Управление траекторией торможения манипулятора с неисправным приводом методом задержек включения тормозов

Исследование движения робота в нештатных ситуациях является важным новым направлением робототехники. Его практическая значимость состоит в учете на этапе проектирования комплексов и разработки управления ими отказов и случаев некорректной работы оборудования в целях минимизации возможного ущерба. При возникновении аварийной ситуации система управления манипуляционного робота автоматически останавливает манипулятор, отключая приводы и активируя тормоза. Аварийное торможение манипулятора является неуправляемым и может привести к существенным отклонениям от программной траектории. Непредсказуемость вектора отклонения чревата столкновениями с оборудованием, находящимися в рабочей зоне робота. В работе рассматривается устройство, позволяющее формировать траекторию аварийного торможения методом задержек включения тормозов. Устройство обеспечивает включение тормозов каждой степени подвижности независимо друг от друга. Задержки рассчитываются таким образом, чтобы минимизировать отклонение траектории торможения от программной траектории. Дано теоретическое решение математической задачи минимизации отклонения от программной траектории. Решение сведено к конечным формулам, зависящим от скоростей в шарнирах робота в момент активации аварийного торможения и интенсивности замедления тормозом каждой степени подвижности. Приводится сравнение предлагаемого способа формирования траектории аварийного торможения с описанным ранее, в котором приводы степеней подвижности отключаются с рассчитанными задержками и затем включаются тормоза. Достоинством такого способа является уменьшение амплитуды отклонения на порядок. В предложенном способе все приводы отключаются одновременно, и на первом этапе торможение происходит только за счет сил трения в редукторах. По истечении некоторого рассчитанного в начале торможения интервала времени, своего для каждой степени подвижности, включаются тормоза. Аналитические оценки показывают, что во всех случаях такой способ обеспечивает меньшие отклонения от программной траектории. Кроме того, он применим даже в случае возникновения неисправности хотя бы одного из приводов.

1. Заведеев А. И. Построение бортовой системы управления космическим аппаратом повышенной отказоустойчивости с применением адаптивной логики в алгоритмах диагностики и контроля // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19, № 10. С. 664—672.

2. Большаков А. А., Кулик А. А., Сергушов И. В., Скрипаль Е. Н. Метод прогнозирования авиационного происшествия летательного аппарата // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19, № 6. С. 416—423.

3. Щербаков М. А., Кушников В. А. Модели и алгоритмы системы управления аварийными ситуациями при производстве стекла // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. № 2 (55). С. 196—199.

4. Резчиков А. Ф., Кушников В. А., Иващенко В. А., Фоминых Д. С., Богомолов А. С., Филимонюк Л. Ю. Минимизация ущерба от нарушения технологического процесса в сварочных роботизированных технологических комплексах // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т. 18, № 5. С. 328—332.

5. Кодяков А. С., Павлюк Н. А., Будков В. Ю. Исследование устойчивости конструкции антропоморфного робота Антарес при воздействии внешней нагрузки // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017 Т. 18, № 5. С. 321—327.

6. Карташев В. А., Сафронов В. В. Система автоматического контроля безопасности перемещений манипуляционного робота // Изв. РАН. ТиСУ. 2017. № 2. С. 162—167.

7. User manual of UR3/CB3 robot. СПб.: Universal Robots, 2015. 147 с

8. KUKA Robots KR 5 arc Specification. Augsburg, KUKA Roboter GmbH, 2011. 67 p.

9. Ho S. J., Rak K. S. Emergency Stop Method of Industrial Robot. Pat. KR20120045766 (A), 2012-05-09.

10. Hofmann J., Schwarz R., Marx S. Industrial Robot Having Redundant Emergency Brake Circuit. US8736219 — 2014-05-27.

11. Bosga S. A Robot with at least two Separate Brake Devices and a Method of Controlling such a Robot. Pat. WO 2008037799.

12. Карташев В. А., Карташев В. В. Способ формирования траектории аварийного торможения манипулятора // Изв. РАН. ТиСУ. 2018. № 4. С. 162—168.

13. Карташев В. А., Карташев В. В. Формирование траектории аварийного торможения манипулятора методом последовательного отключения приводов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19, № 8. С. 536—541.

14. Карташев В. А., Карташев В. В. Устройство управления аварийным торможением манипулятора. Патент РФ № 2 658589.