Метод формирования программной скорости движения рабочего инструмента многостепенного манипулятора

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.

1. Филаретов В. Ф., Зуев А. В., Губанков А. С. Управление манипуляторами при выполнении различных технологических операций, М.: Наука, 2018. 232 с.

2. 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.

3. 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.

4. Besset P., Bearee R. FIR filter-based online jerk-constrained trajectory generation // Control Engineering Practice. 2017. Vol. 66. P. 169—180.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Коренченков А. А. Синтез алгоритма оптимального по быстродействию траекторного управления манипуляционными роботами // Известия КБНЦ РАН. 2011. Т. 39, № 1. С. 142—147.

11. Чудинов В. А., Бруданов А. М. Оптимальное формирование траекторий движения манипуляционных роботов с использованием динамического программирования // International Scientific Journal. 2016. № 7. С. 133—136.

12. 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.

13. 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.

14. Роджерс Д., Адамс Дж. Математические основы машинной графики. М.: Мир, 2001. 604 с.

15. 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.