Исследования мобильных роботов как объектов измерения и управления Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Есиков Дмитрий Олегович, асп., mcgeen4@,gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет

EVALUATING THE EFFECTIVENESS OF THE ADAPTIVE SCHEME REPRODUCTIONS ISLAND GENETIC ALGORITHM FOR SOLVING THE SUSTAINED OPERATION OF THE

DISTRIBUTED INFORMA TION SYSTEMS

A.N. Ivutin, D.O. Yesikov

A reproduction of an adaptive scheme in the island genetic algorithm for optimal (quasioptimal) the task of ensuring the sustainability of distributed information systems within a reasonable time is proposed. The experimental verification of the effectiveness of adaptive schemes of reproduction in the island genetic algorithm for solving the tasks of ensuring the sustainability of distributed information systems was made.

Key words: island genetic algorithm, an adaptive scheme of reproduction, distributed information system.

Ivutin Alexey Nikolaevich., candidate of technical sciences, docent, alex-ey. ivutin@,gmail. com, Russia, Tula, Tula State University,

Yesikov Dmitry Olegovich, postgraduate, mcgeen4@,gmail. com, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.865

ИССЛЕДОВАНИЯ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ КАК ОБЪЕКТОВ ИЗМЕРЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ

О.А. Игнатова, Е.С. Шиленко

Проведен анализ манипуляционной системы робота и показано, что пространственное положение рабочего органа манипулятора не может быть измерено непосредственно, а может быть только косвенно оценено по показаниям датчиков, измеряющих другие величины, например, ходы штоков линейных приводов рассматриваемых манипуляторов.

Ключевые слова: манипуляционная система робота, звенья системы, конструкция.

Рассмотрим типовое сочленение двух звеньев манипуляционной системы, одно из которых (1) соединено с основанием и считается неподвижным, а второе (2) перемещается относительно первого (рисунок 1). Основанием может быть платформа мобильного колесного робота, на которой конструктивно располагается навешенное оборудование специального назначения, или предыдущее звено из последовательной цепочки звеньев. Продолжением звена 2 может являться следующее звено из цепочки, или рабочий орган, которым оканчивается цепочка звеньев.

1

| д 7777777%

* I.1.............1........1

А

С>

<У

О

б

F

2

А

Типовое приложение сил в звене с вращательной (а) и поступательной (б) степенями подвижности

В двух типах конструкций звено 2, изображенное на рисунке а, имеет вращательную степень подвижности, а звено 2, изображенное на рисунке б, имеет поступательную степень подвижности. К подвижным звеньям в реальных конструкциях предъявляются высокие требования по быстродействию и точности. Однако соблюдение указанных противоречивых требований осложняется тем, что характер внешних сил приложенных к подвижному звену со стороны нагрузки, или последующих звеньев цепочки, наращивающих рассматриваемое, а также сил, действующих на звено со стороны основания, является консольным, а кинематическая структура манипуляционной системы в целом является разомкнутой.

Кроме того, крайняя точка А кинематического звена 2 в реальных конструкциях находится в пространстве вне конструкции робота, и ее местоположение, как правило, невозможно измерить непосредственно, а можно только оценить опосредовано, через измерение других параметров:

в случае, изображенном на рисунке а, пространственное местоположение (£ь точки А определяется через координаты основания О, угол ^ и длину стержня 2;

в случае, изображенном на рисунке б, пространственное положение £ точки А определяется через координаты основания О, положение ^ некоторой точки В, находящейся внутри конструкции относительно основания О, и длину отрезка АВ.

В этих условиях высокая точность определения местоположения рабочей точки А в пространстве может быть достигнута только в случае, если имеется адекватная математическая модель

описывающая кинематику пространственных механизмов, и позволяющая пересчитать вектор измеряемых параметров Е = в вектор

регулируемых параметров Z = ^

В свою очередь, основание мобильного робота является подвижным и представляет собой платформу с некоторой массой, подвешенную на вязкоупругих подвесках.

Анализ динамики звеньев показывает, что консольное приложение силомоментных воздействий со стороны привода, других звеньев и внешней среды, в частности вязкоупругих опор платформы вызывает значительные инерционные нагрузки и деформации звеньев. Деформации носят колебательный характер и оказывают существенное влияние на динамическую точность функционирования манипуляционной системы и всего мобильного робота в целом. В результате динамических деформаций существенно увеличивается время выполнения технологических операций робота и снижается эффективность его применения для решения целевых задач. Кроме того, возникающие динамические перегрузки и напряжения в звеньях конструкции уменьшают ее долговечность и снижают надежность функционирования.

Увеличение точности функционирования приводов для повышения точности позиционирования рабочего органа и жесткости звеньев для повышения собственных частот колебаний манипулятора, а также уменьшения амплитуды собственных колебаний рабочего органа, не является достаточно эффективными мерами по оптимизации технических характеристик мобильных роботов. Подобные меры, как правило, приводят к увеличению стоимости комплектующих, утяжелению конструкции и увеличению ее габаритов. Увеличение жесткости подвесок для уменьшения колебаний платформы не имеет смысла, поскольку при этом уменьшаются эффекты амортизации и демпфирования, что отрицательно сказывается на надежности мобильного робота в целом.

Еще одной существенной особенностью манипуляционных систем мобильных колесных роботов является переменность динамических параметров манипуляционной системы, если ее рассматривать как объект измерения и управления. Это происходит вследствие изменения ориентации вращаемых звеньев относительно центра вращения, а также изменения положения центров неуравновешенных масс звеньев относительно точек, или поверхностей опоры.

Кроме того, последовательное расположение звеньев манипуляторов, включая базовое звено - подрессоренную платформу - приводит к большому количеству степеней свободы в манипуляционной системе. Вследствие наличия кинематических и силомоментных связей между последовательно сочленяемыми звеньями в манипуляционной системе возникают множественные перекрестные связи, коэффициенты, передачи которых меняются, в том числе и с изменением знака при изменении состояния манипулятора.

Таким образом, наиболее эффективным способом повышения точности является повышение жесткости конструкции, измерение текущего состояния манипуляционной системы и коррекция параметров управляющей подсистемы в соответствии с текущим состоянием.

130

Список литературы

1. Звонарев Д.А., Игнатова О.А., Кузнецова Т.Р. Выполнение информационным роботом механической работы // Вестник ТулГУ. Радиоэлектроника. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. С. 164 - 169.

2. Звонарев Д.В., Игнатова О. А. Продольное движение колесных роботов по плоской поверхности // Приборы и управление. Тула: ТулГУ, 2008. Вып. 6. С. 27 - 30.

Игнатова Ольга Александровна, канд. техн. наук, доц., lyalya0104@,mail.ru Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Шиленко Екатерина Сергеевна, инженер, [email protected] Россия, Тула, Тульский государственный университет

STUDIES OF MOBILE ROBOTS AS OBJECTS OF MEASUREMENT AND CONTROL

O.A. Ignatova, E.S. Shilenko

The analysis of the manipulation of the robot was made and it was shown that the spatial position of the working body of the robot arm can not be measured directly, but can only be estimated indirectly by measuring, measuring other quantities, such as strokes rod linear actuators considered manipulators.

Key words: robot manipulation system, system functions, konstuktsiya.

Ignatova Olga Aleksandrovna, candidate of technical sciences, docent, lyalya0104@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Shilenko Ekaterina Sergeevna, engineer, eka-ignato2008@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University