год издания — 2006, кол-во страниц — 759, ISBN — 5-02-033952-0, 5-02-034439-7, 5-02-034445-1, язык — русский, тип обложки — твёрд. 7БЦ, масса книги — 1240 гр., издательство — Наука

КНИГА СНЯТА С ПРОДАЖИ

Р е ц е н з е н т ы:
д-р тех. наук В. К. Асташев
д-р тех. наук В. Л. Жавнер

Утверждено к печати Учёным советом Института машиноведения им. А.А. Благонравова РАН

Формат 70x100 1/16. Печать офсетная

Монография представляет собой фундаментальное издание в двух книгах, посвящённое теоретическим основам робототехники и практическим аспектам проектирования роботов. Каждая из тринадцати глав издания содержит обзор наиболее ярких работ в соответствующих направлениях, оказавших заметное влияние на развитие науки о роботах. В первой книге рассмотрены функциональные механизмы и системы промышленных роботов, структура, кинематика и статика механической руки, а также точностные и динамические модели промышленных роботов.

Во второй книге рассмотрены динамика цикловых промышленных роботов с рекуперацией механической энергии, вопросы устойчивости многомерных систем автоматического регулирования и программирования движений робота, модели систем очувствления роботов и особенности интерфейса человек-робот.

Для конструкторов, исследователей и инженеров в области робототехники, а также преподавателей вузов.

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 q_n. Случай n-й
вращательной кинематической пары	353
8.5.2. Условия цикличности обобщённой координаты q_n. 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

Книги на ту же тему

Манипуляционные системы роботов, Корендясев А. И., Саламандра Б. Л., Тывес Л. И., Владов И. Л., Данилевский В. Н., Жавнер В. Л., Колискор А. Ш., Петров Л. Н., Серков Н. А., Модестов М. Б., Ушаков В. И., Тихомиров В. Г., Ковалёв В. Е., 1989
Проектирование и разработка промышленных роботов, Белянин П. Н., Шифрин Я. А., ред., 1989
Управление манипуляторами при выполнении различных технологических операций, Филаретов В. Ф., Зуев А. В., Губанков А. С., 2018
Манипуляционные роботы: динамика, управление, оптимизация, Черноусько Ф. Л., Болотник Н. Н., Градецкий В. Г., 1989
Техническое зрение роботов, Пью А., ред., 1987
Системы технического зрения (принципиальные основы, аппаратное и математическое обеспечение), Писаревский А. Н., Чернявский А. Ф., Афанасьев Г. К., Кухарчик П. Д., Лебедев В. И., Потапов А. В., Ревинский В. В., Тихоненко О. М., 1988
Зрение роботов, Хорн Б. К. П., 1989
Искусственный интеллект: Применение в интегрированных производственных системах, Кьюсиак Э., ред., 1991
123 эксперимента по робототехнике, Предко М., 2007
Проблемы машиноведения: точность, трение и износ, надёжность, перспективные технологии, Булатов В. П., ред., 2005
Динамика планетохода, Авотин Е. В., Болховитинов И. С., Кемурджиан А. Л., Маленков М. И., Шпак Ф. П., 1979
Автономные подводные роботы: системы и технологии, Агеев М. Д., ред., 2005
Подводные роботы, Ястребов В. С., Игнатьев М. Б., Кулаков Ф. М., Михайлов В. В., 1977
Методы распознавания: Учебное пособие для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп., Горелик А. Л., Скрипкин В. А., 1989
В поисках роботов, Коут А. Д., 1970

elapsed time 0.022 sec

/Наука и Техника/Инженерное дело

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему