Математическая модель, алгоритм формирования вектора состояния и техническая реализация многокоординатного задающего органа внутрикамерных манипуляторов
Автор: Носиков Максим Владимирович, Войнов Игорь Вячеславович, Морозов Борис Александрович
Рубрика: Управление в технических системах
Статья в выпуске: 1 т.23, 2023 года.
Бесплатный доступ
Цель исследования: разработка математической модели и алгоритма формирования вектора состояния многокоординатного задающего органа дельта-типа для осуществления управления манипуляторами с человеком-оператором в контуре управления. Методы исследования. В работе рассмотрены существующие методы дистанционного управления многостепенными манипуляторами (специального назначения) с человеком-оператором в контуре управления, выявлены достоинства и недостатки существующих решений. При этом поставлена задача синтеза задающего органа для обеспечения управления манипулятором в пространстве одной рукой. На сегодняшний день на предприятиях атомной промышленности широко применяются герметичные камеры, в которых устанавливаются электромеханические манипуляторы копирующего типа. В состав таких манипуляторов входят исполнительные органы, устанавливаемые непосредственно в герметичной камере, и их кинематически подобные задающие органы. Оператор вручную перемещает задающий орган, траектория движения звеньев которого повторяется внутри камеры исполнительным органом манипулятора. С учетом физического и морального устаревания данного оборудования требуется введение современных подходов к построению человеко-машинных интерфейсов. В работе предложена математическая модель вычисления вектора состояния (линейных и угловых координат) задающего органа дельта-типа по измеряемой информации об относительном угловом положении в его вращательных кинематических парах. Результаты исследования. Синтезирован алгоритм вычисления координат рукоятки задающего органа на основе априорной информации о взаимном расположении элементов дельта-механизма. С учетом расположенных на рукоятке задающего органа дополнительных дискретных и пропорциональных каналов управления предложенные алгоритм и его практическая реализация позволяют вводить дополнительные режимы управления манипулятором. Заключение. К основным результатам работы относится математическая модель и алгоритм формирования вектора состояния задающего органа дельта-типа, позволяющего оператору осуществлять формирование векторов линейной и угловой скорости движения схвата многостепенного манипулятора одной рукой. Техническая реализация задающего органа и алгоритма, а также опытная эксплуатация задающего органа в составе манипуляционной системы показали высокую эффективность предложенных решений.
Многостепенной манипулятор, герметичная камера, задающий орган, джойстик
Короткий адрес: https://sciup.org/147239457
IDR: 147239457 | DOI: 10.14529/ctcr230102
Список литературы Математическая модель, алгоритм формирования вектора состояния и техническая реализация многокоординатного задающего органа внутрикамерных манипуляторов
- Sturges R.H. Practical field robotics: A systems approach. Wiley, 2015. 479 p. DOI: 10.1002/9781118941171, ISBN 978-1-118-94114-0.
- Field and Service Robotics: Results of the 8th International Conference / K. Yoshida, S. Tadokoro (Eds.). Springer, 2014. (Springer Tracts in Advanced Robotics. Vol. 92). DOI: 10.1007/978-3-642-40686-7, ISBN 978-3-642-40685-0.
- Юревич Е.И. Основы робототехники. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 416 с. ISBN 5-941574-73-8.
- Dynamic and interactive generation of object handling behaviors by a small humanoid robot using a dynamic neural network model / M. Ito, K. Noda, Y. Hoshino, J. Tani // Neural Networks. 2006. Vol. 19 (3). P. 323–337. DOI: 10.1016/j.neunet.2006.02.007
- Human-Robot Interaction / N. Sarkar (Ed.). Vienna, Austria: I-Tech Education and Publishing, 2007. DOI: 10.5772/51, ISBN 978-3-902613-13-4.
- Brain-controlled interfaces: Movement restoration with neural prosthetics / A.B. Schwartz, X.T. Cui, D.J. Weber, D.W. Moran // Neuron. 2006. Vol. 52, iss. 1. P. 205–220. DOI: 10.1016/j.neuron.2006.09.019
- Nagata F., Watanabe K. Controller design for industrial robots and machine tools: Applications to manufacturing processes. Woodhead Publishing Limited, 2013. 357 p. ISBN 978-0-85709-462-9.
- Montesano L., Minguez J., Montano L. Modeling dynamic scenarios for local sensor-based motion planning // Autonomous Robots. 2008. Vol. 25, no. 3. P. 231–251. DOI: 10.1007/s10514-008-9092-9
- Springer Handbook of Robotics / B. Siciliano, O. Khatib (Eds.). Springer, 2016. 2155 p. ISBN 978-3319325507.
- Marghitu D.B. Mechanisms and Robots Analysis with MATLAB. Springer, 2009. 479 p. DOI: 10.1007/978-1-84800-391-0, ISBN 978-1-84800-390-3.
- New advances in Mechanisms, Mechanical Transmissions and Robotics. Proceedings of The Joint International Conference of the XII International Conference on Mechanisms and Mechanical Transmissions (MTM) and the XXIII International Conference on Robotics (Robotics ’16). Springer International Publishing, 2016. 472 p. DOI: 10.1007/978-3-319-45450-4, ISBN 978-3-319-45449-8.
- MT 200 TAO Electrically Assisted, Computer-Aided Master-Slave Manipulator. URL: https://www.lacalhene.com/int/applications-products/remote-manipulation/mt200-tao/ (дата обращения: 30.06.2022).
- Патент RU 172431 U1, МПК B25J 1/00, B25J 9/18, B25J 13/02. Манипулятор МР-48 для атомной промышленности / И.В. Войнов, И.Ф. Круглов, Б.А. Морозов и др. 2016.
- Патент RU 209596 U1, МПК B25J 21/00. Манипуляционная система для герметичных камер / И.В. Войнов, И.Ф. Круглов, Б.А. Морозов, М.В. Носиков. 2021.
- Newman W.S. A Systematic Approach to Learning Robot Programming with ROS. CRC Press, 2018. 531 p. ISBN 978-1498777827.
- Nosikov M.V. Architecture of Human-controlled Arm Manipulator Operator Training System // Proceedings of the Global Smart Industry Conference (GloSIC). Chelyabinsk, 2018. P. 1–6. DOI: 10.1109/GloSIC.2018.8570118
- Носиков М.В. Архитектура тренажерной системы подготовки операторов радиационно-стойких манипуляторов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». 2019. Т. 19, № 2. С. 38–54. DOI: 10.14529/ctcr190204
