Введение к работе
Актуальность темы. Диссертационная работа посвящена проблеми изучения конструктивных свойств манипуляционшх роботов и потроєння оптимальных режимов Функционирования электромеханических эботов. При этом предполагается, что звенья малипулягаров могут ^ть как абсолютно твердыми, так л упругими телами. Актуальность змы обусловливается широким внедрением в производство роботов и эбототехнических систем при решении проблемі автоматизации тех-элогических процессов, перспективностью их дальнейшего совершен-гвованин и возрастанием требований к качеству юс функционирова-ія. Робототизированные производственные систеш получили широкое іспространение в машностроении, станкостроении, приборостроешш, автомобильной, электротехнической, авиакосмической, электронной эомышенноста и т.д. Jjh эффективного решения этих проблем необ-эдимо вести исследования, направленные на совершенствование ростов существующих типов и создание новых моделей с иироким прк-энением современных средств вычислительной техники, систем тех-іческого зрения или других элементов исскуственного интеллекта использованием соответствующего математического обеспечения для 5работки информации и организации адаптивных процессов управле-т. движением исполнительных механизмов. В этой области актуальны ш: разработка теоретических методов анализа динамики и управле-и, так и решение конкретных прикладных задач. Актуальность теш гссертации подтверждается также многочисленностью публикаций по -эоблемам математического моделирования и оптимального управления Фототехнических систем с учетом конструктивных характеристик, мвляющихся в настоящее время в отечественных и зарубежных наших изданиях.
Цель работы: математическое моделирование многозвенного [ектромеханического манипулятора, кинематический и динамический шгаз уравнений движения, построение оптимальных режимов управ-іния; моделирование процессов обслуживания технологических участ-щ, производственных операций с подвижными объектами, синтез оп-омальннх по быстродействию режимов обслуживания конвейеров; уп-івление движением многозвенного электромеханического манипулято-i по заданному фазовому многообразию; изучение влияния начальных іловий на решение задачи оптимального управления и обеспечо;;;-;-:тоёчивости программного движения; разработка алгоритмов решения
-ц-
задачи оптимального управления манипулятором в условиях неопрея ленности;, разработка методики экспериментального исследования у ругой податливости и определение жесткостных характеристик мани пуляционных роботов; создание более точных механических моделей манипуляторов с использованием результатов экспериментальных ис следований; исследование динамики ж управления движением упруги манипуляторов на основе асимптотических методов; разработка оптимальных режимов управления электромеханического' манипулятора упругими звеньями, обеспечиваших гашение упругих колебаний в конце процесса управления; применение и обобщение алгоритмов on тамальяого управления для исследования движений механических си стем, содержащих упругие элементы типа пластины.
Метода исследования. В диссертации использовались метода аналитической механики, теории оптимального управления, методы решения обратных задач динамики, асимптотические методы теории колебаний, а также экспериментальные методы.
Достоверность- полученных, результатов, базируется на строга и обоснованном использовании математических методов механики и теории управления, а также на сравнении результатов экспериментального исследования с теоретическими выводами.
Научная новизна и практическая ценность работы. Основные результаты диссертации являются новыми. Они могут иметь как теоретический, так и прикладной интерес. Построена расчетная моделі многозвенного электромеханического манипулятора я проведен кинематический и динамический анализ уравнений движения. Для линейной и нелинейной моделе! манипулятора построен синтез оптимального- по быстродействию в классе релейных управлений. Исследована задача оптимального управления технологическим процессом с подвижными объектами, которая может возникнуть при создашш гибких автоматизированных производств с применением адаптивных манипуляторов. Построена математическая модель управляемого технологического процесса и разработан алгоритм синтеза оптимального по быстродействию обслуживания конвейеров. Определены оптимальные управляющие усилия и входные напряжения приводов манипулятора, реализувщие движение манипулятора по заданному многообразию и обеспечивавдие устойчивость движения по отношению к начальному возмущению фазового состояния. Определено влияние вариаций начальных условий на динамику оптимального движения манипулятора. Разработан алгоритм определения параметров регулятора для обес-
печения оптимальной стабилизации и асиглптотическсй устойчивости программного движения. Исследована возможность применения адаптивного робота при решении задач управления в условиях неопределенности. Применен алгоритм оптимального гарантированного управления при непрерывном и дискретном уточне ига положения объекта.
Предложена методика определения упругой податливости и жесгкостных характеристик манипуляцггоншх роботов, представляющая интерес для специалистов, разрабатывающих конструкции и систему управления роботов. Приведенные данные об упругой податливости и колебательном движении промншгешшх роботов_тдпа "Циклон", "Универсал-5", "Ритм,тГ РІМ-25 могут быть использованы для 7лучшения их конструктивных характеристик и при разработке новых моделей. Асимптотическим методом исследованы динамика и управление движением промышленных роботов и произведено сравнение с результатами экспериментов. Разработан алгоритм оптимального управления движением манипулятора с большими линейными размерами, еде определяющее влияние на динамику движения оказывает упругость звеньев. Предложенный алгоритм оптимального управления обеспечивает также гашение упругих колебаний в конце процесса управления. Разработанные методы обобщенп для изучения динамики і создания систем управления механических систем, содержащих упругие элементы типа пластини. На основе полученных результатов логут быть сформулированы рекомендации по увеличению точности юзиционирования манипуляцяонвых роботов и по улучшению длнамя-іеских свойств механических систем с упругими свойствами-.
Результаты работы используются в плановых исследованиях Інститута проблем механики РАН, Института механики НАЇЇ РА, фа-сультета механики ЕГУ и в ряде специализированных предприятий.
Апробация работы. Результаты работы неоднократно докдады-іались на семинаре Института проблем механики Российской акаде-оти наук по теории управления и оптимизации (руководитель семя-іара - академик РАН Ф.Л. Черноусько), на сеглинаре по робототех-шчеекгол системам Института проблем механики РАН, на семинарах Інститута машиноведения РАН по диагностированию оборудования в 'словиях комплексно-автоматизированного производства, на годич-гом общем семинаре HAH PA (1S0S г.), на семинарах Института ме-:аники НАН РА, на семинарах факультета механики Ереванского го-:ударственного университета, на ежегодных научных сешшарах про-іессорско-преподавательского состава ЕГУ, а также на многих все-
-6~
союзных и международных конференциях, среди: которых Всесоюзные конференции по оптимальному управлению в механических системах (Москва, 1982 г.; Казань, 1985 г.; Львов, 1988 г.; Свердловск, 1S90 г.). Второй всесоюзный съезд по теории механизмов ж машин (Одесса, L982 г.), Шестой всесоюзный съезд по теоретической и ' прикладной механике (Ташкент, 1986 г.)» Всесоюзные совещания по робототехническим системам (Воронеж, 1984 г.; Геленджик, 1990 г. по управлению распределенными системами с подвижным воздействием (Куйбышев, 1983 г.), Межреспубликанская научно-практическая конференция творческой молодежи (Минск, 1992 г.), Всесоюзная конференция по проблемам биомеханики (Юрмала, 1983 г,)» Всесоизная школа молодых ученых и специалистов по проблеме оптимизации в ма пшностроении (Харьков - Алушта, 1983 г.)» международная научно-техническая конференция Инженерно-физические проблемы авиаци- онной и космической техники (Егорьевск, Московская область, 1995 г., 1996 г.) и другие.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 23 статьях в центральных научных журналах АН СССР, НАЯ РА и межвузовских сборниках ЕГУ, 1 препринте Института проблем механики АН СССР.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, девяти глав и содержит 392 стр. основного текста, 86 иллюстраций, 4 таблицы, список литературы из 191 наименования Полный объем работы составляет 460 стр.