<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">novtexmech</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Мехатроника, автоматизация, управление</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1684-6427</issn><issn pub-type="epub">2619-1253</issn><publisher><publisher-name>Commercial Publisher «New Technologies»</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.17587/mau.18.435-446</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">novtexmech-455</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ТЕОРИЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>THEORY OF CONTROL OF MOVEMENT OF MECHANICAL SYSTEMS</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Теория кинематического управления движением твердого тела</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Theory of Kinematic Motion Control of a Rigid Body</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Челноков</surname><given-names>Ю. Н.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Chelnokov</surname><given-names>Yu. N.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">ChelnokovYuN@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Институт проблем точной механики и управления РАН</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Institute of Precision Mechanics and Control Problems, RAS</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2017</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>28</day><month>08</month><year>2018</year></pub-date><volume>18</volume><issue>7</issue><fpage>435</fpage><lpage>446</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Commercial Publisher «New Technologies», 2018</copyright-statement><copyright-year>2018</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><license xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice" xlink:type="simple"><license-p>https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/article/view/455">https://mech.novtex.ru/jour/article/view/455</self-uri><abstract><p>Представлен обзор работ по теории кинематического управления вращательным движением твердого тела и пространственным движением свободного твердого тела. Теория основана на использовании кватернионных и бикватернионных кинематических моделей движения твердого тела. Также приводится обзор работ, посвященных построению оптимальных законов изменения вектора кинетического момента твердого тела, сообщение которого твердому телу обеспечивает его оптимальный перевод из произвольного начального углового положения в требуемое конечное угловое положение.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The authors present a review of the works on the theory of kinematic control of the rotational (angular) motion of a rigid body and spatial motion of a free rigid body, which is a composition of the rotational and translational (trajectory) movements of a rigid body. The theory is based on the use of the quaternion and biquaternion kinematic models of the rigid body motion. They also provide a review of the papers devoted to the problems of construction of the optimal laws of change of the angular momentum of a dynamically symmetric rigid body and rigid body with an arbitrary mass distribution, which ensures its optimal translation from an arbitrary initial angular position to the desired final angular position. These tasks occupy an intermediate position between the kinematic and dynamic problems of control of the rotational rigid body motion and play an important role in the theory of control of orientation of the spacecraft using the rotating flywheels. The theory of kinematic motion control has various topical applications in the space flight mechanics, inertial navigation, and mechanics of robotics.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>кинематическое управление</kwd><kwd>твердое тело</kwd><kwd>вращательное (угловое) движение</kwd><kwd>поступательное (траекторное) движение</kwd><kwd>кватернион</kwd><kwd>бикватернион</kwd><kwd>kinematic control</kwd><kwd>rigid body</kwd><kwd>rotational (angular) movement</kwd><kwd>translational (trajectory) movement</kwd><kwd>quaternion</kwd><kwd>biquaternion</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бранец В. Н., Шмыглевский И. П. Применение кватернионов в задачах управления положением твердого тела // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. 1972. № 4. С. 24-31.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Бранец В. Н., Шмыглевский И. П. Применение кватернионов в задачах управления положением твердого тела // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. 1972. № 4. С. 24-31.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бранец В. Н., Шмыглевский И. П. Кинематическая задача ориентации во вращающейся системе координат // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. 1972. № 6. С. 36-43.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Бранец В. Н., Шмыглевский И. П. Кинематическая задача ориентации во вращающейся системе координат // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. 1972. № 6. С. 36-43.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бранец В. Н., Шмыглевский И. П. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела. М.: Наука, 1973.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Бранец В. Н., Шмыглевский И. П. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела. М.: Наука, 1973.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Плотников П. К., Сергеев А. Н., Челноков Ю. Н. Кинематическая задача управления ориентацией твердого тела // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. 1991. № 5. C. 9-18 (Plotnikov P. K., Sergeev A. N., Chelnokov Yu. N. Kinematic control problem for the orientation of a rigid body // Mechanics of Solids. 1991. Vol. 37, N. 5. P. 7-16).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Плотников П. К., Сергеев А. Н., Челноков Ю. Н. Кинематическая задача управления ориентацией твердого тела // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. 1991. № 5. C. 9-18 (Plotnikov P. K., Sergeev A. N., Chelnokov Yu. N. Kinematic control problem for the orientation of a rigid body // Mechanics of Solids. 1991. Vol. 37, N. 5. P. 7-16).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бранец В. Н., Шмыглевский И. П. Введение в теорию бесплатформенньгх инерциальньгх навигационных систем. М.: Наука, 1992. 280 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Бранец В. Н., Шмыглевский И. П. Введение в теорию бесплатформенньгх инерциальньгх навигационных систем. М.: Наука, 1992. 280 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Панков А. А., Челноков Ю. Н. Исследование кватернионных законов кинематического управления ориентацией твердого тела по угловой скорости // Изв. РАН. Механика твердого тела. 1995. № 6. C. 3-13 (Pankov A. A., Chelnokov Yu. N. Investigation of quaternion laws of kinematic control of solid body orientation in angular velocity // Mechanics of Solids. 1995. Vol. 33, N. 6. P. 3-13).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Панков А. А., Челноков Ю. Н. Исследование кватернионных законов кинематического управления ориентацией твердого тела по угловой скорости // Изв. РАН. Механика твердого тела. 1995. № 6. C. 3-13 (Pankov A. A., Chelnokov Yu. N. Investigation of quaternion laws of kinematic control of solid body orientation in angular velocity // Mechanics of Solids. 1995. Vol. 33, N. 6. P. 3-13).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Молоденков А. В. Кватернионное решение задачи оптимального в смысле минимума энергетических затрат разворота твердого тела // Проблемы механики и управления: Межвуз. сб. науч. трудов. Пермь: Изд-во ПГУ, 1995. С. 122-131.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Молоденков А. В. Кватернионное решение задачи оптимального в смысле минимума энергетических затрат разворота твердого тела // Проблемы механики и управления: Межвуз. сб. науч. трудов. Пермь: Изд-во ПГУ, 1995. С. 122-131.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бирюков В. Г., Челноков Ю. Н. Кинематическая задача оптимальной нелинейной стабилизации углового движения твердого тела // Математика. Механика: Сб. науч. трудов. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2002. Вып. 4. С. 172-174.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Бирюков В. Г., Челноков Ю. Н. Кинематическая задача оптимальной нелинейной стабилизации углового движения твердого тела // Математика. Механика: Сб. науч. трудов. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2002. Вып. 4. С. 172-174.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Маланин В. В., Стрелкова Н. А. Оптимальное управление ориентацией и винтовым движением твердого тела. Москва; Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2004. 204 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Маланин В. В., Стрелкова Н. А. Оптимальное управление ориентацией и винтовым движением твердого тела. Москва; Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2004. 204 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Челноков Ю. Н. Кватернионные и бикватернионные модели и методы механики твердого тела и их приложения. Геометрия и кинематика движения. М.: Физматлит, 2006. 512 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Челноков Ю. Н. Кватернионные и бикватернионные модели и методы механики твердого тела и их приложения. Геометрия и кинематика движения. М.: Физматлит, 2006. 512 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Челноков Ю. Н. Кватернионные модели и методы динамики, навигации и управления движением. М.: Физматлит, 2011. 560 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Челноков Ю. Н. Кватернионные модели и методы динамики, навигации и управления движением. М.: Физматлит, 2011. 560 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Стрелкова Н. А. Оптимальное по быстродействию кинематическое управление винтовым перемещением твердого тела // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. 1982. № 4. C. 73-76.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Стрелкова Н. А. Оптимальное по быстродействию кинематическое управление винтовым перемещением твердого тела // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. 1982. № 4. C. 73-76.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Челноков Ю. Н. Об интегрировании кинематических уравнений винтового движения твердого тела // Прикладная математика и механика. 1980. T. 44, Вып. 1. C. 32-39 (Chelnokov Yu. N. On integration of kinematic equations of a rigid body's screw-motion // Applied mathematics and mechanics. 1980. Vol. 44, N. 1. P. 19-23).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Челноков Ю. Н. Об интегрировании кинематических уравнений винтового движения твердого тела // Прикладная математика и механика. 1980. T. 44, Вып. 1. C. 32-39 (Chelnokov Yu. N. On integration of kinematic equations of a rigid body's screw-motion // Applied mathematics and mechanics. 1980. Vol. 44, N. 1. P. 19-23).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Челноков Ю. Н. Об одной форме уравнений инерциальной навигации // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. 1981. № 5. С. 20-28 (Chelnokov Yu. N. One form of the equations of Inertial navigation // Mechanics of Solids. 1981. Vol. 16, N. 5. Pp. 16-23).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Челноков Ю. Н. Об одной форме уравнений инерциальной навигации // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. 1981. № 5. С. 20-28 (Chelnokov Yu. N. One form of the equations of Inertial navigation // Mechanics of Solids. 1981. Vol. 16, N. 5. Pp. 16-23).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Dapeng Han, Qing Wei, Zexiang Li. Kinematic Control of Free Rigid Bodies Using Dual Quaternions // International Journal of Automation and Computing. July 2008. 05 (3). P. 319-324.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Dapeng Han, Qing Wei, Zexiang Li. Kinematic Control of Free Rigid Bodies Using Dual Quaternions // International Journal of Automation and Computing. July 2008. 05 (3). P. 319-324.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kim M. J., Kim M. S., Shin S. Y. A Compact Differential Formula for the First Derivative of a Unit Quaternion Curve // Journal of Visualization and Computer Animation. 1996. Vol. 7, N. 1. P. 43-57.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kim M. J., Kim M. S., Shin S. Y. A Compact Differential Formula for the First Derivative of a Unit Quaternion Curve // Journal of Visualization and Computer Animation. 1996. Vol. 7, N. 1. P. 43-57.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Dapeng Han, Qing Wei, Zexiang Li, Weimeng Sun. Control of Oriented Mechanical systems: A Method Based on Dual Quaternion // Proc. of the 17th World Congress the International Federation of Automatic Control. Seoul, Korea, July 6-11 2008. P. 3836-3841.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Dapeng Han, Qing Wei, Zexiang Li, Weimeng Sun. Control of Oriented Mechanical systems: A Method Based on Dual Quaternion // Proc. of the 17th World Congress the International Federation of Automatic Control. Seoul, Korea, July 6-11 2008. P. 3836-3841.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Dapeng Han, Qing Wei, Zexiang Li. A Dual-quaternion Method for Control of Spatial Rigid Body. Networking, Sensing and Control // IEEE International Conference. 6-8 April 2008. P. 1-6.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Dapeng Han, Qing Wei, Zexiang Li. A Dual-quaternion Method for Control of Spatial Rigid Body. Networking, Sensing and Control // IEEE International Conference. 6-8 April 2008. P. 1-6.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit20"><label>20</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ozgur E., Mezouar Y. Kinematic modeling and control of a robot arm using unit dual quaternions // Robotics and Autonomous Systems. 2016. Vol. 77. P. 66-73.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ozgur E., Mezouar Y. Kinematic modeling and control of a robot arm using unit dual quaternions // Robotics and Autonomous Systems. 2016. Vol. 77. P. 66-73.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit21"><label>21</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Челноков Ю. Н. Бикватернионное решение кинематической задачи управления движением твердого тела и его приложение к решению обратных задач кинематики роботов-манипуляторов // Изв. РАН. Механика твердого тела. 2013. № 1. С.38-58 (Chelnokov Yu. N., Biquaternion Solution of the Kinematic Control Problem for the Motion of a Rigid Body and Its Application to the Solution of Inverse Problems of Robot-Manipulator Kinematics // Mechanics of Solids. 2013. Vol. 48, N. 1. P. 31-46).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Челноков Ю. Н. Бикватернионное решение кинематической задачи управления движением твердого тела и его приложение к решению обратных задач кинематики роботов-манипуляторов // Изв. РАН. Механика твердого тела. 2013. № 1. С.38-58 (Chelnokov Yu. N., Biquaternion Solution of the Kinematic Control Problem for the Motion of a Rigid Body and Its Application to the Solution of Inverse Problems of Robot-Manipulator Kinematics // Mechanics of Solids. 2013. Vol. 48, N. 1. P. 31-46).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit22"><label>22</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Челноков Ю. Н., Нелаева Е. И. Аналитическое бикватернионное решение кинематической задачи оптимальной нелинейной стабилизации произвольного программного движения свободного твердого тела // Материалы XX Международной научной конференции "Системный анализ, управление и навигация". М.: Изд-во МАИ, 2015. С. 133-135.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Челноков Ю. Н., Нелаева Е. И. Аналитическое бикватернионное решение кинематической задачи оптимальной нелинейной стабилизации произвольного программного движения свободного твердого тела // Материалы XX Международной научной конференции "Системный анализ, управление и навигация". М.: Изд-во МАИ, 2015. С. 133-135.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit23"><label>23</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Челноков Ю. Н., Нелаева Е. И. Бикватернионное решение кинематической задачи оптимальной нелинейной стабилизации произвольного программного движения свободного твердого тела // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Математика. Механика. Информатика. 2016. Т. 16, Вып. 2. С. 198-206.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Челноков Ю. Н., Нелаева Е. И. Бикватернионное решение кинематической задачи оптимальной нелинейной стабилизации произвольного программного движения свободного твердого тела // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Математика. Механика. Информатика. 2016. Т. 16, Вып. 2. С. 198-206.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit24"><label>24</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бирюков В. Г., Молоденков А. В., Челноков Ю. Н. Оптимальное управление ориентацией космического аппарата с использованием в качестве управления вектора кинетического момента // Математика. Механика: Сб. науч. тр. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2004. Вып. 6. С. 171-173.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Бирюков В. Г., Молоденков А. В., Челноков Ю. Н. Оптимальное управление ориентацией космического аппарата с использованием в качестве управления вектора кинетического момента // Математика. Механика: Сб. науч. тр. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2004. Вып. 6. С. 171-173.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit25"><label>25</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Зелепукина О. В., Челноков Ю. Н. Построение оптимальных законов изменения вектора кинетического момента динамически симметричного твердого тела // Известия РАН. Механика твердого тела. 2011. № 4. С. 31-49 (Zelepukina O. V., Chelnokov Yu. N. Construction of Optimal Laws of variation in Angular Momentum Vector of a Dynamically Symmetric Rigid Body // Mechanics of Solids. 2011. Vol. 46, N. 4. P. 519-533).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Зелепукина О. В., Челноков Ю. Н. Построение оптимальных законов изменения вектора кинетического момента динамически симметричного твердого тела // Известия РАН. Механика твердого тела. 2011. № 4. С. 31-49 (Zelepukina O. V., Chelnokov Yu. N. Construction of Optimal Laws of variation in Angular Momentum Vector of a Dynamically Symmetric Rigid Body // Mechanics of Solids. 2011. Vol. 46, N. 4. P. 519-533).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit26"><label>26</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бирюков В. Г., Челноков Ю. Н. Построение оптимальных законов изменения вектора кинетического момента твердого тела // Изв. РАН. Механика твердого тела. 2014. № 5. С. 3-21 (Biryukov V. G., Chelnokov Yu. N. Construction of Optimal Laws of Variation of the Angular Momentum Vector of a Rigid Body // Mech. Solids. 2014. Vol. 49 (5). P. 479-494).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Бирюков В. Г., Челноков Ю. Н. Построение оптимальных законов изменения вектора кинетического момента твердого тела // Изв. РАН. Механика твердого тела. 2014. № 5. С. 3-21 (Biryukov V. G., Chelnokov Yu. N. Construction of Optimal Laws of Variation of the Angular Momentum Vector of a Rigid Body // Mech. Solids. 2014. Vol. 49 (5). P. 479-494).</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
