<?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.21.696-705</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">novtexmech-915</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>РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>ROBOT, MECHATRONICS AND ROBOTIC SYSTEMS</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Метод формирования программной скорости движения рабочего инструмента многостепенного манипулятора</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>The Method of Formation the Reference Speed of Movement of the Working Tool of Multilink Manipulator</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>Филаретов</surname><given-names>В. Ф.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Filaretov</surname><given-names>V. F.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>д-р техн. наук, проф., зав. лаб., Владивосток</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Vladivostok, 690041, Russian Federation</p></bio><email xlink:type="simple">filaretov@inbox.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Губанков</surname><given-names>А. С.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Gubankov</surname><given-names>A. S.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>канд. техн. наук, доц., Владивосток</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Vladivostok, 690041, Russian Federation</p></bio><email xlink:type="simple">gubankov@iacp.dvo.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Горностаев</surname><given-names>И. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Gornostaev</surname><given-names>I. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>аспирант, Владивосток</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Post Graduate Student, Vladivostok, 690041, Russian Federation</p></bio><email xlink:type="simple">gornostaev_iv@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Institute of Automation and Control Processes FEB RAS</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2020</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>07</day><month>12</month><year>2020</year></pub-date><volume>21</volume><issue>12</issue><fpage>696</fpage><lpage>705</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Commercial Publisher «New Technologies», 2020</copyright-statement><copyright-year>2020</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/915">https://mech.novtex.ru/jour/article/view/915</self-uri><abstract><p>Рассмотрено решение задачи повышения производительности робототехнических систем, в состав которых входят многостепенные манипуляторы, а их исполнительные элементы имеют ограничения по мощности. Для решения этой задачи разработан метод автоматического формирования предельно высоких программных скоростей движения рабочих инструментов указанных манипуляторов, позволяющий сохранить заданную динамическую точность управления с учетом взаимовлияний между всеми их степенями подвижности и заданных ограничений на входные сигналы электроприводов. Созданный метод заключается в вычислении максимально допустимой скорости движения рабочего инструмента манипулятора. Основной особенностью метода являются условия выбора требуемых данных для быстрого расчета всех необходимых параметров управления. На основе предложенного метода синтезирована система формирования скорости движения рабочего инструмента трехзвенного манипулятора с поворотными степенями подвижности, приводимыми в движение двигателями постоянного тока. Этот манипулятор может перемещать рабочие инструменты по произвольным гладким пространственным траекториям, построенным с помощью параметрических сплайнов третьего порядка. Выполненное моделирование подтвердило высокую эффективность предложенного метода в сравнении с другими известными методами задания программной скорости и позволило существенно повысить программную скорость движения рабочих инструментов за счет непрерывной работы хотя бы одного из электроприводов манипулятора вблизи зоны насыщения его усилителя мощности без входа в нее. При этом повышение быстродействия системы происходило без уменьшения динамической точности. Разработанный метод может быть применен для формирования предельно высокой программной скорости движения рабочих инструментов манипуляторов с любыми кинематическими схемами и различным числом степеней подвижности.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The solution of task of increasing the productivity of robotic systems containing multilink manipulators is presented in this paper. Their actuators have power limitations. To solve this task, a method has been developed for automatic formation of extremely high reference speeds of their working tools. This method allows to maintain a set dynamic control accuracy, taking into account interactions between all degrees of freedom of these manipulators and restrictions on input signals of their electric drives. The created method consists in calculating the maximum allowable speed of the working tool of the manipulator. The main feature of the method is conditions for selecting required data for quick calculation of all necessary control parameters. A system for forming the speed of the working tool of the manipulator with three rotational degrees of freedom was synthesized based on the proposed method. These degrees of freedom are driven by DC motors. This manipulator can move working tools along arbitrary smooth spatial trajectories formed using third-order parametric splines. The performed simulation confirmed the high efficiency of the proposed method in comparison with other known methods for forming the reference speed. This method provides significant increasing of the reference speed of the working tools due to continuous operation of at least one of the manipulator electric drives near the saturation zone of its power amplifier without entering it. At the same time, the system speed was increased without reducing dynamic accuracy. The created method can be used to generate the extremely high reference speed of the working tools of manipulators with any kinematic schemes and various numbers of degrees of freedom.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>многостепенной манипулятор</kwd><kwd>ограничения</kwd><kwd>формирование скорости</kwd><kwd>высокая точность</kwd><kwd>программные сигналы</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>multilink manipulator</kwd><kwd>restrictions</kwd><kwd>speed formation</kwd><kwd>high accuracy</kwd><kwd>reference signals</kwd></kwd-group><funding-group><funding-statement xml:lang="ru">Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках грантов № 20-38-70161, 20-08-00701, 19-08-00347.</funding-statement><funding-statement xml:lang="en">This work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (№ 20-38-70161, 20-08-00701, 19-08-00347).</funding-statement></funding-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Филаретов В. Ф., Зуев А. В., Губанков А. С. Управление манипуляторами при выполнении различных технологических операций, М.: Наука, 2018. 232 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Filaretov V. F., Zuev A. V., Gubankov A. S. Manipulator control during various technological operations, Moscow, Nauka, 2018, 232 p. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Зенкевич С. Л., Ющенко А. С. Управление роботами. Основы управления манипуляционными роботами: Учеб. для вузов, М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. 400 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zenkevich S. L., Yushchenko A. S. Robot control. Fundamentals of manipulating robot control, Moscow, Bauman MSTU Publ., 2000, 400 p. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Valente A., Baraldo S., Carpanzano E. Smooth trajectory generation for industrial robots performing high precision assembly processes // CIRP Annals — Manufacturing Technology. 2017. Vol. 66, N. 1. P. 17—20.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Valente A., Baraldo S., Carpanzano E. Smooth trajectory generation for industrial robots performing high precision assembly processes, CIRP Annals — Manufacturing Technology, 2017, vol. 66, no. 1, pp. 17—20.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Besset P., Bearee R. FIR filter-based online jerk-constrained trajectory generation // Control Engineering Practice. 2017. Vol. 66. P. 169—180.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Besset P., Bearee R. FIR filter-based online jerk-constrained trajectory generation, Control Engineering Practice, 2017, vol. 66, pp. 169—180.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Haschke R., Weitnauer E., Ritter H. On-Line planning of time-optimal, jerk-limited trajectories // IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2008. P. 3248—3253.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Haschke R., Weitnauer E., Ritter H. On-Line planning of time-optimal, jerk-limited trajectories, IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2008, pp. 3248—3253.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Shen P., Zhang X., Fang Y. Real-time acceleration-continuous path-constrained trajectory planning with built-in tradability between cruise and time-optimal motions. ArXiv, 2018. P. 1—12.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Shen P., Zhang X., Fang Y. Real-time acceleration-continuous path-constrained trajectory planning with built-in tradability between cruise and time-optimal motions, ArXiv, 2018, pp. 1—12.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Шомло Я., Подураев Ю. В., Луканин В. С., Соколов А. Г. Автоматическое планирование и управление контурными движениями манипуляционных роботов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2001. № 3. С. 28—33.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Shomlo Ja., Poduraev Ju. V., Lukanin B. C., Sokolov A. G. Automatic planning and control of contour movements of manipulating robots, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2001, no. 3, pp. 28—33 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Bobrow J. E., Dubowsky S., Gibson J. S. Time-optimal control of robotic manipulators along specified paths // The International Journal of Robotics Research. 1985. Vol. 4, N. 3. P. 3—17.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bobrow J. E., Dubowsky S., Gibson J. S. Time-optimal control of robotic manipulators along specified paths, The International Journal of Robotics Research, 1985, vol. 4, no. 3, pp. 3—17.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Soon Y. J., Yun J. Ch., PooGyeon P., Seung G. Ch. Jerk limited velocity profile generation for high speed industrial robot trajectories // IFAC Proceedings Volumes. 2005. Vol. 38, N. 1. P. 595—600.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Soon Y. J., Yun J. Ch., PooGyeon P., Seung G. Ch. Jerk limited velocity profile generation for high speed industrial robot trajectories, IFAC Proceedings Volumes, 2005, vol. 38, no. 1, pp. 595—600.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Коренченков А. А. Синтез алгоритма оптимального по быстродействию траекторного управления манипуляционными роботами // Известия КБНЦ РАН. 2011. Т. 39, № 1. С. 142—147.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Korenchenkov А. А. Time-optimal path control algorithm synthesis of robotic manipulators, Izvestiya KBNC RAN, 2011, vol. 39, no. 1, pp. 142—147 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Чудинов В. А., Бруданов А. М. Оптимальное формирование траекторий движения манипуляционных роботов с использованием динамического программирования // International Scientific Journal. 2016. № 7. С. 133—136.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Chudinov V. A., Brudanov A. M. Optimization of trajectories robotic manipulator using dynamic programming, International Scientific Journal, 2016, no. 7, pp. 133—136 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Филаретов В. Ф., Юхимец Д. А., Коноплин А. Ю. Метод синтеза системы автоматического управления режимом движения схвата манипулятора по сложным пространственным траекториям // Мехатроника, автоматизация, управление. 2012. № 6. С. 47—54.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Filaretov V. F., Yukhimets D. A., Konoplin A. Yu. Method of synthesis of system of automatic control of manipulator’s gripper movement mode on difficult spatial trajectories, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2012, no. 6, pp. 47—54 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Филаретов В. Ф., Губанков А. С. Система формирования предельно высокой скорости движения рабочего органа многостепенного манипулятора по произвольной траектории // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2013. Т. 11, № 4. C. 19—25.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Filaretov V. F., Gubankov A. S. Formation of extremely high-speed motion of the effector of a multi-joint manipulator by arbitrary trajectory, Informacionno-izmeritel’nye i upravlyayushchie sistemy, 2013, vol. 11, no. 4, pp. 19—25 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Роджерс Д., Адамс Дж. Математические основы машинной графики. М.: Мир, 2001. 604 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Rogers D. F., Adams J. A. Mathematical elements for computer graphics, McGraw-Hill, 1976, 239 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Filaretov V. F., Gubankov A. S., Gornostaev I. V. The formation of motion laws for mechatronics objects along the paths with the desired speed // Proc. of International Conference on Computer, Control, Informatics and Its Applications, Jakarta, Indonesia. 2016. P. 93—96.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Filaretov V. F., Gubankov A. S., Gornostaev I. V. The formation of motion laws for mechatronics objects along the paths with the desired speed, Proc. of International Conference on Computer, Control, Informatics and Its Applications, Jakarta, Indonesia, 2016, pp. 93—96.</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>
