Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в нашей стране и за рубежом быстрыми темпами растет потребность в создании и промышленном освоении многокоординатных механизмов с вращательными степенями подвижности. Наиболее известными механизмами этого типа являются промышленные роботы. Эта потребность вытекает из высоких функциональных характеристик таких механизмов, которых не имеют другие мамины.
Робототехника развивается в направлении усложнения конструкций и систем управления, что обуславливает требуемое увеличение технологических возможностей роботов, обеспечивает их универсализацию. В то же время .этот процесс сдерживается в связи с возрастанием алгоритмической сложности управления многозвенными механизмами, т.к. каждое звено в системе своих обобщенных координат управляется независимо, а различные траектории, которые механизмам надо воспроизводить при выполнении технологических операций, определены в декартовых координатах и требуют координации в работе всех звеньев. Проблема ослоаняется необходимостью управления в реальном времени. Отсюда актуальна задача оптимизации алгоритмов решения граекторных задач управления, что приводит к появлению все новых и новых средств и методов, позволяющих более эффективно решать указанные задачи. В частности, в данной диссертационной работе предлагается методы, позволяющие существенно сократить время решения траєкторних задач.
Работа проводилась в рамках НИОКР, ведущихся в Центре наукоемкого инжиниринга в соответствии с: федеральной инновационной программой "Российская инжиниринговая сеть технических нововведений" (Постановление Правительства Российской Федерации от 15.04.1994г., N3223; республиканской программой научно-технического прогресса "Создание центров инженерного обеспечения машиностроительных производств" (Постановление Совета Министров РСФСР от 13.07.91г., N369); приказами "Сотрудничество производственного объеденения "Ижорсккй завод" и Ленинградского политехнического института в реализации программы "Интенсифика-ция-30"(совместный приказ Минэнергомаша и Минвуза РСФСР от 12. 05.85г.,N184/312 "Об использовании научного потенциала высших учебных заведений Минвуза РСФСР в решении задач, стоящих перед Минзнергомашем по созданию и вводу в действие гибких производственных систем"); "Компьютеризированные интегрированные произ-
водственные системы", задание 1,3(приказ Государственного комитета СССР по народному образованию от 23.05.1990г., N349), а также хоздоговорами с Мариупольским металлургическим комбинатом "нзовсталь": "Лаборатория изготовления и испытания металлопроката стана 3600" (Ni?90); "Изготовление и поставка оборудования" (N1990).
Цель работы- разработка и реализация методов управления многозвенными механизмами с вращательными степенями подвижности в реальном масштабе времени.
Для достижения цели потребовалось решить следукщие задачи:
анализ наиболее распространенных кинематических схем механизмов с вращательными степенями подвижности (многокоординатных станков и промышленных роботов);
исследование решений прямой и обратной кинематических задач с целью замены некоторых элементарных функций, входящих в эти формулы, на комплексные, реализующие несколько элементарных;
анализ пригодности существующих методов реализации на вычислительной технике предложенных комплексных функций и обоснование выбора способа их реализации;
разработка алгоритмов решения траекторных задач для приведенных кинематических схем, с использованием предложенных комплексных функций для обеспечения сокращения, по сравнению с существующими методами, времени выполнения прямой и обратной задачи кинематики, т.е. сокращения машинного времени нахождения декартовых координат рабочего органа механизма по его обобщенным координатам, и времени нахождения обобщенных координат механизма по декартовым координатам его рабочего органа;
разработка программной и микропрограммной реализации решения траекторных задач с использованием традиционных и комплексных функций;
сравнительные исследования по точности и быстродействию решения траекторных задач с использованием традиционных и комплексных функций на компьютерах архитектурных линий DEC и INTEL;
Методы исследований.В работе использованы: методы математического моделирования, методы математической статистики, теория множеств, аппарат кватернионов, аппарат аналитической геометрии, алгоритмический.метод решения траекторных задач, таблично-алгоритмический (итерационный) метод
пространственных преобразований.
Научная новизна диссертационной работы заключается в:
декомпозиции решений прямих и обратных кинематических задач на предложенные автором комплексные векторные функции ROTOR и DECP0L;
разработке алгоритмов реализации этих функций на основе таблично-алгоритмических методов Волдера, Меднита и их модификаций;
разработке программной и микропрограммной реализации предложенных функций;
исследовании точности и быстродействия методов решения траєкторних задач на основе функций ROTOR и DECP0L.
Практическая ценность работы заключается в том, что ее результаты пригодны для непосредственного использования при решении траєкторних задач, возникающих при управлении механизмами с вращательными степенями подвижности и реализованы в программном обеспечении компьютеров архитектурных линий DEC и INTEL, а также в микропрограммном обеспечении функционально ориентированного сопроцессора терминальной системы управления 4С-02.
Внедрение работы. Полученные теоретические и практические результаты использованы в НИР, выполненных в СПбГТН при разработке программного обеспечения роботов на участке ГПС образцов объеденения "йжорский завод" и ГПС лакокрасочного участка объеденения "Кировский завод".
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались: на Всесоюзном "Научно-техническом обществе энергетиков и электротехников", февраль 1990, Краснодар; на общем заседании Международной академии технологической кибернетики, март 1993, Санкт-Петербург; на научных семинарах кафедры ГПС СПбГТУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано три печатных работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация, состоящая из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, содержит 33 машинописные страницы, включая 23
иллюстрации и 23 таблицы. Кроме этого, диссертация содержит 3 приложения на 20? страницах.