nearest neighbor search algorithms // IEEE International Symposium on Circuits and Systems. 2015. P.2752-2755.

131. Ma G., Zhang Y. Texture Slab Projection and BSP Tree for GPU Accelerated Volume Rendering // In Proceedings of 4th International Conference on Bioinformatics and Biomedical. 2010. P. 421-425.

132. Lee S.S., Shishibori M. Compression of Search Range of VP-Tree for Multimedia Data Retrieval Applications // In Proceedings of Data Compression Conference. 2012. P. 403-403.

133. Нестеренко Е.А. Возможность использования сплайн-поверхности для построения поверхностей по результатам съемок // Записки Горного института. 2013. Т. 204. С. 127-131.

134. Обзор алгоритмов триангуляции неявно заданной поверхности /Н.В. Бугров [и др.] // Сборник Международной конференций MEDIAS2012. 2012. С. 234-257.

135. Васильков Д.М. Геометрическое моделирование и компьютерная графика: вычислительные и алгоритмические основы. Минск: Изд-во БГУ, 2011. 203 с.

136. Леденев В.В., Однолько В.Г., Нгуен З.Х. Теоретические основы механики деформирования и разрушения. Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2013. 312 с.

137. Козлов В.В. Лагранжева механика и сухое трение // Нелинейная динамика. 2010. Т. 6. № 4. С. 855-868.

138. Tegin J.E.F. Tactile Grasping for Domestic Service Robots: Doctoral thesis. Stockholm. 2009. 187 p.

139. Karakatsani D. Object manipulation with two robotic fingers using tactile information: Master thesis. Barcelona. 2011. 184 p.

научного руководителя, доктора технических наук Лескова А.Г. на диссертационную работу Селиверстовой Е.В. на тему «Управление многопалым захватным устройством автономного робота при захвате и манипулировании деформируемыми объектами»,

представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.05 - Роботы, мехатроника и робототехнические системы.

Главное достоинство манипуляционных роботов (МР) - возможность выполнения разнообразных операций при удалении человека от операционной зоны. В настоящее время эти операции реализуются, главным образом, с использованием полуавтоматических МР. Управление такими МР требует постоянного нахождении оператора в контуре управления и затруднено из-за ограничений, присущих линиям связи робота с постом оператора и возможных ошибок в действиях оператора. Альтернативой полуавтоматическим МР являются автономные системы, обладающие способностью выполнять операции автоматически - без вмешательства человека. Операция захвата объекта манипулирования (ОМ) и его перемещения в рабочем пространстве являются одной из основных. В настоящее время вопросы автоматического захвата и перемещения ОМ рассматривались только по отношению ОМ, представляющим собой абсолютно твердые тела. По отношению к деформируемым телам этим вопросам уделялось недостаточно внимания. Поэтому разработка методов управления многопалым захватным устройством (ЗУ) автономного МР при захвате и манипулировании деформируемыми объектами является актуальной задачей.

Диссертационная работа Селиверстовой Е.В. представляет собой законченное исследование, посвященное изучению вопросов роботизированного захвата деформируемых объектов. Работа имеет практическую ценность, связанную с повышением степени автономности робототехнических систем при выполнении манипуляционных задач с потенциально опасными для жизни и здоровья человека объектами. Особенно интересным и полезным представляется решение задачи минимизации сил, прилагаемых к ОМ со стороны ЗУ, поскольку позволяет избежать чрезмерной деформации или разрушения ОМ, что особенно важно при работе со взрывоопасными объектами.

Необходимо отметить новизну и высокую степень проработки вопросов автоматического захвата упруго деформируемых тел с учетом изменения (в силу деформации) формы площадок контакта захватного устройства и объекта, а также смещения центра масс ОМ в процессе захвата и манипулирования.

Целью исследований, выполненных автором, является разработка структуры и алгоритмов функционирования системы управления многопалым ЗУ для выполнения операции автоматического захвата деформируемого ОМ произвольной формы и последующего манипулирования объектом пальцами ЗУ с обеспечением минимизации контактных сил.

Выносимые автором на защиту научные положения являются результатом авторского анализа исследований выполненных известными специалистами в данной области, аналитических исследований и компьютерного моделирования, а также натурных экспериментов с использованием современных образцов многопалых ЗУ. Полученные автором данные достоверны, результаты экспериментов грамотно интерпретированы, выводы достаточно убедительны.

Высокий уровень научной подготовки, выполнения теоретических исследований и экспериментов, о котором свидетельствует представленная к защите диссертационная работа, позволяет считать, что Селиверстова Е.В. заслуживает присуждения ей ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.05 «Роботы, мехатроника и робототехнические системы».

А.Г. Лесков

Подпись Лескова А.Г. заверяю

Научный руководитель доктор технических наук