Проблему управления манипуляторами авторы делят па три части: синтез номинальных режимов, синтез системы динамической стабилизации в режиме малых отклонений и синтез системы управления в режиме больших отклонений от номинального состояния. Эта концепция применяется для построения движений антропоморфных манипуляционных роботов. Подробно излагаются вопросы динамики сборочных процессов. Предлагаются практические рекомендации по синтезу управления манипуляторами. В книге содержатся многочисленные примеры машинного моделирования робото-технических систем.
технических систем.
Табл. 23. Ил. 137. Библ. 157.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие................. •>
Введение. Общие принципы синтеза управления роботами н манипуляторами ............... 9
Определение класса систем........... 9
Классификация роботов......... . 9
Требования к синтезу управления роботами...... 12
Краткий обзор результатов в области синтеза управления роботами ........... »..... 18
Принципы синтеза управления роботами ,•..... 27
.Глава I. Динамика манипуляторов...... • 33
§ 1.1. Введение. Динамика пространственных механизмов ... 33 § 1.2. Классификация и основные особенности активных пространственных механизмов.......... 35
§ 1.3. Методы составления уравнений динамики с помощью основных теорем механики ,......-. 42
1.3.1. Параметры механизма (46). 1.3.2. «Сборка» механизма (47). 1.3.3. Определение положения разомкнутой цепи (49). 1.3.4. Опре-: деление скоростей и ускорений (50). 1.3.5. Определение инерцион-
ных сил и создаваемых ими моментов (52). 1.3.6. Кинетостатиче-ский метод составления дифференциальных уравнений движения (55).
§ 1.4. Метод автоматического формирования математических моделей активных пространственных механизмов с использованием уравнений Лагранжа II рода.......60
1.4.1. Механизм с цилиндрическими шарнирами (61). 1.4.2. Вычисление обобщенных сил (69). 1.4.3. Матричная интерпретация метода (72).
§ 1.5. Метод, основанный на уравнениях Гиббса — Аппеля . . 78 § 1.6. Полная модель динамики манипуляционных систем ... 86 § 1.7. Машинный метод линеаризации динамических моделей разомкнутых кинематических цепей ....... 88
Глава II. Сингез управления манипуляционпыми системами 93
§ 2.1. Введение.........,.,.,. 98
§ 2.2. Постановка задачи управления ........ 100
§ 2.3. Этап номинальной динамики ,,,....., 115
§ 2.4. Этап возмущенных движений......... 125
§ 2.5. Линейный оптимальный регулятор.......127
§ 2.6. Синтез децентрализованного управления на этапе анализа
возмущенных режимов..........132
2.6.1. Синтез локального управления (134). 2.6.2. Устойчивость системы (138). 2.6.3. Неоптимальность децентрализованного управления (142). 2.6.4. Синтез глобального управления (143). 2.6.5. Разделение модели на локальные подсистемы и взаимные связи (152). 2.6.6. Развязанное управление манипуляторами с использованием свойств асимптотического регулятора (153). I*
§ 2.7. Синтез управления в дискретной временной области . . 159
2.7.1. Синтез линейного дискретного регулятора (160). 2.7.2. Синтез децентрализованного регулятора и блока наблюдения в дискретной временнбй области (164).
§ 2.8. Интерактивный машинно-ориентированный алгоритм синтеза управления.............171
§ 2.9. Заключение..............177
Приложение 2А. Доказательство соотношений (2.6.31) и
(2.6.37)..........179
Приложение 2Б. Анализ влияния выбора Tii на степень неоптимальности управления.....181
Приложение 2В. Анализ устойчивости системы с децентрализованным регулятором и блоком наблюдения . • . . . .......184
Глава III. Синтез управления для типичных манипуляциоиных
задач..................193
§ 3.1. Введение...............193
§ 3.2. Задача перемещения концевой точки манипулятора по заданной траектории............201
3.2.1. Синтез номинальной динамики (203). 3.2.2. Линейный оптимальный регулятор — синтез управления при наличии возмущений (217). ?.2.3. Децентрализованное управление — синтез на этапе возмущенного движения (235). 3.2.4. Асимптотический регулятор— синтез управления на этапе возмущенного движения (237). • § 3.3. Перемещение объекта манипулирования по заданной траектории с желаемой ориентацией........242
3.3.1. Синтез номинальной динамики (243). 3.3.2. Синтез управления на этапе возмущенного движения — децентрализованное управление (252). 3.3.3. Анализ степени неоптимальности децентрализованного управления и различных видов глобального управления (284). 3.3.4. Синтез децентрализованного наблюдения (295).
§ 3.4. Управление ориентацией охвата с использованием обратной связи по силам............303
§ 3.5. Процесс сборки.............313
3.5.1. Анализ сил, возникающих в процессе сборки (316)? 3.5.2. Синтез управления манипулятором в процессе сборки (325).
§ 3.6. Мультипроцессорная реализация децентрализованного и
глобального управления.......... 333
§ 3.7. Заключение.............. 350
Приложение ЗА. Моделирование процесса сборки . . . 353
Литература.................371
Предметный указатель............ . 379
ПРЕДИСЛОВИЕ
Роботы и манипуляторы находят применение в различных областях человеческой деятельности, начиная от промышленности, сельского хозяйства, транспорта, подводных и космических исследований и до медицины, где используются в целях протезирования или для увеличения мускульной силы. Поэтому и с технико-экономической, и с общечеловеческой точек зрения значение исследований в области робототехники весьма велико. Особенности подобных систем и многообразные возможности их применения делают необходимым мультидисциплинарный подход как к проектированию роботов и манипуляторов, так и к их исследованию. Действительно, в робототехнике соприкасаются столь различные отрасли науки и техники, как прикладная математика, техническая механика, теория систем, теория автоматического управления, электроника, теория информации, вычислительная техника, теория машин и механизмов, общее машиноведение, медицина, экономика, социология и т. д.
При написании данной монографии авторы ставили перед собой следующие цели: показать целесообразность изучения динамических свойств манипуляционных механизмов; использовать эти динамические свойств'а при синтезе алгоритмов управления; найти для различных случаев адекватную меру учета динамики в зависимости от типа манипуляционного задания (задание на выполнение манипулятором определенного действия), от скорости его выполнения и от механизма манипулятора. Авторы надеются, что в исследованиях динамики, направленных на синтез алгоритмов динамического управления, им удалось избавиться от излишнего академизма и дать возможность читателям применять все представленные здесь результаты для практических разработок манипуляторов в самом широком смысле слова.
Авторы сочли целесообразным ограничиться только задачей синтеза управления роботами и манипуляторами, не вдаваясь в другие многочисленные проблемы, которыми занимается робототехника (задачи конструирования роботов, разработка датчиков, социологические и экономические последствия внедрения роботов, медицинские аспекты их применения и т. д.). Основное внимание уделяется синтезу управления промышленными манипуляторами, но все полученные результаты без особых затруднений могут быть применены к другим типам манипуляторов и роботов. Следует
Цена: 300руб.
