 Книга 1 |
| |
| Предисловие | 3 |
| |
| Глава 1 |
| СМОТРИТЕ, КТО ПРИШЁЛ! |
| |
| 1.1. Немного истории. Манипуляторы | 8 |
| 1.2. Автоматические манипуляторы с программным управлением — роботы | 12 |
| 1.2.1. Специфика нового класса машин и социальные, экономические |
| и технические аспекты применения промышленных роботов | 12 |
| 1.2.2. Структура промышленного робота и его основные элементы | 14 |
| 1.3. Роботы и технологическое оборудование машиностроительного |
| производства | 18 |
| 1.4. Роботы и манипуляторы в немашиностроительных областях | 23 |
| 1.5. Научно-технические проблемы создания и совершенствования |
| робототехнических систем | 31 |
| Литература | 32 |
| |
| Глава 2 |
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ И СИСТЕМЫ ПРОМЫШЛЕННОГО
РОБОТА |
| |
| 2.1. Обобщённая структурная схема робота | 33 |
| 2.2. Двигательная система робота | 35 |
| 2.2.1. Скелет руки робота | 35 |
| 2.2.2. Две схемы размещения приводов. Понятие о кинематической |
| развязке движений | 39 |
| 2.2.3. Натяжение кинематических цепей | 41 |
| 2.2.4. Механизмы стереотипных движений | 42 |
| 2.2.5. Механизмы статического уравновешивания звеньев руки |
| робота | 42 |
| 2.2.6. Рекуперация механической энергии в системах привода |
| роботов | 44 |
| 2.2.7. Механизмы захватов промышленных роботов | 46 |
| 2.3. Управляющая система робота | 49 |
| 2.3.1. Система регулирования промышленного робота | 53 |
| 2.3.2. Система формирования программных движений | 54 |
| 2.3.3. Два способа программирования роботов | 55 |
| 2.4. Информационная система робота | 56 |
| 2.5. Электромеханический промышленный робот ТУР-10 | 60 |
| 2.6. Нетрадиционные схемы роботов | 67 |
| 2.6.1. Структура манипуляционных систем с параллельными |
| кинематическими цепями | 68 |
| 2.6.2. Манипуляционные системы с управляемой деформацией упругих |
| звеньев | 69 |
| 2.6.3. Регулярные кинематические структуры в манипуляционных |
| системах роботов | 72 |
| 2.7. Методология решения задач построения механизмов и систем |
| роботов | 73 |
| Литература | 74 |
| |
| Глава 3 |
| СТРУКТУРА И КИНЕМАТИКА РУКИ РОБОТА |
| |
| 3.1. Обобщённые координаты скелета руки. Матричные преобразования |
| для определения положения звеньев пространственных механизмов | 76 |
| 3.2. Матричные преобразования для определения скоростей звеньев |
| механической руки | 82 |
| 3.3. Определение скоростей звеньев руки с помощью матрицы Якоби | 84 |
| 3.4. Определение ориентации и угловых скоростей звеньев руки через |
| углы Эйлера | 87 |
| 3.5. Число степеней свободы захвата, его связь с числом степеней |
| подвижности механизма. Понятие об индикаторной матрице | 89 |
| 3.6. Уменьшение числа степеней свободы захвата. Кинематические |
| признаки наличия особых конфигураций скелета руки | 92 |
| 3.7. Прямая и обратная задачи о положениях руки робота с N = n = 6 | 100 |
| 3.8. Кинематические признаки существования решения обратной задачи о |
| положениях в явном виде | 102 |
| 3.9. Методика решения обратной задачи о положениях в явном виде | 111 |
| 3.10. Особенности методики решения обратной задачи о положениях для |
| структур с N < 6 | 119 |
| 3.11. Решение обратной задачи о положениях для роботов с |
| параллельными кинематическими цепями | 124 |
| 3.12. Обратная задача о скоростях руки робота | 125 |
| Литература | 126 |
| |
| Глава 4 |
МЕТОД ОБЪЁМОВ И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ СИНТЕЗЕ
МАНИПУЛЯТОРА И ПЛАНИРОВАНИИ ДВИЖЕНИЙ |
| |
| 4.1. Понятие об угле сервиса. Характеристики сервиса. Идеальный |
| манипулятор | 128 |
| 4.2. Расчёт характеристик сервиса руки робота при наличии |
| ограничений | 133 |
| 4.3. Оценка манипулятивных способностей руки человека | 138 |
| 4.4. Синтез биотехнической системы «оператор — копирующий манипулятор» | 142 |
| 4.5. Планирование движений руки робота в среде с препятствиями | 147 |
| Литература | 156 |
| |
| Глава 5 |
| КИНЕМАТИКА ПЕРЕДАЧ ПРИВОДА ЗВЕНЬЕВ МЕХАНИЧЕСКОЙ РУКИ |
| |
| 5.1. Кинематические модели цепей привода звеньев. Матрицы частных |
| передаточных отношений | 158 |
| 5.2. Проблема компенсации кинематического взаимовлияния цепей |
| привода звеньев механической руки | 164 |
| 5.3. Синтез механизмов компенсации для базовых моделей | 169 |
| 5.4. Типовые схемы рук с треугольной и ступенчатой матрицей частных |
| передаточных отношений | 172 |
| 5.5. Синтез механизмов компенсации для рук с произвольным числом |
| степеней подвижности | 177 |
| 5.6. Синтез механизмов кинематического замыкания для реализации |
| стереотипных движений | 186 |
| 5.7. Кинематическое описание неидеальных передач привода звеньев |
| механической руки | 194 |
| Литература | 197 |
| |
| Глава 6 |
| СТАТИКА МЕХАНИЧЕСКОЙ РУКИ РОБОТА |
| |
| 6.1. Приведение сил и моментов нагрузки к обобщённым координатам | 200 |
| 6.2. Уравновешивание сил тяжести звеньев руки робота | 202 |
| 6.3. Силовой анализ механизмов стереотипных движений | 213 |
| 6.4. Статика моделей механической руки робота с учётом зазоров и |
| упругостей в передачах кинематической цепи привода | 219 |
| 6.4.1. Методика определения матриц единичных податливостей и |
| упругих коэффициентов передач привода механической руки | 220 |
| 6.4.2. Учёт зазоров в кинематических цепях привода роботов в |
| программах управления | 226 |
| 6.5. Синтез механизмов натяжения кинематических цепей привода звеньев | 229 |
| 6.6. Особенности приведения сил трения к обобщённым координатам |
| робота и синтез компенсирующего регулятора | 236 |
| 6.7. Статическая устойчивость и определение критических нагрузок в |
| особых конфигурациях руки | 242 |
| 6.8. Устойчивость положения объекта манипулировании в схвате робота | 250 |
| Литература | 255 |
| |
| Глава 7 |
ТОЧНОСТНЫЕ МОДЕЛИ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ И СПОСОБЫ
ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ПРОГРАММНЫХ
ДВИЖЕНИЙ |
| |
| 7.1. Проблемы точности в робототехнике. Факторы, влияющие на |
| точность отработки движений | 257 |
| 7.2. Модель механической руки с учётом первичных ошибок | 260 |
| 7.3. Коррекция программных значений обобщённых координат, |
| компенсирующая влияние геометрических погрешностей |
| изготовления и сборки руки робота | 264 |
| 7.4. Коррекция программных значений обобщённых координат, |
| компенсирующая отклонения руки робота от требуемого положения |
| вследствие зазоров и податливостей передач привода | 267 |
| 7.5. Аттестация жесткостных характеристик кинематических цепей |
| привода звеньев руки робота | 271 |
| 7.6. Методика аттестации геометрических погрешностей изготовления и |
| сборки руки робота | 276 |
| 7.7. Алгоритм расчёта погрешностей геометрических параметров на |
| основе информации от дополнительных датчиков положения звеньев |
| руки | 278 |
| 7.8. Алгоритм расчёта погрешностей геометрических параметров на |
| основе информации от датчиков обратных связей по положению |
| промышленного робота | 284 |
| 7.9. Особенности точностных моделей механических рук. Специфика |
| вычислительных алгоритмов при аттестации геометрических ошибок |
| руки робота | 285 |
| 7.10. Результаты моделирования процессов аттестации геометрических |
| ошибок и коррекции программных значений обобщённых координат | 295 |
| 7.11. Оценка погрешностей позиционирования рабочего органа робота | 298 |
| 7.11.1. Система оценок погрешностей позиционирования рабочего |
| органа | 298 |
| 7.11.2. l-Координатный стенд сбора данных для расчёта оценок |
| погрешностей позиционирования рабочего органа | 300 |
| 7.11.3. Алгоритм обработки данных в l-координатном стенде «Аттестат» | 303 |
| 7.11.4. Определение и учёт ошибок измерения в l-координатном |
| стенде «Аттестат» | 306 |
| Литература | 306 |
| |
| Глава 8 |
ДИНАМИКА МЕХАНИЧЕСКОЙ РУКИ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА С
УЧЁТОМ СВОЙСТВ ПРИВОДОВ ЗВЕНЬЕВ |
| |
| 8.1. Запись уравнений Лагранжа второго рода механической руки |
| робота в виде, удобном для расчётов на ЭВМ | 309 |
| 8.2. Уравнения приводов звеньев механической руки. Основные задачи |
| динамики робототехнических систем | 316 |
| 8.3. Упрощённые динамические модели механических рук. |
| Идеализированные усилительно-преобразовательные устройства, их |
| классификация | 325 |
| 8.3.1. Простейшие «базовые» и упрощённые модели исполнительных |
| механизмов роботов | 325 |
| 8.3.2. Упрощённые модели усилительно-преобразовательных |
| устройств | 333 |
| 8.3.3. Упрощённые модели многомерной системы автоматического |
| регулирования робота | 343 |
| 8.4. Концепция динамической развязки движений по степеням |
| подвижности механической руки | 343 |
| 8.5. Условия цикличности и ортогональности обобщённых координат |
| механической руки | 352 |
| 8.5.1. Условия цикличности обобщённой координаты qn. Случай n-й |
| вращательной кинематической пары | 353 |
| 8.5.2. Условия цикличности обобщённой координаты qn. Случай n-й |
| поступательной кинематической пары | 356 |
| 8.5.3. Условия цикличности и ортогональности всех обобщённых |
| координат в частных случаях структур механических рук с n |
| вращательными кинематическими парами | 359 |
| 8.5.4. Механизмы динамического уравновешивания с |
| противовращением | 365 |
| 8.5.5. Уравновешивающие механизмы с автоматически изменяемой |
| наладкой | 367 |
| 8.6. Классификация структур промышленных роботов по степени |
| сложности динамической развязки и выбор структуры робота для |
| обслуживания станков. Особенности электромеханического привода | 368 |
| Литература | 378 |
| |
| Книга 2 |
| |
| Глава 9 |
| Динамика цикловых роботов с рекуперацией механической энергии | 3 |
| |
| 9.1. Анализ свойств и предельных возможностей привода цикловых |
| роботов | 3 |
| 9.2. Методика выбора параметров электропривода робота с рекуперацией |
| механической энергии. Оптимальная настройка привода | 7 |
| 9.3. Обеспечение многопозиционности по одной степени подвижности |
| робота | 13 |
| 9.4. Квазистатический режим работы рекуператоров механической |
| энергии модели дифференциального привода | 18 |
| 9.5. Динамические режимы работы модели дифференциального привода |
| одной степени подвижности робота. Возможности динамической |
| развязки в модели | 19 |
| 9.6. Особенности управления дифференциальным многопозиционным |
| приводом одной степени подвижности робота | 22 |
| 9.7. Условия динамической развязки дифференциального |
| многопозиционного привода | 26 |
| 9.8. Реализация рекуперации энергии в цикловых роботах | 31 |
| 9.9. Рекуперация механической энергии в роботе с позиционной |
| системой управления | 41 |
| Литература | 44 |
| |
| Глава 10 |
Устойчивость многомерных систем автоматического регулирования
промышленного робота | 45 |
| |
| 10.1. Идеология построения. Концепция автономизации | 45 |
| 10.2. Структура сепаратных регуляторов в цикловых, позиционных и |
| контурных системах управления роботами | 51 |
| 10.3. Структуры МСАР ПР с охватом механической руки контуром |
| обратной связи | 60 |
| 10.4. Устойчивость МСАР ПР с кинематическими перекрестными связями и |
| акселерационными управляющими устройствами | 65 |
| 10.5. Устойчивость МСАР ПР с кинематическими перекрёстными связями и |
| астатическими управляющими устройствами | 74 |
| 10.6. Условия функционирования и устойчивость МСАР ПР с позиционными, |
| астатическими и акселерационными управляющими устройствами при |
| управлении силами сопротивления | 81 |
| 10.7. Влияние дискретности цифровых систем регулирования на |
| устойчивость и динамическую точность робота. Динамика и устойчивость |
| модели регулятора при квантовании сигналов управления во времени | 87 |
| 10.8. Применение метода структурного синтеза нелинейных систем |
| автоматического управления при создании МСАР ПР | 94 |
| 10.8.1. Основные положения метода структурноого синтеза МСАР и |
| его применение в робототехнике | 94 |
| 10.8.2. Закон регулирования в дискретной цифровой системе, |
| обеспечивающий устойчивость при заданном периоде квантования | 99 |
| 10.9. Адаптивное управление роботом по упрощённым идентифицируемым |
| моделям | 101 |
| Литература | 106 |
| |
| Глава 11 |
Автоматизация программирования элементарных движений робота.
Задачи, модели, принципы решения, алгоритмы | 108 |
| |
| 11.1. Планирование движений робота и элементарные двигательные |
| операции. Проблема избыточности | 108 |
| 11.2. Автоматизация программирования элементарных движений робота на |
| основе кинематических моделей | 115 |
| 11.2.1. Позиционный метод построения программы движений. |
| Интерполяция | 115 |
| 11.2.2. Скоростной и линеаризованный позиционный методы |
| построения программы движений в случае кинематически полного |
| задания | 123 |
| 11.2.3. Скоростной и линеаризованный позиционный методы |
| построения программы движений в случае кинематически неполного |
| задания | 129 |
| 11.3. Автоматизация программирования движений робота на основе |
| динамических моделей | 133 |
| 11.3.1. Необходимость учёта динамических свойств робота при |
| программировании движений с большими ускорениями и (или) |
| скоростями. Проблемы учёта динамики | 133 |
| 11.3.2. Программирование движений робота с использованием прямых |
| методов вариационного исчисления | 137 |
| 11.3.3. Особенности оптимального по быстродействию режима |
| движения робота по заданной траектории | 140 |
| 11.3.4. Особенности оптимальных по быстродействию движений |
| моделей роботов с циклическими обобщёнными координатами при |
| точечно-склерономном задании | 145 |
| 11.4. Программирование движений роботов в соответствии с их |
| собственными динамическими свойствами | 149 |
| 11.4.1. Постановка задачи планирования траекторий движения |
| роботов в соответствии с собственными динамическими свойствами |
| их механической части | 149 |
| 11.4.2. Особенности собственных движений упрощённых моделей |
| роботов с двумя степенями подвижности и алгоритм планирования |
| траекторий их движения | 151 |
| 11.4.3. Классификация структур исполнительных механизмов роботов |
| по числу циклических обобщённых координат. Обобщение |
| разработанного алгоритма планирования на системы с (n-1)-й |
| циклической обобщённой координатой | 159 |
| 11.4.4. Общий алгоритм планирования траекторий движений роботов |
| в соответствии с собственными динамическими свойствами моделей |
| исполнительных механизмов | 171 |
| 11.4.5. Примеры решения задачи поиска собственной траектории |
| движения руки робота между заданными позициями | 178 |
| 11.4.6. Программирование оптимального по быстродействию движения |
| робота по собственной траектории. Учёт свойств привода и |
| использование идей комбинированного управления | 186 |
| Литература | 192 |
| |
| Глава 12 |
Модели систем очувствления роботов, процессов обработки информации и
принятия решений | 194 |
| |
| 12.1. Адаптация в робототехнических системах. Проблема реального |
| времени | 194 |
| 12.2. Схемы построения датчиков и систем датчиков | 196 |
| 12.2.1. Двухпозиционные датчики проскальзывания | 198 |
| 12.2.2. Матричные сенсорные системы на основе двухпозиционных и |
| пропорциональных датчиков | 200 |
| 12.2.3. Силомоментные сенсоры-фильтры и сенсоры-смесители. Схема |
| построения сенсора-фильтра | 207 |
| 12.2.4. Силомоментные сенсоры-смесители, построенные по |
| ортогональной схеме | 210 |
| 12.2.5. Методика тарировки сенсора-смесителя и определения |
| компонент нагрузки | 213 |
| 12.2.6. Силомоментные сенсоры-смесители, построенные по |
| неортогональной схеме | 214 |
| 12.2.7. Определение матрицы жесткостей упругого подвеса |
| силомоментного сенсора | 216 |
| 12.2.8. Упрощённые схемы сенсора-смесителя. Определение |
| расчётных зависимостей | 219 |
| 12.3. Принципы организации систем очувствления роботов | 222 |
| 12.3.1. Система очувствления на основе двухпозиционных датчиков | 222 |
| 12.3.2. Система очувствления на основе пропорциональных датчиков | 227 |
| 12.3.3. Организация искусственной податливости руки робота | 231 |
| 12.3.4. Влияние схемы размещения датчиков на алгоритм обработки |
| информации | 234 |
| 12.3.5. Количество информации, доставляемой сенсорами. |
| Информационные оценки системы очувствления | 239 |
| 12.3.6. Некоторые общие соображения и рекомендации, направленные |
| на повышение быстродействия сенсорных систем роботов | 243 |
| 12.4. Алгоритмы обработки информации в робототехнических |
| распознающих системах | 246 |
| 12.4.1. Задачи, решаемые роботом с помощью технических |
| видеосистем. Идеология построения алгоритма распознавания | 246 |
| 12.4.2. Идентификация объекта по методу характерных точек. |
| Определение положения бинарных датчиков | 249 |
| 12.4.3. Идентификация объекта по информации, содержащейся в его |
| контуре | 255 |
| 12.4.4. Алгоритм отслеживания и аппроксимации контура | 269 |
| 12.4.5. Определение центра тяжести контура и площади объекта | 274 |
| 12.4.6. Выбор характеристических признаков | 277 |
| 12.4.7. Алгоритм обучения системы. Автоматическое построение |
| дерева решений задачи распознавания | 281 |
| 12.4.8. Алгоритм идентификации объектов. Оценка объёма |
| вычислений | 291 |
| 12.4.9. Дискретность рецепторного поля. Её влияние на |
| достоверность идентификации и погрешности определения размера, |
| положения и ориентации объекта | 294 |
| 12.4.10. Повышение быстродействия сенсорной системы за счёт |
| совершенствования организации вычислительных процессов | 298 |
| Литература | 300 |
| |
| Глава 13 |
| Особенности разработки интерфейса человек-робот | 304 |
| |
| 13.1. Способы программирования роботов | 304 |
| 13.2. Способ прямого обучения | 306 |
| 13.3. Прямое обучение с автоматической коррекцией погрешностей |
| позиционирования | 309 |
| 13.4. Программирование с помощью команд | 312 |
| 13.4.1. Структура программного обеспечения системы управления |
| роботом | 317 |
| 13.4.2. Развитие языков программирования для роботов | 321 |
| 13.4.3. Структура и краткое описание системы программирования |
| VAL | 325 |
| 13.4.4. Система планирования движений и действий робота. |
| Особенности построения модели среды | 330 |
| 13.4.5. Организация взаимодействия программных модулей в системе |
| управления роботом | 337 |
| 13.5. Специфика применения мнемонических рукояток и особенности |
| интерфейса человек-машина в копирующих манипуляционных системах | 340 |
| 13.5.1. Мнемонические рукоятки. Конструкции и области применения |
| в робототехнике | 340 |
| 13.5.2. Оценка качества системы «человек-машина» | 344 |
| 13.5.3. Уровень мнемоничности и его влияние на работу системы |
| «оператор-манипулятор» | 353 |
| 13.5.4. Синтез рационального интерфейса, исходя из адаптивных |
| возможностей человека-оператора | 360 |
| 13.5.5. Динамические свойства механической системы и их влияние |
| на эффективность системы обучения | 364 |
| Литература | 369 |
| |
| Заключение | 372 |
