Цифровой двойник в системе внешнего адаптивного управления роботами-манипуляторами
Автор: М. В. Кубриков
Журнал: Космические аппараты и технологии.
Рубрика: Инновации космической отрасли
Статья в выпуске: 2, 2023 года.
Бесплатный доступ
В статье рассматривается реализация цифрового двойника в системе адаптивного управления роботами-манипуляторами. Использование цифровых двойников для планирования, контроля и поддержания жизненного цикла производственного оборудования формирует устойчивое внедрение роботизированных комплексов в технологические процессы высокотехнологичных предприятий. В статье предлагается новый подход, позволяющий решать задачи прямой и обратной кинематики для роботов-манипуляторов. Подход заключается в представлении кинематической схемы робота-манипулятора, обладающего шестью вращательными сочленениями, в виде векторной модели. В качестве реализации данного подхода разработан облегченный математический аппарат, позволяющий существенно снизить вычислительную нагрузку. Все основные расчеты производятся на стороннем сервере, не задействуя вычислительную мощность роботов-манипуляторов. Это позволяет интегрировать математический аппарат в цифровой двойник и сторонние программные пакеты. За счет малой вычислительной нагрузки использование предложенного подхода в системах управления позволяет снизить задержки при работе в режиме реального времени с возможностью увеличения количества роботов-манипуляторов и осуществления контроля с более высокой дискретизацией. Использование цифрового двойника в коллаборации системы роботов позволяет проектировать более универсальные рабочие места и сборочные линии, оптимизировать их загруженность.
Цифровой двойник, производственная линия, сборка, роботизация, автоматизация, производственный процесс
Короткий адрес: https://sciup.org/14127276
IDR: 14127276 | УДК: 004.942 | DOI: 10.26732/j.st.2023.2.10
Digital twin in the system of external adaptive control of robot manipulators
The article discusses the implementation of a digital twin in the system of adaptive control of robotic manipulators. The use of digital twins to plan, control and maintain the life cycle of production equipment forms the sustainable introduction of robotic systems into the technological processes of high-tech enterprises. The use of a digital twin in the collaboration of a robot system allows you to design more versatile workplaces and assembly lines, and optimize their workload. A new approach is proposed that allows solving problems of direct and inverse kinematics for robotic manipulators. The approach is to represent the kinematic diagram of a robotic arm with six rotational joints as a vector model. Due to the low computational load, the use of the proposed approach in control systems makes it possible to reduce delays when working in real time, with the ability to increase the number of robotic arms and control with higher accuracy.
Список литературы Цифровой двойник в системе внешнего адаптивного управления роботами-манипуляторами
- Rayankula V., Pathak P., Junco S. Inverse kinematics of mobile manipulator using bidirectional particle swarm optimization by manipulator decoupling // Mechanism and Machine Theory. 2019. vol. 131. pp. 385–405. doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2018.09.022.
- Zhang T., Cheng Yo., Wu H., Yan Sh., Handroos H., Zheng L., Ji H., Pan P. Dynamic accuracy ant colony optimization of inverse kinematic (DAACOIK) analysis of multi-purpose deployer (MPD) for CFETR remote handling // Fusion Engineering and Design. 2020. vol. 156. P. 111522. doi: 10.1016/j.fusengdes.2020.111522.
- Yiyang L., Xi J., Hongfei B., Zhining W., Liangliang S. A General Robot Inverse Kinematics Solution Method Based on Improved PSO Algorithm // IEEE Access. 2021. vol. 9. pp. 32341–32350. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3059714.
- World’s Top 10 Industrial Robot Manufacturers [Электронный ресурс]. URL: https://www.marketresearchreports.com/blog/2019/05/08/world%E2%80%99s-top-10-industrial-robot-manufacturers (дата обращения: 01.03.2023).
- Tong Yu., Liu J., Liu Yu., Yuan Yu. Analytical inverse kinematic computation for 7-DOF redundant sliding manipulators // Mechanism and Machine Theory. 2021. vol. 155. P. 104006. doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2020.104006.
- Li J., Yu H., Shen N., Zhong Zh., Lu Yi., Fan J. A novel inverse kinematics method for 6-DOF robots with non-spherical wrist // Mechanism and Machine Theory. 2021. vol. 157. P. 104180. doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2020.104180.
- Xiao F., Li G., Jiang D., Xie Yu., Yun J., Liu Yi., Huang L., Fang Z. An effective and unified method to derive the inverse kinematics formulas of general six-DOF manipulator with simple geometry // Mechanism and Machine Theory. 2021. vol. 159. P. 104265. doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2021.104265.
- Lopez-Franco C., Hernandez-Barragan J., Alanis A. Y., Arana-Daniel N. A soft computing approach for inverse kinematics of robot manipulators // Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2018. vol. 74. pp. 104–120.
- El-Sherbiny A., Elhosseini M. A., Haikal A. Y. A new ABC variant for solving inverse kinematics problem in 5 DOF robot arm // Applied Soft Computing Journal. 2018. vol. 73. pp. 24–38.
- Ryaben'kii V. S., Tsynkov S. V. A Theoretical Introduction to Numerical Analysis. New York : CRC Press, 2006. P. 243.
- Sauer T. Numerical Analysis (2nd ed.). Pearson Education Inc., 2005. P. 109.
- Pikalov I., Spirin E., Saramud M., Kubrikov M. Vector model for solving the inverse kinematics problem in the system of external adaptive control of robotic manipulators // Mechanism and Machine Theory. 2022. vol. 174. P. 104912. doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2022.104912.
