CC BY
31
УДК 62-519 DOI 10.23683/2311-3103-2019-7-189-200
НЮ. Козлова, А.В. Фомичев
МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ СВОБОДНОЛЕТАЮЩИМ КОСМИЧЕСКИМ МАНИПУЛЯЦИОННЫМ РОБОТОМ
Рассмотрена система управления свободнолетающим космическим манипуляционным роботом с силомоментныт очувствлением и представлены методы повышения эффективности управления. В рамках данной работы предлагается схема контура управления системы дистанционного управления свободнолетающим роботом при переменных задержках в канале передачи данных. Для обеспечения устойчивости системы управления применен метод пасси-фикации канала связи TDPA (Time Domain Passivity Approach). Метод TDPA является достаточно гибким и удобным подходом для обеспечения пассивности системы дистанционного управления космическим манипуляционным роботом, однако в результате его использования возникает дрейф положения исполнительного устройства. Для устранения данного недостатка и повышения точности позиционирования исполнительного устройства был применен метод компенсации дрейфа положения исполнительного устройства. Локальная прямая связь по усилию широко используется для снижения ощущаемого веса тактильных интерфейсов. Это обеспечивает человека-оператора кажущимся более легким тактильным устройством, что снижает физическое усилие, требуемое от него при дистанционном управлении исполнительным устройством в реальной или виртуальной среде. Несмотря на то, что локальная обратная связь по усилию уменьшает ощущаемый вес задающего устройства при свободном движении исполнительного устройства, она также снижает воспринимаемую контактную жесткость, ощущаемую оператором при взаимодействии исполнительного устройства с удаленной средой, что снижает прозрачность системы. В данной статье предлагается непрерывный нелинейный локальный закон управления с обратной связью по усилию, который обеспечивает уменьшенный вес тактильного интерфейса при свободном движении исполнительного устройства, а также высокую степень прозрачности при взаимодействии исполнительного устройства со средой, посредством изменения коэффициента, зависящего от измеренных сил взаимодействия исполнительного устройства со средой. Устойчивость системы обеспечивается за счет введение демпфера, основанного на методе пассификации. Для тестирования предложенных алгоритмов управления был создан «виртуальный» стенд и осуществлено моделирование системы дистанционного управления свободнолетающим космическим манипуляционным роботом с силомо-ментным очувствлением при переменных задержках.
Дистанционное управление; свободнолетающий космический манипуляционный робот; пассификация; нелинейный закон в локальном контуре управления.
N.Yu. Kozlova, A.V. Fomichev
METHODS FOR INCREASING THE EFFECTIVENESS OF REMOTE CONTROL OF A FREE-FLYING SPACE MANIPULATION ROBOT
Free-flying space robot control system with force-feedback control is presented. In this paper, the teleoperation control scheme for free-flying space robot under time-varying delay is investigated. Time Domain Passivity Approach (TDPA) has been implemented to insure the system stability. TDPA is really powerful and flexible approach to guarantee passivity of space teleoperation robotic systems, but it results to position drift of Slave manipulator. To illuminate this drawback, the position drift compensation method has been implemented. Local force feedforward has been widely used to reduce the apparent inertia of haptic interfaces. This provides the human operator with an apparently lighter haptic device, which reduces the physical effort demanded from him while teleoperating a slave device in a real or virtual environment. Although local force feedback reduces the apparent inertia during free motion of the slave device, it also reduces the apparent contact stiffness felt by the operator during slave-environment interaction that reduces the system transparency. In this paper, a time-continuous, non-linear local force feedback control is proposed which produces low inertia of the haptic interface during free
slave motion as well as higher transparency during slave-environment interactions, by modifying the gain as a function of the measured forces of the slave-environment interaction. Stability of the system is proven using damping injection based time domain passivity approach. Virtual stand has been created for proposed algorithms testing and simulation of the free-flying space teleoperation system with force-feedback control under time-varying delay has been performed.
Teleoperation system; free-flying space robot; passivity approach; non-linear local force feedback.
Введение. В данной работе исследуется система дистанционного управления свободнолетающим космическим манипуляционным роботом (КМР) копирующего типа с силомоментным очувствлением.
Дистанционное управление роботизированными системами может быть использовано для управления напланентными роботами с целью исследования различных космических объектов [1-3]. Широкий спектр задач дистанционного управления также связан с вопросами управления свободнолетающими и свободноплавающими космическими манипуляционными роботами, применяемыми для решения задач сервисного обслуживания космических станций и выполнения робот в открытом космосе [4-6]. Важной особенностью системы дистанционного является необходимость обеспечить силовую обратную связь, что позволит человеку-оператору ощущать воздействие удаленной среды на исполнительный манипулятор.
Свободнолетающий КМР состоит из базы и установленного на ней манипулятора, вследствие чего возникает необходимость рассматривать взаимное влияние сил и моментов, действующих со стороны базы и манипулятора. Для решения данной проблемы часто используется метод прогнозирования траектории движения захвата манипулятора [7-9]. Например, в работе [10] предложен метод планирования оптимальной траектории. В статье [11] предлагается использование нечеткой логики в системе компьютерного зрения для управления роботом-манипулятором в условиях неизвестной окружающей среды. Управление движением манипулятора, установленного на базе, описано, например, в работе [12]. В статье [13] получена динамическая модель, описывающая плоское движение свободнолетающего космического манипуляционного робота. Для упрощения динамики КМР применяется технология Виртуального Манипулятора (Virtual Manipulator), предложенная в работе [1].
При дистанционном управлении свободнолетающим КМР возникает необходимость передачи данных на значительное расстояние в режиме реального времени. Из-за наличия в канале связи временной задержки, потери данных и фазового дрожания цифрового сигнала устойчивость всей системы не может быть гарантирована в любой момент времени. Устойчивость системы и ее способность передавать реальные воздействия удаленной среды человеку-оператору являются основными параметрами системы дистанционного управления [14]. Для исследования устойчивости системы в условиях задержки при передаче данных часто используется понятие пассивности [15, 16]. В работе [17] идея пассивности расширена с использованием Гамильтоновых систем, что позволяет моделировать более сложные алгоритмы управления, основываясь на энергии системы. Для обеспечения устойчивости систем дистанционного управления часто используется метод TDPA (Time Domain Passivity Approach) [18, 19].
Постоянный коэффициент увеличения силы воздействия оператора используется для повышения манипуляционной ловкости при работе в пространствах различного масштаба. Метод в источнике [20] изменяет импеданс системы и динамику устройства. Схема местной обратной связи по усилию использована в [21] для компенсации гравитационных сил. Применение коэффициента увеличения силы воздействия оператора в локальном контуре управления ЗУ успешно используется для уменьшения воспринимаемого веса устройства в [22] и [23]. В [23] по-
казано, что использование местной обратной связи по усилию и увеличение жесткости виртуальных объектов не влияют на устойчивость системы для относительно низких коэффициентов усиления. Все вышеупомянутые работы применяют постоянный коэффициент для местной обратной связи по усилию.
В данной работе было проведено исследование и разработана схема контура дистанционного управления свободнолетающим КМР. Для обеспечения устойчивости системы был применен метод пассификации TDPA (Time Domain Passivity Approach). Дрейф положения захвата манипулятора исполнительного устройства, возникающий вследствие работы метода TDPA, был скомпенсирован путем введения дополнительного зависимого источника скорости. Для повышения эффективность работы оператора с системой предлагается использовать нелинейный коэффициент в локальном контуре управления [24]. Для тестирования системы управления был создан «виртуальный» стенд. Эффективность предложенных алгоритмов управления подтверждена моделированием системы при свободном движении манипулятора исполнительного устройства и при контакте с препятствием.
Постановка задачи. Физическая структура системы дистанционного управления (рис. 1) состоит из:
♦ локального контура управления задающего устройства (ЗУ), в котором обеспечивается передача в ЗУ вектора силы, зависящего от текущего положения и скорости перемещения ЗУ, а также информации обратной связи, получаемой от исполнительного устройства (ИУ);
♦ локального контура управления исполнительного устройства (ИУ), в котором обеспечивается передача в ИУ вектора силы, пришедшего через канал связи от ЗУ;
♦ канала связи, обеспечивающего двустороннюю передачу данных между ЗУ и ИУ и характеризуемого неизвестной по величине задержкой.
Г Оператор ч V» с ЗУ Vm Канал Связи - Vsd Контр. ИУ Vs /■ - ИУ Ve г vv Окр. Среда /
Ft, Fm Fsd Fs Fe
Рис. 1. Физическая структура системы дистанционного управления
В рамках исследований необходимо провести анализ устойчивости системы дистанционного управления. Неустойчивым элементом системы является канал связи, поскольку вносит неизвестные по величине задержки при передаче информации между ЗУ и ИУ. Устойчивость системы дистанционного управления удобно рассматривать с точки зрения ее пассивности [15]. Для устойчивости всей системы достаточным условием является обеспечение пассивности всех ее подсистем [25]. Система должна обеспечивать двустороннюю передачу информации, что позволит оператору ощущать воздействия рабочей среды на исполнительное устройство. Обеспечение устойчивости системы дистанционного управления и повышение точности управления также являются задачами данной работы.
Для уменьшения ощущаемого оператором веса задающего устройства часто используют постоянный коэффициент в локальном контуре управления ЗУ, увеличивающий силу воздействия оператора. Данный подход работает хорошо при свободном движении манипулятора ИУ, однако при контакте ИУ с препятствием человек теряет адекватное восприятие силы воздействия удаленной среды, что значительной снижает эффективность управления и может привести к поломке ИУ или объекта управления. В данной работе предлагается введение в локальный контур управления ЗУ нелинейного коэффициента, что позволит одинаково эффективно управлять удаленном манипулятором как при свободном движении ИУ, так и при контакте с препятствием.
Пассификация канала связи. Для обеспечения устойчивости канала связи и всей системы в целом был применен метод пассификации TDPA (Time Domain Passivity Approach) [19].
Метод TDPA является достаточно простым и гибким методом обеспечения устойчивости системы. Основной принцип метода TDPA заключается во введении в контур управления двух основных элементов: модуля контроля пассивности (РО - Passivity Observer) и модуля пассификации (РС - Passivity Controller). Блок РО в режиме реального времени проверяет условия диссипативности, а блок РС представляет собой переменный демпфер, обеспечивающий пассивность системы в случае, если модуль РО обнаружил невыполнение условия.
В ходе математической реализации метода TDPA коммуникационная линия связи может быть представлена в виде подсистемы TDPN (Time Delay Power Network) с двумя входами. Блок TDPN характеризуется временной задержкой, необходимой сигналу для того, чтобы пройти через коммуникационную линию, и однозначно описывается парой переменных сила-скорость (рис. 2).
Поток энергии через канал связи может быть представлен в следующем в виде:
(1)
где и - энергия, поступающая на прямой и обратный канал соответ-
ственно.
Рис. 2. Поток энергии через блок TDPN
Em(k) = AT f\ 0) v\ 0) Es (k) = A 0 f2 (j)v2(j)'
(2)
где - период дискретизации.
В исследуемую систему вводятся две пары модулей контроля пассивности PO и модуля пассификации PC. Одна пара работает при передаче данных в положительном направлении (FPO - Forward Passivity Observer, FPC - Forward Passivity Controller), другая - в противоположном (BPO - Backward Passivity Observer, BPC - Backward Passivity Controller). Положительным направлением будем считать направление, при котором произведение силы и скорости положительно (рис. 3).
Рис. 3. Контур двухканальной системы дистанционного управления с применением метода пассификации канала связи
Блок контроля пассивности PO в режиме реального времени вычисляет энергию системы, принимая во внимание также энергию, рассеянную модулем пасси-фикации РС. Для двух блоков контроля пассификации РО имеем уравнения потока энергии:
Wm(k) = Е?п(к - Tb(k)) - E™ut(k) + Е™с(к - 1)
Ws (к) = Е£ (к - Tf (к)) - Esout(к) + ЕрС(к -1 ) ' ( )
где Е™С и ESC - корректирующие энергии, введенные посредством модуля пассификации PC на предыдущих шагах, Tb - время задержки прохождения сигнала в отрицательном направлении, - время задержки прохождения сигнала в положительном направлении.
Потоки энергии в прямом Wm и обратном Ws каналах должны быть положительными в любой момент времени. В противном случае в соответствующем направлении включается модуль пассификации РС, рассеивающий столько энергии, сколько необходимо для обеспечения положительного потока энергии через блок TDPN.
Блок РС представляет собой демпфер, ограничивающий выходную энергию системы путем рассеивания активной энергии.
По прямому каналу передается скорость захвата задающего манипулятора. Передаваемая скорость остается неизменной, и на выходе модуля пассификации FPC изменяется сила. Такая конфигурация модуля FPC называется конфигурацией типа «импеданс». Для блока пассификации FPC типа «импеданс» справедливо следующее равенство:
fm (к)=!т (к) + К (к) Vm (к), (4)
где - сила, поступающая от захвата манипулятора испол-
нительного устройства до применения FPC.
Коэффициент ос (к) зависит от потока энергии, вычисленного на k-м шаге модулем контроля пассификации FPO и определяется как:
( 0, если Wm(k) > О
^ bSW." " I Vm (к) |>». <5>
Энергия, рассеянная блоком FPC, вычисляется следующим образом:
Етс (к) = Д T 0 a (j) vi (j). (6)
По обратному каналу передается сила воздействия захвата исполнительного манипулятора. Передаваемая сила остается неизменной, и на выходе модуля пас-сификации BPC изменяется скорость. Такая конфигурация модуля ВРС называется конфигурацией типа «адмитанс». Для блока пассификации BPC типа «адмитанс» справедливо следующее равенство:
Vs d(к) = Vs а (к) + Ъ (к) fs (к), (7)
где - скорость, поступающая от захвата манипулятора
задающего устройства до применения BPC.
Коэффициент зависит от потока энергии, вычисленного на - ом шаге модулем контроля пассификации BPO и определяется как:
Í 0 , если Ws(k) > О
Ъ (к) = | (к . (8)
-J4tt- если |/s(fc)| >0
^ ДTfs2(k) USK м
Энергия, рассеянная блоком BPC, вычисляется следующим образом:
Е sPс (к) = ДT Y.к = о Ъ (j) f i(j) . (9)
Таким образом, можно сделать вывод, что блок TDPN является пассивным в любой момент времени, а метод пассификации канала связи TDPA выполняет требуемые функции.
Компенсация дрейфа положения исполнительного устройства. В идеале контроллер задающего устройства должен отрабатывать ошибку между требуемым положением захвата манипулятора исполнительного устройства и его реальным положением. Однако положение и сила не зависят от энергии, а по коммуникационной линии связи передается лишь скорость.
Величина перемещения, поступающая на контроллер захвата манипулятора исполнительного устройства получается путем интегрирования передавае-
мой от задающего устройства скорости V х а ( к):
хзй(к) = А Т£% 0Рза(]) . (10)
Модуль пассификации BРС изменяет величину скорости ЗУ V за (к) для диссипации энергии:
У5а(к)= (к) + Ь (к) £ (к). (11)
Таким образом, модифицированная величина перемещения, поступающая на контроллер исполнительного устройства, начинает отклоняться от требуемого положения. Величина отклонения вычисляется следующим образом:
хегг (к) = АТ^о(Ъа(]) - (])) = АТЩ=оЬШз(]). (12)
Из уравнения (12) легко заметить, что всякий раз, когда BРС на стороне исполнительного устройства становится активным ( Ь(к) Ф 0,[з(к) Ф 0), величина отклонения накапливается и является результатом постоянных коррекций, производимых модулем пассификации BРС.
Таким образом, пассивность части системы дистанционного управления со стороны исполнительного устройства обеспечивается ценой введения дрейфа захвата манипулятора исполнительного устройства. Для повышения точности управления необходимо осуществлять компенсацию отклонений исполнительного устройства.
На выходе линии коммуникационной связи на стороне исполнительного устройства не должно производиться энергии, а энергию, рассеянную с помощью BРС, необходимо компенсировать введением дополнительной энергии. В качестве дополнительной энергии используется зависимый источник скорости, предложенный в работе [26]:
^аа (к) = ± а (к) - АТ £ ^ ^ а (]) - а (к)АТ). (13)
Дополнительная энергия всегда ограничена модулем контроля пассификации BPO и модулем пассификации BРС, вследствие чего гарантируется пассивность канала связи (рис. 4).
Рис. 4. Контур двухканальной системы дистанционного управления с применением метода пассификации канала связи и компенсацией дрейфа ИУ
Применение нелинейного коэффициента изменения силы. Для повышения эффективности управления и снижения утомляемости оператора при работе с системой был применен нелинейный коэффициент увеличения силы воздействия оператора на задающее устройство [24] (рис. 5).
Рис. 5. Локальный контур управления ЗУ с применением нелинейного
коэффициента
¥н = С ¥н = (а(¥е) + 1 ) ¥н,
где а (ре) - нелинейный коэффициент, зависящий от силы воздействия удаленной среды.
Коэффициент зависит от силы воздействия окружающей среды по сигмои-дальному закону (рис. 6):
_ атах а~ 1 + ек( 1 Ге I " Г е о)'
где к - крутизна кривой, а"шх- максимальное значение коэффициента усиления.
Рис. 6. Нелинейный закон изменения силы воздействия оператора
Таким образом, при свободном движении исполнительного манипулятора коэффициент имеет максимальное значение, и оператор ощущает уменьшенный вес ЗУ, а при контакте исполнительного устройства с препятствием человек в полной мере ощущает силу воздействия удаленной среды. То есть при применении нелинейного закона, в отличии от постоянного коэффициента, решается проблема потери прозрачности управления. Таким образом, снижается утомляемость оператора и повышается эффективность его работы.
Однако подсистема задающего устройства с введенным нелинейным коэффициентом является активной, что приводит к неустойчивости системы.
Для обеспечения пассивности подсистемы использовался метод пассифика-ции и в контур управления был введен переменный демпфер у, рассеивающий активную энергию (рис. 5). Таким образом, реализуется пассивность ЗУ с введенным коэффициентом усиления в любой момент времени.
Применение нелинейного коэффициента позволяет значительно снизить ощущаемый оператором вес ЗУ при свободном движении ИУ без потери адекватности обратной связи при контакте ИУ с препятствием.
Результаты моделирования. Для тестирования описанных выше алгоритмов управления системы дистанционного управления использовались инструменты моделирования MATLAB / Simulink и V-REP. В среде V-REP были созданы две сцены, моделирующие имитационный стенд дистанционного управления: для случая свободного движения манипулятора исполнительного устройства и при контакте манипулятора с препятствием. Модель контура управления была создана в среде моделирования Simulink. Моделирование осуществлялось при временных задержках в коммуникационной линии связи от 150 до 350 мс, при различных задержках в прямом и обратном канале ( ).
По результатам моделирования можно сделать вывод, что из-за наличия в системе неизвестных задержек при передаче данных по каналу связи, система дистанционного управления свободнолетающим роботом является неустойчивой как для случая свободного движения манипулятора, так и при контакте с препятствием (рис. 7).
Рис. 7. Перемещения захватов манипуляторов ЗУ и ИУ и базы (а) при свободном движении манипулятора, (б) при контакте с препятствием
Результаты моделирования системы после пассификации канала связи показали, что системы становиться устойчивой (рис. 8). Однако, несмотря на то, что метод пассификации делает систему устойчивой, дрейф манипулятора исполнительного устройства, возникающий в результате его работы, достигает 12 см.
Для уменьшения отклонения захвата манипулятора исполнительного устройства был применен метод компенсации дрейфа. На основе результатов моделирования системы с компенсацией дрейфа можно сделать вывод, что после применения данного метода отклонения захвата манипулятора не превышают 0,6 см, что значительно повышает точность и качество манипулирования (рис. 8).
В работе было выполнено моделирование системы без компенсации ощущаемого веса ЗУ, а также с компенсацией веса задающего устройства с применением постоянного коэффициента и нелинейного коэффициента в локальном контуре ЗУ. Результаты моделирования показывают, что при постоянном коэффициенте вес задающего устройства компенсируется и оператор затрачивает меньше усилий на работу с системой, однако при контакте с препятствием оператор также ощущает уменьшенную силу воздействия удаленной среды (рис. 9,а).
а б
Рис. 8. Перемещения захватов манипуляторов ЗУ и ИУ и базы после пассификации канала связи и компенсации дрейфа манипулятора исполнительного устройства (а) при свободном движении манипулятора, (б) при контакте
с препятствием
Типе (в)
а
б
Рис. 9. Перемещения захватов манипуляторов задающего и исполнительного устройств и силы воздействия оператора и удаленной среды (а) при применении постоянного коэффициента в локальном контуре управления ЗУ, (б) при применении нелинейного коэффициента в локальном контуре управления ЗУ
При использовании нелинейного закона оператор ощущает уменьшенный вес ЗУ, а при контакте исполнительного устройства с препятствием, в отличие от применения постоянного коэффициента, человек в полной мере ощущает силу воздействия удаленной среды, то есть сохраняется прозрачность управления (рис. 9,б).
Таким образом, по результатам моделирования можно сделать вывод, что предложенные методы управления в значительной степени повышают эффективность работы системы дистанционного управления свободнолетающим КМР.
Заключение. В рамках данной работы было проведено исследование системы дистанционного управления свободнолетающим КМР. Особенностью исследуемой системы является то, что исполнительный манипулятор установлен на подвижной базе, а в качестве задающего устройства используется манипулятор, имеющий одинаковую с исполнительным устройством кинематическую схему. Для обеспечения устойчивости системы управления был применен метод пассификации канала связи ТОРА. Для повышения точности управления метод пассификации ТОРА был модифицирован с целью компенсации отклонения положения исполнительного устройства, накопленные в результате работы метода ТОРА на предыдущих шагах. Также был разработан метод, снижающий ощущаемый оператором вес задающего устройства без потери адекватности восприятия оператором удаленной среды, что в свою очередь также повысило эффективность управления.
Корректность математических выкладок была доказана моделированием системы в среде Matlab/Simulink и в симуляторе роботов V-REP при переменных задержках в канале связи.
В рамках дальнейшей работы предполагается расширение предложенных методов и алгоритмов до решения трехмерной задачи дистанционного управления, а также модификация метода компенсации дрейфа положения для повышения эффективности управления.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Vafa Z., Dubowsky S. The kinematics and dynamics of space manipulators: The virtual manipulator approach // Int. J. Robot. Res. - 1990. - No. 9 (4). - P. 3-21.
2. Hirzinger G., Brunner B., Lampariello R., Landzettel K., Schott J., Steinmetz B.M. Advances in Orbital Robotics // Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, San Francisco, CA.
- 2000. - P. 898-907.
3. Albu-Schaeffer A., Bertleff W., Rebele B., Schaefer B., Landzettel K., Hirzinger G. ROKVISS -robotics component verification on ISS current experimental results on parameter identification // IEEE International Conference Robotics and Automation. - 2006. - P. 3879-3885.
4. Umetani Y., Yoshida K. Continuous path control of space manipulators mounted on OMV // Acta Astronaut. - 1987. - Vol. 15, No. 12. - P. 981-986.
5. Papadopoulos E., Dubowsky S. On the nature of control algorithms for free-floating space manipulators // IEEE Trans. Robot. Autom. - 1991. - Vol. 7, No. 6. - P. 750-758.
6. Dubowsky S., Papadopoulos E. The Kinematics, Dynamics, and Control of Free-Flying and Free-Floating. Space Robotic Systems // IEEE Transactions on Robotics and Automation.
- 1993. - Vol. 9, No. 5. - P. 531-543.
7. Borovin G.K., Lapshin V.V. Motion control of a space robot // Mathematica Montisnigri.
- 2018. - Vol. XLI. - P. 166-173.
8. Moosavian S., Ali A., Papadopoulos E. Control of Space Free-Flyers Using Modified Transpose Jacobian Algorithm // Proc. of the IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems, Grenoble, France. - 1997. - P. 1500-1505.
9. Wenfu Xu, Yu Liu, Bin Liang, Yangsheng Xu, Wenyi Qiang. Autonomous Path Planning and Experiment Study of Free-floating Space Robot for Target Capturing // J Intell Robot Syst.
- 2008. - No. 51. - P. 303-331.
10. Dubowsky S., Vance E.E., TorresM.A. The control of space manipulators subject to spacecraft attitude control saturation limits // in Proc. NASA Conf Space Telerobotics, JPL, Pasadena, CA. Jan. 31 -Feb. 2, 1989. - Vol. IV. - P. 409-418.
11. Vpolodin S.Yu., Mikhaylov B.B., Yuschenko A.S. Autonomous Robot Control in Partially Undetermined World via Fuzzy Logic. In: Ceccarelli M., Glazunov V. (eds) // Advances on Theory and Practice of Robots and Manipulators. Mechanisms and Machine Science, Springer, Cham, 2014. - Vol. 22.
12. Lapshin V.V. On the Workspace of a Free-Floating Space Robot // Journal of Computer and Systems Sciences International. - 2018. - Vol. 57, No. 1. - P. 149-156.
13. Rutkovskii V.Yu., Sukhanov V.M. A dynamic model of a free-flying space robot engineering module // Avtomat. i Telemekh. - 2000. - No. 5. - P. 39-57.
14. Lawrence D.A. Stability and transparency in bilateral teleoperation // IEEE Transactions on Robotics and Automation. - 1993. - Vol. 9, No. 5. - P. 624- 637.
15. Willems J.C. Dissipative dynamical systems // Part I: General theory. Archive for Rational Mechanics and Analysis. - 1972. - No. 5. - P. 321-351.
16. Полушин И.Г., Фрадков Ф.Л., Хит Д.Д. Пассивность и пассификация нелинейных систем // Автоматика и телемеханика. - 2000. - № 3. - С. 3-37.
17. Secchi C., Fantuzzi C., Stramigioli S. Transparency in porthamiltonian based telemanipulation // Control of Interactive Robotic Interfaces: A Port-Hamiltonian Approach, 2007. - Р. 165-199.
18. Artigas J., Ryu J-H, Preusche C., Hirzinger G. Network Representation and Passivity of Delayed Teleoperstion // In 2011 IEEE/RSJ Internation Conference on Intelligent Robots and Systems, September 25-30, 2011. San Francisco, CA, USA. - P. 177-183.
19. Ryu J., Kwon D., Hannaford B. Stable teleoperation with timedomain passivity control // IEEE Transaction on Robotics and Automation. - 2004. - No. 20. - P. 365-373.
20. Ishii T. Katsura S. Bilateral control with local force feedback for delay-free teleoperation // In 12th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control (AMC). - 2012. - P. 1-6.
21. Kim Y.S., Hannaford B. Some practical issues in time domain passivity control of haptic interfaces. In Intelligent Robots and Systems // Proceedings. 2001 IEEE/RSJ International Conference on. - 2001. - Vol. 3. - P. 1744-1750.
22. Artigas J., Balachandran R., Riecke C., Stelzer M., Weber B., Ryu J.H., Albu-Schaeffer A. Kontur-2: force-feedback teleoperation from the international space station // In 2016 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). IEEE, 2016.
23. Niemeyer G., Slotine J.J. Stable adaptive teleoperation. Oceanic Engineering // IEEE Journal of. - 1991. - Vol. 16, No. 1. - P. 152-162.
24. Balachandran R., Kozlova N., Ott C., & Albu-Schaeffer A. Non-Linear Local Force Feedback Control for Haptic Interfaces // IFAC-PapersOnLine. -.2018. -.Vol. 51, No. 22. - P. 486-492.
25. Hill D.J., Moylan P.J. The stability of nonlinear dissipative systems // IEEE Trans. Aut. Contr. - 1976. - No. 21. - P. 708-711.
26. Chawda V., Van Quang H., K. O'Malley M., Ryu J.H. Compensating Position Drift in Time Domain Passivity Approach // IEEE Haptics Symposium, HAPTICS. 10.1109/ HAPTICS.2014.6775454, Houston. 2014.
REFERENCES
1. Vafa Z., Dubowsky S. The kinematics and dynamics of space manipulators: The virtual manipulator approach, Int. J. Robot. Res., 1990, No. 9 (4), pp. 3-21.
2. Hirzinger G., Brunner B., Lampariello R., Landzettel K., Schott J., Steinmetz B.M. Advances in Orbital Robotics, Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, San Francisco, CA, 2000, pp. 898-907.
3. Albu-Schaeffer A., Bertleff W., Rebele B., Schaefer B., Landzettel K., Hirzinger G. ROKVISS -robotics component verification on ISS current experimental results on parameter identification, IEEE International Conference Robotics and Automation, 2006, pp. 3879-3885.
4. Umetani Y., Yoshida K. Continuous path control of space manipulators mounted on OMV, Acta Astronaut, 1987, Vol. 15, No. 12, pp. 981-986.
5. Papadopoulos E., Dubowsky S. On the nature of control algorithms for free-floating space manipulators, IEEE Trans. Robot. Autom, 1991, Vol. 7, No. 6, pp. 750-758.
6. Dubowsky S., Papadopoulos E. The Kinematics, Dynamics, and Control of Free-Flying and Free-Floating. Space Robotic Systems, IEEE Transactions on Robotics and Automation, 1993, Vol. 9, No. 5, pp. 531-543.
7. Borovin G.K., Lapshin V.V. Motion control of a space robot, Mathematica Montisnigri, 2018, Vol. XLI, pp. 166-173.
8. Moosavian S., Ali A., Papadopoulos E. Control of Space Free-Flyers Using Modified Transpose Jacobian Algorithm, Proc. of the IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems, Grenoble, France, 1997, pp. 1500-1505.
9. Wenfu Xu, Yu Liu, Bin Liang, Yangsheng Xu, Wenyi Qiang. Autonomous Path Planning and Experiment Study of Free-floating Space Robot for Target Capturing, J Intell Robot Syst., 2008, No. 51, pp. 303-331.
10. Dubowsky S., Vance E.E., TorresM.A. The control of space manipulators subject to spacecraft attitude control saturation limits, in Proc. NASA Conf Space Telerobotics, JPL, Pasadena, CA. Jan. 31-Feb. 2, 1989, Vol. IV, pp. 409-418.
11. Vpolodin S.Yu., Mikhaylov B.B., Yuschenko A.S. Autonomous Robot Control in Partially Undetermined World via Fuzzy Logic. In: Ceccarelli M., Glazunov V. (eds) Advances on Theory and Practice of Robots and Manipulators. Mechanisms and Machine Science, Springer, Cham, 2014, Vol. 22.
12. Lapshin V.V. On the Workspace of a Free-Floating Space Robot, Journal of Computer and Systems Sciences International, 2018, Vol. 57, No. 1, pp. 149-156.
13. Rutkovskn V.Yu., Sukhanov V.M. A dynamic model of a free-flying space robot engineering module, Avtomat. i Telemekh., 2000, No. 5, pp. 39-57.
14. Lawrence D.A. Stability and transparency in bilateral teleoperation, IEEE Transactions on Robotics and Automation, 1993, Vol. 9, No. 5, pp. 624-637.
15. Willems J.C. Dissipative dynamical systems, Part I: General theory. Archive for Rational Mechanics and Analysis, 1972, No. 5, pp. 321-351.
16. Polushin I.G., Fradkov F.L., Khill D.D. Passivnost' i passifikatsiya nelineynykh sistem [Passivity and passification of nonlinear systems], Avtomatika i telemekhanika [Automatics and telemechanics], 2000, No. 3, pp. 3-37.
17. Secchi C., Fantuzzi C., Stramigioli S. Transparency in porthamiltonian based telemanipulation, Control of Interactive Robotic Interfaces: A Port-Hamiltonian Approach, 2007, pp. 165-199.
18. Artigas J., Ryu J-H, Preusche C., Hirzinger G. Network Representation and Passivity of Delayed Teleoperstion, In 2011IEEE/RSJ Internation Conference on Intelligent Robots and Systems, September 25-30, 2011. San Francisco, CA, USA, pp. 177-183.
19. Ryu J., Kwon D., Hannaford B. Stable teleoperation with timedomain passivity control, IEEE Transaction on Robotics and Automation, 2004, No. 20, pp. 365-373.
20. Ishii T. Katsura S. Bilateral control with local force feedback for delay-free teleoperation, In 12th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control (AMC), 2012, pp. 1-6.
21. Kim Y.S., Hannaford B. Some practical issues in time domain passivity control of haptic interfaces, In Intelligent Robots and Systems. Proceedings. 2001 IEEE/RSJ International Conference on, 2001, Vol. 3, pp. 1744-1750.
22. Artigas J., Balachandran R., Riecke C., Stelzer M., Weber B., Ryu J.H., Albu-Schaeffer A. Kontur-2: force-feedback teleoperation from the international space station, In 2016 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). IEEE, 2016.
23. Niemeyer G., Slotine J.J. Stable adaptive teleoperation, Oceanic Engineering, IEEE Journal of, 1991, Vol. 16, No. 1, pp. 152-162.
24. Balachandran R., Kozlova N., Ott C., & Albu-Schaeffer A. Non-Linear Local Force Feedback Control for Haptic Interfaces, IFAC-PapersOnLine, 2018, Vol. 51, No. 22, pp. 486-492.
25. Hill D.J., Moylan P.J. The stability of nonlinear dissipative systems, IEEE Trans. Aut. Contr., 1976, No. 21, pp. 708-711.
26. Chawda V., Van Quang H., K. O'Malley M., Ryu J.H. Compensating Position Drift in Time Domain Passivity Approach, IEEE Haptics Symposium, HAPTICS. 10.1109/ HAPTICS.2014.6775454, Houston. 2014.
Статью рекомендовал к опубликованию д.ф.-м.н. М.Х. Магомедов.
Козлова Наталия Юрьевна - МГТУ им. Н.Э. Баумана; e-mail: [email protected]; г. Москва, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1; тел.: +79030185268; кафедра систем автоматического управления; аспирант.
Фомичев Алексей Викторович - e-mail: [email protected]; кафедра систем автоматического управления; тел.: +79850922376; зам. зав. кафедрой; к.т.н.; доцент.
Kozlova Natalia Yur'evna - Bauman Moscow State Technical University; e-mail: [email protected]; 5, 2nd Baumanskaya street, build. 1, Moscow; Russia; phone: +79030185268; the department of automatic control systems; postgraduate student.
Fomichev Alexey Viktorovich - e-mail: [email protected]; phone: +79850922376; the department of automatic control systems; deputy head of department; cand. of eng. sc.; associate professor.
УДК 681.518.3 Б01 10.23683/2311-3103-2019-7-200-213
А.М. Кульчак, Г.Н. Лебедев, Н.И. Сельвесюк
ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ ЗАХОДА НА ПОСАДКУ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ С УЧЕТОМ ОТКАЗОВ БОРТОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ДРУГИХ НЕГАТИВНЫХ ФАКТОРОВ*
Целью исследования является повышение безопасности полета воздушных судов на этапе захода на посадку. Для автоматизации принятия решения о продолжении посадки предложена адаптивная экспертная система нечеткой логики. Система позволяет определять коэффициент уверенности обеспечения требуемой безопасности посадки при одно-
* Работа выполнена при материальной поддержке грантов РФФИ № 18-08-00463 и № 18-08-00079.
