Введение к работе
Актуальность темы. Характерной особенностью развития робототехники является создание роботов и робототехнических комплексов, обеспечивающих все более высокую производительность и функциональные возможности. Во многих технологических процессах требуется, чтобы рабочий орган робота перемещался по криволинейной траектории в пространстве с постоянной скоростью. К таким процессом относятся сварка, резка, окраска, трассировка. Все эти процессы удобно описывать в декартовых координатах. ' Поэтому одной из важнейших задач робототехники является планирование траекторий робота-манипулятора в декартовом пространстве. На практике для планирования траектории рабочего органа робота используются следующие средства: выносной пульт обучения, программа на роботоориентированном языке, которая может использовать информацию, полученную от датчиков робота. В этих случаях важной особенностью является возможность генерации траектории рабочего органа манипулятора в режиме реального времени. При использовании информации от датчиков важно, чтобы геометрические характеристики генерируемой траектории не зависели от системы координат, в которой определяются узловые точки траектории. Известны два основных подхода к решению задачи генерации слоюшх криволинейных траекторий. Первый заключается в аппроксимации заданной траєкторій линейными сегментами, которые -могут быть найдены, используя метод наименьших квадратов. Во втором подходе используются полиномиальные сплайн-функции. Однако эти методы обладают существенными недостатками. Если траектория робота задана в виде кривой с сильно изменяющейся кривизной, то для аппроксимирующей траектории должно задаваться большое число промежуточных полонений рабочего органа манипулятора. При использовании классических методов сплайн-функций возникают следующие проблемы: форма траектории мокет зависеть от выбранной системы координат, невозможность генерации траектории в реняше реального времени, вычислительная сложность алгоритмов генерации сплайн-траектории ориентации рабочего органа робота.
В настоящей диссертационной работе предложены алгоритмы генерации гладких сплайн-траекторий роботов в декартовом пространстве, не содержащие указанных недостатков, и
усовершенствован метод управления скоростьи движения по криволинейной траектории без расчета длины кривой.
Цаль работы. Цель работы заключается в разработке алгоритмов генерации криволинейных траекторий роботов в декартовых координатах для работы в режиме реального времени.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
1) разработка алгоритмов реального времени генерации
инвариантных относительно ортогональных преобразований
сплайн-траекторий поступательного и вращательного движений в
декартовых координатах;
-
разработка алгоритма управления скоростью движения по криволинейной траектории Оез расчета длины,кривой;
-
разработка программного обеспечения системы генерации траекторий в декартових координатах на базе разработанных алгоритмов.
Новые научные результаты. В работе впервые получены следующие научные результаты:
-
предложены полиномы для сглаживания параметрически еаданных функций о заданной степенью квлрерывности;
-
разработаны алгоритмы генерации сплайн-траекторий поступательного н вращательного двикений рабочего органа манипулятора в декартовом пространстве для работы в рекиме реального времени, доказана инвариантность траекторий относительно ортогональных преобразований;
3) усовершенствован метод управления скоростью движения по
кривой, являющийся развитием мэтода Эйлэра решения задачи Коши
для обыкновенного дифференциального уравнения первого порядка с
дополнительным условием на производную функции.
Практическая значимость и реализация результатов работы:
-
разработано программное обеспечение интерполяции траекторий роботов в декартовых координатах;
-
разработан пропорционально-интегральный регулятор скорости движения по криволинейной траектории.
Основные результаты диссертационной работы использованы при проведении научно - исследовательских работ и опытно-конструкторских разработок, виполнявшихся в рамках хоздоговорных работ с НПО "Гранат" ( Х/Д * 2030 от 28.12.8Э, Х/Д » 2367 от 29.06.90).
Экономическая значимость полученных результатов.
Разработанное программное обеспечение может быть
использовано в системах программирования робототвхничэских комплексов и станков с ЧПУ.
Основные положения, выносимые на защиту:
1) способ сглаживания с заданной степенью непрерывности
параметрически заданных функций;
2) алгоритмы генерации в декартовых координатах
инвариантных относительно ортогональных преобразований
траекторий поступательного и вращательного движений схвата
манипулятора;
-
способ управления скоростью движения по криволинейной траектории;
-
программная реализация системы генерации траекторий в декартовых координатах.
Личный вклад. Все основные положения диссертации, выносимые на защиту, разработаны лично автором.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Белорусской госудврсвенной политехнической академии 1990-1993 гг. и на научно-техническом семинаре лаборатории автоматизации производства Белорусской государственной политехнической академии 1993 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 3 статьи в зарубежных журналах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, общей характеристики работы, основной части, состоящей из четырех глав, выводов, списка использованных источников из 131 наименования и трех приложений. Диссертация изложена на 186 страницах, из которых 106 страниц основного текста, включающего 30 иллюстраций и графиков, 80 страниц прилокений, включающих графические материалы, тексты программ и технические акты.
