Математическая модель задающего устройства антропоморфного манипулятора Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ed. of Yu. Yu. Loginov ; SibGAU. Krasnoyarsk, 2012. P. 1, p. 238-240.

6. Eresko V. S., Eresko S. P., Antamoshkin A. N., Eresko T. T. Automated development of parametric models of contact seals of movable joints and molds for their manufacture // Systems. Methods. Technologies: scientific periodic magazine, Bratsk : Public Educational

Institution of Higher Professional Training BRGU, 2012. No. 1 (13), р. 22-27.

7. Eresko V. S., Eresko S. P., Antamoshkin A. N., Eresko T. T. Automation of the process of production of molds for the manufacture of lip seals // Messenger of SIBGAU. 2012. Vyp. 2(42), p. 130-135.

© Ереско В. C, 2014

УДК 621.865.8

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЗАДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА АНТРОПОМОРФНОГО МАНИПУЛЯТОРА

А. А. Богданов1'2, И. Г. Жиденко2, А. В. Колашевский2, Е. Ю. Мацко2

1ОАО «НПО Андроидная техника» Российская Федерация, 455000, г. Магнитогорск, ул. Герцена, 6. E-mail: [email protected] Магнитогорский государственный технический университет имени Г.И. Носова Российская Федерация, 455000, Челябинская обл., г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38

Е-mail: [email protected]

Представлена конструкция модернизированного варианта задающего устройства для управления движением антропоморфного манипулятора в копирующем режиме. Изложена математическая модель, обеспечивающая определение углов относительного поворота руки оператора в плечевом суставе как основа формирования управляющих сигналов приводам антропоморфного манипулятора.

Ключевые слова: антропоморфный робот, задающее устройство, углы поворота в плечевом суставе оператора.

MATHEMATICAL MODEL OF ANTHROPOMORPHIC MANIPULATOR CONTROL SYSTEM

А. А. Bogdanov1,2, I. G. Zhidenko2, А. V. Kolashevskij2, E. U. Matsko2

1OJSC "Scientific Production Association "Android Technics" 6, Herzen str., Magnitogorsk, Chelyabinsk Region, 455000, Russian Federation. E-mail: [email protected]

2Magnitogorsk State Technical University named after G. I. Nosov 38, Lenin Av., Magnitogorsk, Chelyabinsk Region, 455000, Russian Federation

E-mail:[email protected]

Here is the construction of control system upgraded for anthropomorphic manipulator motion control in master-slave mode. Mathematical model providing relative turn angle detection of an operator shoulder-joint as a basis of control input generation to an actuator is described.

Keywords: anthropomorphic robot, control system, operator shoulder-joint turn angles.

Новым направлением в оснащении космических станций является использование механических систем, позволяющих заменить действия космонавта как внутри станции, так и вне её. За рубежом для этих целей созданы антропоморфные роботы: «Eurobot», «Robonaut 2». В России работы в этом направлении активно выполняются в ОАО «НПО «Андроидная техника» [1; 2]. Отличительной особенностью роботов такого типа является структура, обеспечивающая повторение кинематики тела человека [3].

Глобальные перемещения выполняются манипулятором, имеющим семь степеней подвижности. Захваты, обеспечивающие удержание объектов и локальные перемещения, обладают не менее чем пятью

степенями подвижности каждый. По совокупности одновременно формируются сигналы более чем двадцати приводам.

Управление антропоморфным роботом осуществляется за счет реализации одного из следующих вариантов:

- предварительного программирования движения звеньев;

- автономного формирования алгоритмов движения;

- формирования управляющих сигналов оператором.

При выполнении полетных заданий используется, как правило, третий вариант как наиболее эффектив-

Решетневскуе чтения. 2014

ный на данном этапе. По мнению Prof. Dr. Alin Albu-Schäffer (Институт робототехники и мехатроники DLR (Германия)), долгосрочной целью является, создание поколения роботов, способных выполнять работу совместно с астронавтами и вместо них, используя технологию telerobotics - дистанционного управления его действиями оператором [4].

Практической реализацией telerobotics является копирующий режим управления, при котором управляющие сигналы приводам формируются энкодерами, установленными на задающем устройстве, надеваемом на оператора.

При этом обеспечивается одновременное формирование сигналов управления по всем степеням подвижности манипулятора и задача траектории движения звеньев, соответствующих профессиональной подготовке оператора.

В существующих конструкциях задающих устройств имеет место расхождение между углами поворота его звена и плечевого сустава оператора. Это обусловлено несовпадением их пространственного положения. Корректировка величины несовпадения обеспечивается за счет зрительного контроля оператора за движениями манипулятора. Исключить имеющееся рассогласование позволяет модернизированный вариант задающего устройства [5]. Аналог плечевого сустава в задающем устройстве представлен в виде трех вращательных кинематических пар с перпендикулярными осями вращения. Их положение относительно плечевого сустава определяется постоянными параметрами: хк, ук, (см. рисунок).

Определение углов поворота в плечевом суставе оператора qb q2, q3, основано на их расчете по замеренным величинам: q4, q5, q5 - углам поворота во вращательных кинематических парах и h - длине звена, аналогичного длине предплечья оператора.

звеньев задающего устройства. Расстояние между локтевым суставом C и звеном задающего устройства определяется параметром d, длина предплечья оператора - l.

Введение четвертого замеряемого параметра h позволило получить выражения для углов поворота в суставе оператора в явном виде:

. ( 2d ■ cos q5 ■ cos q6 + h ■ sin q5 + xk \ q2 = arcsin I-—-^-12-L I,

qj = arccos x

2d ■(cos q4 - (-sin q5 )cos q6 + sin q4 ■ sin q6)+ cos q4 ■ h + zk

q3 = arccos

cos q2

^ h • sin q5 + xk -1 • sin q2 ^ 2d • cos q2

Расчет углов поворота руки оператора по прямым зависимостям выполняется в реальном масштабе времени.

Использование модернизированной конструкции задающего устройства и методики определения сигналов управления приводами антропоморфного манипулятора позволяет:

- качественно повысить точность формирования сигналов управления;

- повысить комфортность работы оператора;

- упростить адаптацию задающего устройства к параметрам оператора.

Библиографические ссылки

1. Богданов А. А., Сычков В. Б., Жиденко И. Г., Кутлубаев И. М. /Создание и исследование робото-технической системы с интерактивным управлением // Решетневские чтения : материалы XVI Междунар. науч. конф. (7-9 нояб. 2012, г. Красноярск): в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; СибГАУ. Красноярск, 2012. Ч. 1. С. 230-231.

2. Богданов А. А., Кутлубаев И. М., Сычков В. Б. Перспективы создания антропоморфных робототех-нических систем для работы в космосе // Пилотируемые полеты в космос. 2012. № 1 (3). С. 78-84.

3. Жиденко И. Г., Кутлубаев И. М. Методика определения сигналов управления антропоморфным манипулятором // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 5. С. 41-46.

4. URL: www.dlr.de/rm/en/desktopdefault.../tabid-3771.

5. Патент ПМ № 135956 РФ, МПК7 B25J 3/00 Копирующий манипулятор / Богданов А. А., Жиденко И. Г., Кутлубаев И. М., Кияткин Д. В., Пермяков А. Ф.; заявитель и патентообладатель НПО «Андроидная техника». № 2013122162; заявл. 14.05.13.

Кинематическая схема модернизированного задающего устройства

В основе математической модели - определение координаты вращательной пары Б через углы поворота в плечевом суставе оператора и обобщенные координаты, определяющие относительные движения

References

1. Bogdanov A. A., Sychkov V. B., Zhidenko I. G., Kutlubayev I. M. Creation and research of robotic system with interactive control // Reshetnev's readings: materials of XVI International Scientific Conference, dedicated to the member of the academy, M. F. Reshetnev (November 7-9, 2012, Krasnoyarsk) / ed. by U. U. Loginov ; Siberian

State Aerospace University. Krasnoyarsk, 2012. P. 1. P. 230-231.

2. Bogdanov A. A., Kutlubaev I. M., Sychkov V. B. Promising anthropomorphic robotic systems for using in space / Manned space mission, 2012. № 1(3), р. 78-84.

3. Zhidenko I. G., Kutlubayev I. М. Technique of definition of control signals anthropomorphic manipulator// Mechatronics, Automation , Control. 2014. № 5. C. 41-46.

4. URL: www.dlr.de/rm/en/desktopdefault.../tabid-3771.

5. Patent PM № 135956 Russia Federation, MPK7 B25J 3/00 Utility model. Master-slave manipulator // Bogdanov A. A., Zhidenko I. G, Kutlubaev I. M., Kiyatkin D. V., Permyakov A. F.; applicant and patent holder - Scientific Production Association «Android Technics», № 2013122162; application 14.05.13.

© Богданов А. А., Жиденко И. Г., Колашевский А. В., Мацко Е. Ю., 2014

УДК 533.9:539.4.015.2

СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ СОСТОЯНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ТИТАНА ВТ1-0 ПОСЛЕ КОМБИНИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРОННО-ИОННО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ

Ю. Ф. Иванов1,2, А. Д. Тересов1, В. Е. Громов3, Е. А. Будовских3, А. А. Клопотов2,4

1Институт сильноточной электроники СО РАН Российская Федерация, 634055, г. Томск, просп. Академический, 2/3. Е-mail: [email protected]

2Национальный исследовательский Томский государственный университет Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 36. Е-mail: [email protected]

3Сибирский государственный индустриальный университет Российская Федерация, 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42. Е-mail: [email protected]

4Томский государственный архитектурно-строительный университет Российская Федерация, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2. E-mail: [email protected]

Представлены результаты исследования структурно-фазового состояния наноструктурированных поверхностных слоев технически чистого титана ВТ1-0, подвергнутого комбинированной обработке, сочетающей легирование плазмой электрического взрыва углеграфитового волокна с навеской порошка диборида титана TiB2. и последующее облучение высокоинтенсивным электронным пучком.

Ключевые слова: титан, диборид титана, электровзрывное легирование, высокоинтенсивный электронный пучок, структура, свойства.

STRUCTURAL-PHASE STATE OF THE SURFACE LAYERS OF NANOSTRUCTURED TITANIUM VT1-0 AFTER COMBINED ELECTRON-ION-PLASMA TREATMENT

Y. F. Ivanov1,2, A. D. Teresov1, V. E. Gromov3, E. A. Budovskikh3, A. A. Klopotov2,4

institute of High Current Electronics SB RAS 2/3, Akademichesky av., Tomsk, 634055, Russian Federation. Е-mail: [email protected] 2National research Tomsk State University 36, Lenin str., Tomsk, 634050, Russian Federation. E-mail: [email protected] 3Sibirsky State Industrial University 42, Kirov str., Novokuznetsk, 654007, Russian Federation. Е-mail: [email protected] 4Tomsk State University of Architecture and Building 2, Solyanaya sq., Tomsk, 634003, Russian Federation. Е-mail: [email protected].

The results of the study of structural and phase state of the nanostructured surface layers of technically pure titanium VT1-0 subjected to a combined treatment that mixes plasma doping electric explosion of the carbon fiber with the sample powder titanium of diboride TiB2 and subsequent exposure to high intensity electron beam.

Keywords: titanium, titanium diboride, electroexplosive alloying, high intensity electron beam, structure, properties.

1. Введение. Одним из важных требований аэрокосмической промышленности является снижение весовых показателей исполнительных механизмов летательных аппаратов, поскольку это приводит

к уменьшению энергетических затрат при выводе аппаратов на орбиту. Новые перспективы открываются при получении на поверхности сплавов на основе титана дисперсноупрочненных слоев из тугоплавких