Введение к работе
Актуальность проблеми. Мировая практика показывает, что на-нипуляцношыо роботи всо пвро внедряется в различные облает» человеческой деятельности как d производственной, так и в непроизводственной сферах. Этоку в значятельноЯ степеня способствуэТ больпой вклад в репенне теоретических проблем робототехники, внесенный отечественными научными коллективам* НГТУ им. Н.Э. Баумана, И ПИ як. Н. О. Келдыша РАН, ИПУ, Института машиноведения им. А. А. Благокравова РАН, ІШ7, ИППИ РАН, ННРЭА, СПбПН, СПбИИАН, НосСтаккнн н др. поя руководством Е.П.Попова, Д. Е. Охсцииского, И. 11. Макарова, К. В. Фролова, С. 3. Емельянова, В. И. Пономарева, П. И. Солонешеэа.
Бносто с тон, расширенно возможных областей применения роботов приводит к необходимости построения слояс1ЫХ технических спстем, включающих несколько роботов, системи очувстплопяя. технологическое оборудование. Подобкал тенденция обьединення технических систем в одну систему, такую, что решаемая ею задача декомпозируется по входящим а ее став подсистемам, намоталась недавно. Хороший пример сложных технических систем дают роботизированные гибкие производственные модули, являющиеся основным элементом конпыэтерно-ннтегрированного производства. Кроме того, ряд прикладных задач, связанных с осуществлением операций сборки/разборки (особенно в экстремальных средах), требует использования многокомпонентных роботизированных систем. Количество примеров можно без труда множить, имея при этой в виду, что харак терной особенностью сложный систем является: (а) наличие большого числа управляемых подсистем, и (б) распределение задачи, решаемой сложной системой в целом, по подсистемам.
Появление нового класса робототехнических систем, названных сложными робототехшчесними системами (СРС), поставило перед исследователями целый ряд задач, ваинвишиии из которых являют:»:
разработка методов управления СРС;
разработка методов имитационного моделирования робота как основной компоненты СРС;
разработка проблемно-ориентированного программного обеспечения (ПО) систем управления и моделирования поведения СРС. Решению этих задач и посвящена настоящая диссертационная
работа.
Проблема управления многокомпонентными системами является восьма сложной. Даже сак термин "управление" нуждается в уточнении, поскольку в настоящее время здесь но существует общепринятой терминологий, таков, например, какая установилась в отношении управления ианипуляцнанкимк роботами.
слм в области теории и практики управления нанипуляционны-ми роботами достигнуты впечатляющие результаты (выпущен ряд монография и учебников, создано большое колвчество промышленных рооотов), то состояние теории управления СРС в настоящее Броня характеризуется, главным образом, накоплением разлитых подходов н их ьпробацией. Разрабатываемое програккное обеспечение систем управления СРС является уникалыым, ориентированный каждый раз на конкретную систем.,. Полученные в этоЕ области результаты еще на образовали критическое кассы, достаточной для того, чтобы можно было говорить о создание теории управления сложными многокомпонентными системами. Как сказано в обзоре, посвяданном современным тенденциях в областа управления сложными производственными системами, "здесь неприменимы методы классической теории управления... Будущее теории управления нонет быть связано с этой прикладной областью. Именно здесь будут разработаны новые методи" (Gershwin S.D. et al. A Control Perspective on Racent Trends in Manufacturing Systens.- IEEE CS Magazine, 1986, pp 3-12).
В последние несколько лет наблюдается резкое повышение интереса к этой проблематике, вызванное, во-первых, социальным заказом со стороны производства, эволюционирующего к компьютерно-интегрированному производству, к, во-вторых, появлением аппарата теории сетей Петра, давшего мощный импульс развитию методов моделирования и управления многокомпонентными системами.
Цель работы заключается в формировании основ теории сложных робототехнических систем, а низино в разработке мотодов управления, моделирования, а также проблемно-ориентированных программных средств. Возникновение этого научного направления обусловлено современными тенденциями развития робототехники, состоящими во включении робота в состав слошюї системы, в которой он выполняет часть общей задачи, сформулированной для системы в целом.
Методы исследования базируются на использовании методов дискретной математики (теория конечных автоматов, теория сетей Петри). Представленные в работе методы управления, моделирования и разработки программного обеспечения основаны также ла методах
кеханики, твори» управления, информатика, модаляровапзя. Хромо гого, для подтверждения работосг собности и эффективности предложенных нетодов и созданного программного обэспочэная была проведена серия экспериментальных исследования рэалызыя робототох-кическях систем.
Научная новизна и практическая значимость. Научная ноэязка . полученных в диссертационно! равоте результатов состоит в следующем:
на основания построения математических моделей подсястам СРС как конечных автоматов предлояено формировать управляющую структуру в виде сети взаимодействующих, специальным образом сконструированных автонатоэ, обеспечивающих заданноэ поведение СРС. Топология сети и атрибуты сетевых автоматов определяются заданием, выполняемый СРС;
для верификации алгоритмов управления СРС предложено осуществлять сравнение языков, порождаемых помеченным* сетями Петря, моделирующими, с одноЯ сторогы, управляюяуя структуру н под-сястзкы СРС, а с jipyroS - Еияолняэмоо sn задапзэ;
разработаны методы построения я принципы организации программного обеспечения системы управления СРС (языка описання управляющей сатя и исполняющей системы), а также имитаторов многозвенных манипуляторов.
Практическая значимость полученных результатов состоит в том, что разработанные методы управления и моделирования СРС, а таюха соответствующие принципы построения ПО их систем управления могут быть использованы для разработки инструментальных * управляющих программных средств широкого класса многокомпонентных систем.
На основе разработанных в диссертация методов под руководством при участия автора было создано программное обеспечение
роботизированного гибкого производственного модуля механообработки (ННИТН);
системы управления промышленного робота Робоконт-3 (НСЛО 'Красный пролетарий", ПО СКЭН), демонстрировавшегося на международной выставке Автоматизация-89;
системы управления роботизированного комплекса сборки пробки радиатора (ПО Радиатор, г.Оренбург);
- системы управления адаптивного роботизированного сбороч
ного модуля ( НиИАПП МГТУ им. Н. Баумана) ;
центральной систоли управленая ходульного роботизированного конпликсц для добыча угля (ПочорННИПроокт. г.Воркута);
кнататоров D-ти Эвенкии нанзпулятороЕ IRISH, IUIS12 к із-1'я ввешюго манипулятора RAKP-2000 (Г.ккроматыка Холдинг. г.Бу-дапешт, Венгрия) .
В настоящее время кз основе предложенного евторои подхода ведется разработке ПО скстаны управления участка литья и сборка, включию^его носколько роботкз«ровашых ГШ1, транспортную снетону к - клад.
Работы по указанному направлен::» велись в прецвесє ьылолко-ния госбюджетных научно-исследовательских работ s райка.-.; кокллэ-ксной программы ГКНТ СССР в АН СССР 0. 10. 0В. , 'а так-в кегдогого-ртлх НИР с рядом оргЕ'.тзацва, в той числа с ІІСПО "Іїрзхї^ії пролетарки" ( г. Москва), По СКЗН (г. Нальчик), ПО "Радиатор" ( г. Орок-бург), Накрокатнка Холдснг (г. Будапешт, Венгрия), Ккстгтут It Пу-пвпа (г.Белград, Югославия) в другдмг. В настоящее Ером работы ведутся прк поддоржке Российского фонда фу ндаканталызых ясслздо-ваний (грант 03-012-663).
Апробация работы. Основкиэ иологшкяк к результаты хгзесерта-ционмой. работы докладывалась в обсукдалесь к-
Всосоюзнон совещании по робототсхигчееккм екстанак (Елг,-дикар, 1878г. ) і
V Международной конфорондиг по програкмнруоіаііі системам "Продана* 82" (Ленангрвд, 193ЕГ. ) I
Всесоюзном совощакяг "Научкыэ прикипи автокаткэацкй про-оиткрования, пптроэкяя, аппаратного обоспоченгя в эксплуатации робототехіичоскгх ексток" (Цахкгдаср, ІіЗЗЗг. ) ;
Всосоюзиом скипозкуие "Сборка-04* с участкен стран-членов СЭЕ {Ташкент, 188«г. ) ;
V международном симпозиуме IFAC "Робототехника и гкбкао проязводгтвеюия скстокіі' (Суздаль, ЮЗЕг. ) ?
I, II, III, IV Советско-Югославских симпозиумах по проблемах робототехнякк (Москва, 1983г.; Аранжеловац, СФРЮ, lS34r. j Москва, 1986г'. ; Нова Сад, С*РЮ, 1288г. ) j
Всесоозвдх симпозиумах по логическому управлэмзо с помощь» ЭВМ (Устинов, Ї987Г. ; Москва - Симеиз, :390г. ) ;
III, IV, V Всесоюзных совещаниях по робототехнике (Челя-бянск, 1383г. ; Киев, 1387г. ; Гелзкджкк. 1390г. ) ;
Международно»! симпозиуме по автоматизации к измерительной
технике (Вона, Австрия, ЮПОг. ), :і ряда другая.
Отдояьпиз результаты работь. обсуждались ла заседаниях рабочей группы по программному обеспеченно пршпгалэшмя роботов к глбкях производственных састон пря 11аучі:ои Созвто АН СССГ а то-чонів 1933-1039ГГ. , на :іаучір.гя сэианзря:: а НГУ под руководством академика Л. Е. Оісацлкского, на обьодяненпок сакянаро з уияпорсн-твте Синьхуа (г. Пекин) а Центра компьютерно-янтагрмрозлшмх производств, на семинарах о института It. Пупяна (г. Белград) под руководством профессора II. Вукобрзгозвча, і:ч сенятрэ а ЛШ1 РАН под руководством профессора Н. Р.пура-Бура, а гвкяо из семинарах n научно-учебном Центре "Робототахнзка" под руководством ак-здамниа Е. П. Попова.
Основные і:яучп.>» результаты нзплп отражение я учобнон процесса г.а кз^охгрэ "ГоСототсігїіїчасизо сястогч" "ГТУ чи И. я. Паума-иа: э курсах локциЗ "Спстоіги упрзслэлкл маняпулицяонт,::-; ро5п~"г," "Упрззлзкчо робототяхніччскчмя комплексами", а таїече з подготовленном созкестно с профессором А. С. Пд-зико к гздаіі:п учобіїчк-і "Упраглоняо роботами".
Публикации по токз дзесортвцн». По темо диссертация апубля-koseuio G3 работы, в ток чзсло монография [і](написаны лично литером главы 8 и а), [10]( написана совивстно с А. В. Назаровой глаза 6), [14] и [3(1] (написали лхчпо авторон фф 3.3, 3.1), [18](на-пясана лично авторон глава S), [37 ] (написача совместно с А. В. Назаровой глапа 6).
Структура и обьэи диссертация. Диссертация состоят аз введення, пестя глав, заключения, списка литературу. Общий обы і рабоги составляет 305 страниц, э гол число 2SS страниц основного текста, 153 рисунка на G4 страницах н 16 страниц списка литературы, содаржаиего 143 найменованая. .
