автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.05, диссертация на тему:Анализ и синтез дистанционных манипуляторов на основе плоских замкнутых механизмов и систем координатно-параметрического управления

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ДИСТАНЦИОННЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ НА ОСНОВЕ ПЛОСКИХ ЗАМКНУТЫХ МЕХАНИЗМОВ И СИСТЕМ КООРДИНАТНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

05.02.05 — Роботы, манипуляторы и робототехнические системы 05.02.18 — Теория механизмов и машин

На правах рукописи

Для служебного пользования Экз. № 2.

Слуцкий Леонид Иосифович

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ленинград 1991

Работа выполнена в Казахском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им.С.М.Кирова

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, Доктор технических наук, Доктор технических наук,

профессор Н.А.ЛАКОТА ст.научн.сотр.Н.В.УМНОВ профессор И.Б.ЧЕЛПАНОВ

Ведущее предприятие: НИАТ

Защита состоится " °\2Л _1991г.

II _> и рц

К часов на заседании специализированного Совета

Д 063.38.07 Ленинградского государственного технического университета ( 195251, Ленинград, Политехническая ул., 29,

корп.1, аур. 459).

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной

библиотеке института. а;. ........СУ г, '

Автореферат разослан "¿Л" ¡М^аоМ 1991г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук, доцент

В.И.Лебедев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Программа интенсивного развития наездного хозяйства нашей страны предусматривает широкое использование в производственных процессах передовой техники и технологии. Среди тех средств, которые могут позволить во многих блучаях осуществить переход к такой технологии, одно из первых <-*ест занимает промышленная робототехника. Известна её роль в проблемах создания гибких автоматизированных производственных систем.'5^ Не менее валны применения манипуляционных роботов (MP) при проведении работ в экстремальных средах, например, в подводном и космическом пространстве. Во всех перечисленных вариантах использования промышленных роботов (ПР) и манипуляторов важнейшим моментом, определяющим, зачастую, возможность решения поставленной задачи роботизации, является проблема качества робота, удовлетворения его характеристик специфическим запросам решаемой производственной задачи.

В условиях постоянно повышающихся требований к качеству пыпускаемой продукции перед учеными и производственниками, запятыми разработкой и изготовлением средств робототехники, стоит Проблема создания новых высокоэффективных конструкций Iff,, позволяющих расширить круг, репаемых с их помощью задач, осуществить с, требуемым качеством их изготовление и обеспечить функционирование на доллсном уровне в течение запланированного времени. •

Проблема создания подобных MP - самых сложных из современных машин - является комплексной проблемой, в равной степени-зависящей как от свойств механической части робота, включая его Исполнительный механизм и захватное устройство, так и характеристик его управляющей части. Создание эффективной одной из указанных частей робота не гарантирует высоких производственных показателей робота в целом, пока на должный уровень не будут ¡.введены характеристики второй его составной части.

В связи с этим в реферируемой работе излагаются вопросы создания механизмов и систем управления ПР и дистанционных

Фролов К.В. Промышленные роботы - важнейшее направление научно-технического прогресса // Первый советско-югославский семинар по гюбототехнике / Под.ред. К.В.Фролова, М.Вукобра-товича, Е.ШПопова.- Н., 1983.- с.4-6.

манипуляторов, обеспечивающих повышение качества работы этих

машин...................................

.....Связь-темы диссертации с планами отраслей науки и народного хозяйства. Исследования, изложенные в диссертационной работе, выполнялись в соответствии с координационными планами АН СССР и АН КазССР, МНТК "Робот", целевой программой Минвуза СССР, планами научно-исследовательских работ Казгосуниверситета им.С.М.Кироваи ряда организаций и предприятий.

Целью работы является создание новых принципов построения механизмов и систем управления МР, обеспечивающих повышение таких определяющих показателей качества как точность и быстродействие, что, в свою очередь, позволит повысить их эффективность и расширить области их применения. .....

Основной научный результат работы заключается в развитии предложений, направленных на создание новых типов ЫР с механизмами на основе плоских замкнутых кинематических цепей и системами полуавтоматического координатно-параметрического управления (КПУ):

- предложены основы структурного синтеза плоских рычажных замкнутых механизмов манипуляторов, в том числе с двумя рабочими органами. Проведено всестороннее исследование плоских замкнутых механизмов как базы для создания перспективных моделей манипуляторов. На основе решения задач статики, кинематики и динамики впервые показаны их более высокие в ряде случаев точность и быстродействие в сравнении с разомкнутые цепями.. Изучены характеристики обслуживания манипуляторов на основе замкнутых механизмов;

- впервые предложено использование замкнутых кинематических цепей - механизмов высоких классов (ЫШ) - в захватных устройствах роботов. Разработаны методы расчета подобных механизмов для захвата'плоских и пространственных объектов;

- на основе результатов полунатурного моделирования систем оператор-манипулятор предложен принципиально новый подход к управлению механизмами манипуляторов, состоящий во введении дополнительного контура параметрической настройки машины. Впервые предложена методика синтеза алгоритмов КПУ, проведено их исследование, в том числе в условиях полунатурного и натурного исследования;

метод КПУ распространен на управление механизмами манипуляторов с кинематической избыточностью, в том числе пространственными и на основе замкнутых механизмов;

- с использованием результатов полунатурного исследования систем оператор-манипулятор разработан метод регулирования следящих приводов манипулятора, который состоит в оптимальном изменении параметров следящей системы при изменении момента инерции механической руки.

Все перечисленные научные результаты направлены на создание МР с улучшенными характеристика™ точности и производительности ....................... •

Практическая значимость работы. Решенная проблема имеет важное народнохозяйственное значение, т.к. предложенные принципы построения механизмов и систем управления МР позволяют существенно повысить их технико-экономическую эффективность. Эффект достигается за счет повышения точностных возможностей исполнительной части робота и существенного сокращения времени управления им в дистанционном режиме или при программировании методом обучения.

Приведенные в диссертационной работе материалы свидетельствуют о том, что использование плоских замкнутых механизмов в структуре исполнительного органа (ИО) манипулятора позволяет п'овысить точность работы последнего не менее, чем в два раза, а применение коордннатно-параметрических систем дистанционного управления обеспечивает при определенном уровне точности сокращение времени обучения ПР выполнению заданной технологической операции манипулирования от двух до десяти раз по сравнению с обычными системами управления. В работе предложены также методики н средства для количественной оценки уровня указанных характеристик путем исследования № на автоматизированных испытательных стендах с обработкой измерительной информации на основе ммкроЭЕУ.

На базе теоретических и экспериментальных исследований, излоястшх в реферируемой работе, а такие ряда сделанных на их основе изобретений, проведено и проводится в настоящее время внедрение роботов на основе плоских замкнутых механизмов и систем КПУ, а такге средств их испытаний в различных отраслях народного хозяйства.

Материалы проведенных исследований в течение ряда лет ис-

пользуются в учебном процессе кафедры прикладной механики Каз-госуниверситета-им.С.М.Кирова, а также в МГТУ им.Н.Э.Баумана.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на У1 Совещании по основным проблемам теории машин и механизмов (Ленинград, 1970), У Всесоюзном совещании по проблемам управления (Москва, 1971), 1У и У1 симпозиумах по теории и принципам устройства манипуляторов (Москва, 1972, Тольятти, 1976), 1У Всесоюзной конференции по бионике (Москва, 1973), I, 1У и У Международных Симпозиумах по теории и

практике роботов и манипуляторов (Удина, Италия, 1973; Варшава, ПНР, 1981; Удина, Италия, 1984), Казахском филиале семинара по теории машин и механизмов (Алма-Ата, 1976, 1979, 1982, 1983, 1986, 1990), I и П Всесоюзных съездах по теории механизмов и машин (Алма-Ата, 1977; Одесса, 1982) и I и Ш Всесоюзных межвузовских конференциях по робототехнике (Каунас, 1977; Челябинск, 1983), I, П и Ш Всесоюзных совещаниях по робототехническим системам (Владимир, 1978; Минск, 1981; Воронеж, 1984), УП Международном конгрессе по биомеханике (Варшава, ПНР, 1979), УП Все-польской научной конференции по теории машин и механизмов (Краков, ПНР, 1980), Международных конференциях "РОЕКОН-2 и 3" (Варна, НРБ, 1983; 1985), П Всесоюзном совещании "Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе" (Барнаул, 1984), УШ и IX Республиканских межвузовских научных конференциях по математике и механике (Алма-Ата, 1984, 1989), Всесоюзном научном семинаре по робототехнике в МВТУ иы.Баумана (Москва, 1985), Ш зональном научно-методическом совещании-семинаре вузов Средней Азии и Казахстана по ТММ (Фрунзе, 1985), У Национальном конгрессе по теоретической и прикладной механике (Варна, НРБ, 1985), У1 Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (Ташкент, 1986), на Всесоюзном семинаре по ТММ (Москва, 1987), 34 международном научном коллоквиуме (Иль-менау, ГДР, 1989)..

Созданный при участии автора стенд для испытаний промышленных роботов бьш представлен в качестве экспоната Всемирной выставки молодых изобретателей (Пловдив, НРБ, 1985) и удостоен ее грамоты;.....""

Публикации. По материалам диссертации выполнено 97 научных работ, в том числе получено 46 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав,, дополнений и приложения. Объем основного текста диссертации содержит 284 стр. машинописного текста, 165 иллюстраций и 6 таблиц (ИЗ стр.), список литературы состоит из 286 наименований (27 стр.). Объем дополнений и приложения - 94 стр.

- СОДЕРНАНИЕ РАБОТЫ

Вопросы механики и управления современными МР взаимосвязаны и сложны. Решение их должно быть комплексным и направлено на достижение общей цели - повышение качества функционирования робота. Эта цель может быть достигнута различными путями, но она, в первую очередь, для этого должна быть конкретизирована путем введения системы соответствующих критериев.

В основу развиваемого в данной работе подхода положено утверждение, что рассматриваете в качестве объекта исследования дистанционные манипуляторы и работающие в таком же режиме при их программировании методом обучения ПР позиционного и контурного типа должны в процессе ручного управления удовлетворять, как минимум, паре противоречивых критериев оптимальности -точности и быстродействию [I] . Степень удовлетворения конкретной конструкции этим критериям всегда может быть количественно оценена с помощью предложенных в работе методик и технических средств.

Сложность заключается в том, что система, оптимальная по одному из этих критериев, будет являться крайне неудовлетворительной в отношении другого критерия. Причем значения указанных критериев существенным образом зависят от характеристик как механической, так и управляющей части №. Последняя должна при этом решать весьма трудную задачу, обеспечивая наилучшее согласование характеристик управляемой машины - МР и управляющего элемента системы оператор-манипулятор (СОМ) человека-оператора (40).

В отношении механики роботов следует отметить, что основным недостатком, органически присущим традиционно применяемым сейчас з механизмах роботов разомкнутым кинематическим цепям, является накапливаемая ими за счет погрешностей в шарнирах антропоморфной руки и упругих свойств звеньев ошибка позиционирования.Здесь имеются татс:;е определенные трудности в построении эффективной системы привода и управления. 3 связи с этим в пос-

- б -

ледние годы в робототехнике получил развитие другой подход к построению ИО роботов, заключающийся в использовании замкнутых кинематических цепей. Наиболее четко эта тенденция прослеживается на примере так называемых манипуляторов платформенного типа. Они лишены перечисленных недостатков разомкнутых механизмов, однако характеризуются рядом сложностей в обеспечении их функционирования. За последние годы указанные и связанные с ними вопросы механики роботов активно рассматривали в своих работах советские ученые С.Н.Андреенко, М.З.Коловский, А.И.Корендясев, П.А.Лебедев, А.Г.Овакимов, И.Б.Челпанов, Ф.Л.Черноусько, зарубежные ученые Б.Рос и Д.Янг. В то же время в работах У.А.Дяол-дасбекова, Э.Е.Пейсаха, Ы.С.Константинова и К.Ханта излагались отдельные аспекты подхода, основанного на использовании в конструкциях роботов-манипуляторов плоских зашснутых рычадных механизмов.

В первой части работы автор, обосновывая его целесообразность, систематически развивает указанный подход, излагая концепцию использования плоских шарнирно-ричажных механизмов Ассу-ра П, Ш и высоких классов при построении пространственных ИО роботов и манипуляторов и их захватных устройств.

Вторая часть работы посвящена вопросам управления такими ИО. Проблема заключается в том, что используемые в настоящее время системы дистанционного управления манипуляторов и системы обучения ПР не отличаются сосорзснством. Для получения требуемого уровня точности позиционирования схвата робота с их помощью необходимо весьма значительное время, что делает указанные методы (например, командный и копнрувздй) "узким мостом" в технологии роботизированного производства. В связи с. этим в последние годы все ак иснео проводятся работы по использованию при управлении НР систем полуавтоматического типа. Вопросы, имеющие отношение к данной тематико, разрабатывались в нааой стране Е.П.Поповым, Ы.Б.Игнатьесым, В.С.Кулеаовмм, Н.А.Лакотой, В.С.Медведевым, Е.И.Вревичеы, А.С.Ввдиво, В.С.ЯстробоЕыи, о за рубежом - Ж.Вертю, Д.Невинсом, Д.Уктни, Т.Шерлданоы. Наиболее удачным известным решением вопроса полуавтоматического управления МР представляется использование комбинированного позицион-но-скоростного управления, обеспечивающего высокие функциональ-

ные характеристики системы.35^ В то же время на практике соответствующие устройства не получили распространения в связи с . их значительной сложностью.

Поэтому в данной части работы автором предложено использование в системах полуавтоматического типа принципа КПУ. Последний [5, 33 ] позволяет при достаточно простой схеме устройства управления осуществлять гибкую оперативную настройку характеристик системы применительно к требованиям выполняемого роботом производственного задания. Здесь далее развиты метод синтеза алгоритмов управления и исследованы различные варианты построения систем КПУ, дан анализ возможностей их применения в различных задачах дистанционного управления №.

Наконец, в заключительной части диссертации в постановке, связанной с материалом предыдущей части работы, рассматривается вопрос построения оптимальной системы следящего привода дистанционно управляемого ИР.

Общее распределение материала по главам является следуто-

В первой главо проводится анализ современного состояния проблемы создания !£Р с дистанционным управлением. Анализируются тенденции в построении их механизмов и систем управления. Делается вывод, что разнообразие задач, выполняемых современными работами, а такпе постоянно посылающиеся требования к качеству их пополнения шзвали в последние годы создание наряду с типовы-121 схемами манипуляторов таких их разновидностей, как обладайте поЕкзенной точностью манипуляторы на основе замкнутых кинематических цэпсП !' манипуляторы с избыточны!.! числом степеней поденгностп (например, типа "хобот"), характеризуемые значи-телыагг! еозмоглостл?.::! с точки зрения маневренности. Наиболее порспогстпг.'аг-п срздстпгет управления таютг.гн конструкциям! в на-стоящзэ прс::я прздстаняязтея снсте;э полуавтоматического типа, которпэ харзстермзуются небольЕИ'^ габаритами задающего устройства и поз::опностк.'!:1 получения шсоких производственных показателен. ...

.....Прггэтсм з качестве осногной трудности разработки методов

Диетанционно упрпвляе:.гиз роботы н манипуляторы / В.С.Куле-сов, Н.Л.Лакота*и др.- П.: Мстшостроенне, 1986.- 328 е.: ил.

синтеза таких систем отмечается отсутствие в настоящее время эффективных моделей 40, учитывающих, например, известное явление адаптации его характеристик к изменению динамики машины. В связи с этим наибольшее значение при проектировании систем ручного управления машинами приобретает метод полунатурного моделирования, позволяющий учитывать при исследовании робототех-нической системы (РС) реальные характеристики ЧО3^. В данной работе указанный метод активно используется при решении ряда поставленных задач.

Одним из наиболее важных вопросов, возникающих при исследовании и разработке новых типов РС, является их критериальная оценка. В связи с этим в работе отмечается, что задача количественной оценки качества (квалиметрии) таких систем, как и задача их оптимизационного синтеза, является, в принципа, многокритериальной, т.е. качество системы может быть охарактеризовано вектором критериев эффективности У= -Л/ . Среди них наиболее важными являются показатели То - время выполнения операции манипулирования и набор точностных оценок Ф ,

,... При этом в работе развивается подход, базирующийся на той предпосылке, что для оценки качества реальных РС практически достаточно рассмотрения первых двух компонент вектора 3=(3„ которые вполне просто могут быть вычислены в эксперименте.

Один из возможных способов оценки качества системы по вектору критериев (как в задачах анализа, так и в задачах синтеза) заключается в сворачивании указанного вектора в скалярный показатель. Показано, что наиболее общим видом свертки является линейная

£? = < Х,У>=Л/й,+Л2За, Л1+Хг=1, хцо, (I)

в которой Л. {¿н^г} представляет собой вектор весовых коэффициентов.

Техническая сторона задачи о построении средств для оценки качества реальных конструкций роботов и манипуляторов связана с конкретным набором моделируемых типовых операций манипулирования. В качестве таковых в работе выделены 4 основные операции :

—захват • объекта - манипулирования (условно обозначена через Qí );

к^Попов Е.П. Полунатурные исследования при создании робототехни-ческих систем // Управление робототехническими системами и и* очувствление.- М., Наука.- 1983.-с.6-14.

- перенос объекта в заданную точку позиционирования по произ- ■ вольной траектории ( 02 );

- перенос объекта по заданной кривой ( Os );

- изменение угловых координат объекта, например, в процессе выполнения операции навинчивания ( 04 ).

На основе тестового выполнения этих операций манипулирования может быть организована процедура определения оценок качества PC, в том числе СОМ. С учетом сказанного выше при этом возникает 5 основных вариантов формулирования задания PC с точки зрения возможностей критериальной оценки:

- с фиксированной точностью выполнить задание за минимальное время (Ä/ ): Ф = Ф°= cons-i, То — min;

- за определенное время выполнить задание с минимальной ошибкой (/^ ): 7о= To°=cons{, min }

- за ограниченное время выполнить задание с минимальной ошибкой ( Kz ): 7ö < 7о"= carjsi, Ф — min;

- с ограниченной ошибкой выполнить задание за минимальное время ( ): ф < ф°= consi, То min;

- выполнить задание, минимизируя комплексный критерий (I), T.ei (Л5): То -—min, ф min.

Организация тестового эксперимента, зачастую, существенно различается для указанных вариантов оценки эффективности. Объединение этих вариантов с сочетаниями приведенных операций манипулирования дает 75 возможных основных схем оценки эффективности, которые сведены в диссертации в соответствующую таблицу* Ряд этих схем к настоящему времени реализован в виде специализированных испытательных стендов либо использован (в том числе и в настоящей работе) в условиях моделирования PC. Среди описанных в диссертации подобных устройств в качестве наиболее перспективных отметим, например, стенды, позволяющие на операциях типа Ог осуществлять квалиметрию СОМ, а также ПР с системами управления циклового и позиционного типа. Изготовленный образец подобного стенда позволяет бесконтактным образом измерять точность и быстродействие PC с использованием оптоэлект-ронных преобразователей и автоматизированной обработки измерительных данных на микроЭВМ.

Отмечаются принципиальные достоинства метода стендовых испытаний PC, заключающиеся в том, что он предусматривает размещение всех измерительных датчиков на стенде, в то время, как

робот-манипулятор не подвергается каким-либо дополнительным доработкам или изменениям. Благодаря оперативности этот метод может быть рекомендован при количественном контроле качества серийного выпуска ПР и манипуляторов.

Наконец, отмечается, что в отличие от процедуры стендовой квалиметрии СОМ реализация подобной процедуры для ПР позволяет, осуществить непосредственный переход к их диагностике. Действительно, цри исследовании ПР на испытательном стенде могут быть получены ошибки позиционирования по осям неподвижной системы координат. По этим ошибкам путем решения соответствующей обратной задачи кинематики могут быть получены величины погрешностей отработки обобщенных координат в ведущих шарнирах робота. Данная методика диагностики в работе развита на схемы ПР, характеризуемые наличием кинематической избыточности.

Анализ материалов, изложенных в первой главе, позволил сформулировать круг решаемых в диссертационной работе задач, лежащих в направлении создания эффективных исполнительных и захватных механизмов и систем полуавтоматического управления, обеспечивающих оптимальность СОМ в смысле введенных критериев качества......

Во второй главе рассматриваются вопросы построения ИО ПР и дистанционных манипуляторов на основе плоских замкнутых кинематических цепей. Действительно, для примера укажем, что замкнутая цепь, изображенная на рисЛ, в определенной зоне способна выполнять те же операции манипулирования, что и соответствующая

Кроме того, в замкнутых механизмах имеются более широкие возможности реализации только за счет механических свойств системы сложных программных траекторий, называемых иногда стереотипными движениями, что при их работе в автоматическом режиме позволяет существенно упростить программное обеспечение РС. Наконец, наиболее важно такое свойство закрытых кинематических цепей, как их повышенная по сравнению с разомкнутыми цепями точность позиционирования. В данном разделе изучено влияние на эту характеристику для двух видов схем (рисЛ и 2) таких факторов, как приведенные ошибки в отработке обобщенных координат и упругость звеньев ИО манипулятора. В обеих задачах для каждой схемы определялись смещения рабочих точек С/ и С2 под влиянием указанных факторов. Расчетные формулы для обеих задач были просчитаны на ЦВМ. Анализ полученных результатов показал, что выигрыш по точности позиционирования в отдельных точках рабочей зоны манипулятора с замкнутой цепью ИО достигает более чем двух раз. Это исследование позволило выделить в рабочем пространстве манипулятора (рис.1) зону, в которой наиболее целесообразно проведение операций манипулирования, требующих повышенной точности. Расчетами показано также, что оптимальное расстояние между шарнирами А2 и ¿2 (рисЛ) равно при равных длинах подвижных звеньев их удвоенной величине.

В работе проведено кинематическое исследование, показывающее, что в данной зоне замкнутый механизм манипулятора, зачастую, превосходит разомкнутую цепь и по скоростным свойствам. Оно основано на определении модуля скорости схвата каждого механизма в одной и той же рабочей точке при одинаковых величинах обобщенных скоростей ведущих звеньев.

Тот се вывод сделан и на основании проведенного исследования динамики обоих рассмотренных механизмов. Для этого с использованием уравнений Лаграняа П рода составлены их дифференциальные уравнения, при исследовании учитывалась также динамика приводных двигателей. Рассматривались движения схватов обоих манипуляторов по одним и тем же рабочим траекториям. При этом путем решения обратных задач кинематики определялись программные законы изменения обобщенных координат. Затем решением прямой к обратной задач динамики вычислялись фактические законы изменения обобщенных координат. Далее решение прямой задачи кинематики давало фактический закон перемещения схвата.. Анализ полу-

ченных на ЭВМ кривых переходных процессов показал, что для замкнутых механизмов время движения по траектории сокращается в среднем на 19 %, а перерегулирование уменьшается на 44 %.

Рассмотренный плоский манипулятор (рис.1) - механизм П класса - позволяет осуществлять позиционирование схвата в пределах его зоны обслуживания, однако не решает задачи требуемой ориентации схвата в точке позиционирования. Для решения этой задачи в рамках излагаемого подхода предлагается применение в качестве базового механизма с тремя ведущими звеньями на основе группы Ассура III класса. Для описанных механизмов решены прямые и обратные задачи кинематики, причем во всех случаях они решаются намного проще, чем для манипуляторов платформенного типа, что позволяет вести управление предложенными схемами с помощью простых вычислительных средств.

Аналогично могут строиться и плоские ИО роботов на основе механизмов 1У класса. Их отличительной особенностью являются широкие возможности по реализации сложных стереотипных движений*^ при работе в режиме автооператора.

В целом, общая картина использования плоских замкнутых механизмов в ИО манипуляторов представлена в таблице. Здесь показаны механизмы только на вращательных кинематических парах с I по 1У класс включительно. Кроме того, механизмы различаются по числу степеней подвижности. Количество подобных схем на самом деле является намного большим, т.к.-в их состав могут входить также поступательные кинематические пары.

Другая, изложенная в работе классификация замкнутых механизмов основана на предложенном методе их структурного синтеза, который заключается в комбинировании базовых типовых разомкнутых цепей манипуляторов и модулей из рычажных звеньев, используемых для их замыкания. Данный метод позволил синтезировать значительное количество схем исполнительных механизмов, в том числе новых, с двумя рабочими органами. Показана его связь с задачей параметрического синтеза замкнутых механизмов автооператоров. В работе приведены также принципы построения на основе описываемых замкнутых структур пространственных кинематических цепей манипуляторов.

*^ Джолдасбеков У.А. Графоаналитические методы анализа и синтеза механизмов высоких классов.- Алма-Ата: Наука, 1983.256 с.

Таблица

\класс меха тасХнизма ма пеней Хора подвижности. I Н и примечания

I п а-1 р—^ -С —О /7777 Авто-операторы

2 /{ с 1 —< 1 5-Ч 3- —с: '—О 0 А Манипуляг торы позиционного типа

3 л ш ш Манипуляторы позиционного типа с ориентированием схвата

- 14 -

В качестве показателя, по которому манипуляторы с разомкнутым скелетом кинематической цепи являются, как правило, более предпочтительными, следует выделить такой, как величина обслуживаемого объема. Поэтому весьма актуальной является проблема увеличения этой зоны для механизмов описываемого типа.

Рассматриваются различные пути ее решения. Так, для механизмов с одной степенью подвижности (строка I в табл.) либо с двумя степенями подвижности, движение которых связано функциональным образом, проблема решается путем обеспечения максимальной проворачиваемости ведущего звена (звеньев).

В работе разработан алгоритм определения полнопроворачи-ваемости двух ведущих звеньев механизмов П и 1У класса. Соответствующее условие получено в виде

I, . . бгтах - ¿гmin d (а+с) < --- ,

где (2 и С длины кривошипов, с/ - расстояние между опорами кривошипов (точки Aj и ¿г на рис.1), Ьгтах и brtnin -максимальная и минимальная длины группы Ассура, присоединенной к кривошипам. Изучены вопросы реализации этого условия для обоих рассмотренных механизмов при различных законах изменения передаточного отношения между углами поворота ведущих звеньев и различных начальных углах поворота. В последнем случае расчеты на ЭВМ дали возможность построить зоны проворачиваемости механизма, позволяющие определить указанные параметры на стадии проектирования, а также вычислить шатунные кривые данных механизмов.

Что касается механизмов роботов с 2 и 3 независимыми приводны?.™ звеньями (стро ч 2 и 3 табл.), то здесь увеличение зоны обслуживания может быть достигнуто с использование?.! ряда конструктивных приемов. Так, имеется возможность объединить достоинства разомкнутой цепи (рис.2) в отношении большого объема зоны обслуживания с точностными достоинствами замкнутого механизма (рис.1) в одной конструкции. Разработанная разновидность манипулятора рис.1 характеризуется тем, что шарнир £з располагается на ползуне, перемещающемся по направляющей А^г • Тогда расположение шарнира £г может выбираться либо из условия получения максимальной точности позиционирования, либо получения максимальной зоны обслуживания.

- 15 - '

Для механизма П класса с двумя степенями подвижности произведено исследование объема зоны обслуживания. Впервые при учете реально существующих ограничений в шарнирах произведена оценка снижения этого показателя в сравнении с объемом зоны обслуживания разомкнутого механизма. Также впервые исследованы характеристики обслуживания манипулятора - механизма Ш класса. Разработанный для этого метод основан на кинематическом анализе перемещений кинематических цепей, образующих этот механизм.

В следующей, третьей главе подход, основанный на применении плоских замкнутых механизмов, распространяется на захватные устройства №. Причем наибольший эффект здесь дает использование механизмов еысоких классов (МЕН) в связи с существенной пер'ест-раиваемостыо их изменяемых подвижных контуров. Это свойство, в свою очередь, обеспечивает адаптацию схвата к форме захватываемого объекта манипулирования. В работе рассматриваются два пути использования МБК в захватных устройствах. Первый из них связан с захватом пространственных объектов произвольной форты-. В этом случае группы Ассура, например, 1У класса, могут располагаться на губках I и 2 схвата нормально к их поверхностям (рис.3). Поводки 3 и 4, присоединяющие группы к губке-стойке, связаны с нею .-пружинами 5 и 6. Группы одной из губок при этом проходят в промежутки между группами противоположной губки. Таким образом в данном примере МЕК играют роль пальцевых элементов, каждый из которых в результате движения губок схвата деформируется собственна.! образом при контакте резиновой накладки 9 звена 7 группы Ассура с различными частями объекта манипулирования 8. Пра-гильноо взаимное расположение МЕК такого захватного устройства обеспечивает надежное схватывание пространственных объектов произвольной фор:.ы.

Другой вариант подобного же использования ¡'ЕК связан с выполнением одной из губок с неподвижной направляющей с центрирующим углублением. Для этого случая показано, что механизм 1У класса производит сдвиг объекта любой фор:.ш и габаритов в цент-

рирующее углубление независимо от его начального расположения. Разработан метод расчета такого устройства на основе его статического анализа. Задачей расчета является обоснование выбора линейных размеров звеньев и жесткостей пружин, размещенных в механизме 1У класса. Составлена программа решения данной задачи на ЦВМ,

Другой путь построения захватных устройств связан с использованием свойств МВК как плоского механизма. В этом случае подвижный плоский контур МВК в отдельных точках снабжается прихват-ными элементами. К другим точкам механизма присоединены ведущие звенья-поводки, связанные с приводным устройством. В результате появляется возможность расположения требуемого количества прих-ватных элементов в заданных точках плоскости. Это, в свою очередь, позволило разработать ряд конструкций захватных устройств для транспортировки роботом листовых заготовок различных габаритов и конфигураций, а также приводимых к плоским объектов. На рис.4 показана кинематическая схема механизма У1 класса с ведущими звеньями в виде поступательных пар. С ее помощью оператор может выставить каждый прихватный элемент фактически в любую точку

плоскости (разумеется, в пределах зоны обслуживания). Причем, как это видно из рис.4,целесообразно расположение прих-ватных элементов через шарнир замкнутого рычажного контура. Тогда получается следующая закономерность в построении описываемого класса захватных устройств: 2 прихват-ных элемента - механизм ■ 1У класса, 3 прихватных элемента - механизм У1 класса (рис.4) и т.д. Увеличение числа прихватных элементов, отметим, может, быть необходимо в случае, например, переноса крупногабаритных нежестких объектов.

Впервые разработаны алгоритмы решения задач синтеза для захватных механизмов 1У и У1 классов. Расчитан и изготовлен ряд подобных механизмов в том числе с автоматической переналадкой у .'-

7777

Рис.4

ройства с одного типа переносимого объекта манипулирования на другой. Такая задача является типичной для гибких автоматизированных производственных систем.

В четвертой главе рассматривается проблема синтеза эффективных СОМ путем параметрической оптимизации управляемой оператором машины по введенным критериям качества (I). С целью формирования методологии подобного проектирования было проведено экспериментальное изучение влияния величин параметров модели манипулятора на качество процесса ручного управления машиной. Здесь использовалась методика, основанная на полунатурном моделировании операции обведения плоской траектории (операция типа по классификации главы I) двухкоординатной ортогональной моделью манипулятора. При этом по каждой управляемой координате модель динамики машины была принята линейной и набиралась на АВМ в виде колебательного звена

T2%'U) %({) + $ Ш = кхС (I), Ui, 2, (2)

где Xi(i) - входной сигнал, ^¿(i) - Еыходная координата манипулятора, Т - период свободных колебаний модели ИО, р - коэффициент затухания колебаний, к - коэффициент передачи модели. В эксперименте вычислялось время То обведения СОМ эталонной траектории и одна и^, возможных интегральных оценок

G = /di » Тс-Ф , (3)

где C(i) - текущее отклонение метки на экране осциллографа от заданной траектории, а Ф - интегральная ошибка обведения траектории flj .

По результатам эксперимента расчитывались значения соответствующих коэффициентов чувствительности. Расчеты показали, что наибольшее влияние на все критерии оказывает коэффициент передачи манипулятора к . Он является, следовательно, тем параметром, который целесообразно настраивать в первую очередь, чтобы осуществить оптимальный режим работы СОМ. Что же касается двух остальных рассмотренных параметров модели (2), то для них были построены экспериментальные зависимости 7о{£) , То(Т) > Ф(Т) , .

G(T) , которые показали, что качество управления в смысле этих критериев становится наилучшим при f 1,7*"~ 0. Таким образом может быть осуществлен эквивалентный переход от исходной системы критериев качества ( J( - % — min, J2= Ф — min }

- 18 -

к системе динамических критериев

rnLn, Зг = IР - /| — min}, (4)

которые далее используются непосредственно в задаче синтеза.

Возвращаясь к проблеме оптимизации СОМ по коэффициенту передачи манипулятора, отметим, что далее для обоснования предложенного подхода в работе приводятся результаты дополнительно проведенного исследования. В процессе его по той же методике полунатурного моделирования исследовалось качество работы системы оператор-модель манипулятора со скоростным управлением. Результаты этого исследования свидетельствуют о стабильности и эффективности оптимального параметра - коэффициента передачи, следовательно, о целесообразности осуществления рассматриваемой процедуры параметрической оптимизации.

Реализация описанной методики параметрической оптимизации машин продемонстрирована далее на примере аналитического расчета однокоординатных систем ручного управления с использованием специально разработанной адаптивной модели 40. Указанная модель включает в себя следующие основные элементы: I) оптимальность по быстродействию мысленно вырабатываемых оператором законов управления; 2) физиологические ограничения оператора (чистое запаздывание, ограничения на все виды производных реализуемых им сигналов и т.д.); 3) параметрическую оптимизацию вырабатываемого закона управления. С помощью изложенного подхода были определены характеристики качества ручного управления однокоординатными безынерционными машинами позиционного у= кос. и астатического

04X$N, /V - ограничение на величину перемещения задающей рукоятки) типов. Полученные выражения То (к) , ФМ - для позиционной системы и То(%) , Ф(£) - для скоростной системы показали достаточно хорошее качественное совпадение с аналогичными экспериментальными кривыми. Дальнейшее их использование в задаче синтеза связано с подстановкой данных зависимостей в комплексный критерий (I) и его оптимизацией по параметрам к либо /

При практическом осуществлении данной процедуры сшгееза, однако, существует проблема, связанная с необходимостью нормирования компонент вектора критериев в свертка (I), которая при этом принимает следующий вид

В работе для обоснования выбора величин нормирующих множителей

~Н у"

Jt , J2 предлагается два подхода. Во-первых, показывается, что

г J-fz)

min Qi(x) > min Z AL , (6)

xe.X xeX t*/ Ji

где Ji = % (z) . Отсюда следует целесообразность нормирования компонент критерия (6) максимально возможными значениями частных критериев.

С другой стороны, естественным является требование соответствующего влияния изменения весовых коэффициентов в (5) на результаты оптимизации. В связи с этим изучена возможность изменения уровня этого влияния посредством выбора определенных величин нормирующих множителей. Для критерия (5) получено условие, связывающее чувствительности каждого из частных критериев к соответствующему весовому коэффициенту и другие параметры свертки (5):

М

дЛ2

Л/ J/ Ь J/ Хо ^г 3" д

(7)

ССо .

Условие (7) совместно с результатом (6) может быть использовано для обоснованного выбора величин нормирующих множителей свертки (5), которая далее используется при определении оптимального значения коэффициента передачи манипулятора. Получено также аналогичное условие для случая числа критериев качества более двух.

Подобный подход, однако, но является универсальным, поскольку приводит к фиксированное™ параметров манипулятора, а, следовательно, и характеристик качества СОМ: точности и быстродействия. В то яе время требования выполняемых производственных операций манипулирования говорят о необходимости варьирования • указанных показателей. Этим требованиям в значительной степени удовлетворяет другое техническое решение, заключающееся б том, что настройка оптимального ::сзф£::цнента передачи манипулятора-может производиться оператипно непосредственно з процессе управления машиной.

В связи с этим з пятой глазе излагаются основы нового способа управления дистанционными манипулятора;^, основанного на данном прэдломении. Отметим, что методология этого способа, как и наиболее укрупненная его структурная рзализация, совпадают с

методологией КПУ нестационарными объектами*', в связи с чем далее используется упомянутое название. Оно точно отражает то обстоятельство, что в рассматриваемом способе к традиционным каналам координатного управления добавляются каналы параметрического воздействия на объект управления. Однако, реализация данного подхода для рассматриваемого класса систем отличается существенными особенностями, не говоря уже о специфике используемых алгоритмов управления.

Дается классификация систем.КПУ дистанционными манипуляторами. Отмечается, что в большинстве сделанных разработок введение параметрического сигнала осуществляется с помощью специального задатчика, размещенного на рукоятке управления. Для этого рукоятка снабжается, например, устройством измерения силы ее сжатия, которое выдает сигнал, непосредственно преобразуемый в коэффициент передачи системы. Кроме того, параметрический сигнал может быть, введен и без специального задатчика - с помощью соответствующим образом сконструированной рукоятки управления.

Наконец, весьма существенный вопрос заключается в том, в каком месте системы реализуется вырабатываемый оператором параметрический сигнал. Дело заключается в том, что коэффициент передачи МР к образуется мультипликативным образом из коэффициентов передачи его механической кн и электрической (устройство управления) ку частей: к= км~к9 , (8). '

В то же время механическая часть МР состоит из его задающего и исполнительного устройств. Изменение коэффициента может быть произведено как на этих двух устройствах, так и в устройстве управления, что приводит к двум принципиально различным реализациям метода КПУ.

Поэтому здесь вначале рассматривается более подробно реализация метода при оперативной настройке оператором коэффициента ку . Приводится в качестве примера блок-схема плоской системы подобного типа (рис.8). Здесь управление осуществляется от задающего устройства I формированием вектора управляющих координатных воздействий (, ^'которые далее поступают в уп-

Петров Б.Н., Рутковский В.Ю., Земляков С.Д. Адаптивное коор-динатно-параметрическое, управление нестационарными объекта-' ми. М., Наука.- 1980.- 243с.

равляющее устройство 2, а также параметрического сигнала Ш

Рис.5

Устройство 2 в общем-случае включает в свой состав субблок 2.1, реализующий алгоритм КПУ, и субблок 2.2, осуществляющий обычные функции пересчета координат. Алгоритмы, используемые в субблоке 2.1, для позиционной системы по каналам, реализующим ■ транспортировочные движения, получены из следующих соображений. Вводится в рассмотрение соотношение, связывающее между собой векторы перемещений на задающем и исполнительном устройстве

У = Н(1)7, ' (9)

где X и У - П - мерные векторы, а кШ - /7*/г диагональная матрица с переменными коэффициентами. Также учитывается требование обеспечения мнемоничности управления, записывающееся виде векторного уравнения

с/У = с(с/Х, (10)

где с( - /?*/гдиагональная матрица с постоянными, равными и положительными коэффициентами. Совместное рассмотрение выражений (9), (10) в виде системы дифференциальных уравнений

У = НХ +ХК , 0 = (п)

позволило впервые осуществить синтез алгоритмов КПУ двух типов. Первый из них осуществляет свертку координатного и параметрического сигналов в один алгоритм, например, следующим образом (в скалярной форме)

</= Г*. ха)ка)<11. ) <*-№

о

Для этого выражения из условия его инвариантности относительно величины получено её значение с(- Итак . Кроме того, предложена другая, упрощенная форма алгоритма КПУ данного типа

(12)

Другой тип "полученных алгоритмов связан с определением значения параметрического воздействия 'при известном характере координатного воздействия,¿например, в виде

где С - постоянная интегрирования. Упрощенная форма этого алгоритма К- е(\х(1)\ в совокупности с выражением (12) позволила получить новый алгоритм

также обеспечивающий автоматическое вычисление параметрического сигнала, что, очевидно, разгружает 40 от осуществления управления по дополнительному (параметрическому) каналу.

Далее описывается методика и результаты экспериментального исследования, призванного выявить эффективность КПУ дистанционными манипуляторами. Как и предыдущие,- оно осуществлялось методом полунатурного моделирования при моделировании сбороч-но-транспортировочной операции (схема Л 0$ , оценка /ц по классификации главы I).

Результаты эксперимента показали значительное улучшение качества СОМ с использованием управления позиционно-параметри-ческого типа ( 0.1к(¿) ^,0 ) по сравнению с позиционной системой (/"=/) при уменьшении допуска на точность.

- 23 -

Этот вывод подтвердили испытания созданного устройства КПУ в комплекте с ПР типа "ИТЭКАР" на электроприводе. Акты испытаний показывают, что использование алгоритма (12) позволило повысить точность позиционирования при постоянном времени выполнения операции (схема Ог , оценка Л^ ) более, чем в 10 раз. Здесь кроме разработок нескольких систем управления спецманипуляторами следует отметить создание систем обучения ПР позиционного и контурного типов. В сделанных разработках рукоятка управления связана с устройством КПУ, которое перемещается микродвижениями задающего устройства, что приводит к уменьшению его габаритов, рабочего объема и утомляемости работающего с ним 40.

Другой путь КПУ подробно рассматривается в шестой главе. При этом наиболее целесообразный вариант его реализации связан с изменением геометрических размеров ИО манипулятора, например, для разомкнутой руки путем выполнения ее звеньев с переменными длинами. Тогда отработка параметрических воздействий производится специальными следящими приводами.

Такой путь, очевидно, связан с усложнением конструкции руки MP, но он является единственно возможным путем настройки параметров системы, например, для копирующего манипулятора. При этом достигаемый эффект заключается не только в осуществлении оптимальной настройки масштабного коэффициента манипулятора, но и в существенном расширении его кинематических возможностей вследствие увеличения маневренности. В связи с этим далее разбираются кинематические возможности подобных манипуляторов. Проведен анализ решаемых с помощью одного подобного ИО следующих задач манипулирования:

- максимизация обслуживаемого объема манипулятора;

- максимизация коэффициента сервиса определенной точки обслуживаемого объема;

- максимизация среднего, коэффициента сервиса;

- минимизация объема мертвых зон манипулятора.

Показано, что оптимизация метрических размеров руки для решения каждой из перечисленных задач сопровождается определенны:.! ухудшением мнемсничносги управления, которая, впрочем, может бцть восстановлена при возврате к первоначальной кинематике манипулятора.

Принципиальны.! моментом з изложенном вьгле подходе к КПУ

плоским дистанционным манипулятором типа ВПВП является необходимость наличия в структуре его механической руки дополнительных, "лишних" степеней подвижности. Это обстоятельство позволяет обобщить использованный выше подход, состоящий в разделении всего множества управляемых шарниров руки на подмножества "координатных" и "параметрических" и на другие схемы ИО манипуляторов с кинематической избыточностью. Результатом такой декомпозиции является уменьшение уровня избыточности внутри каждого из этих подмножеств и, соответственно, уменьшение размерности решаемой в каждом случае задачи поиска управления №. При этом обсуждается две возможности реализации КПУ:

1) одновременное управление всеми группами шарниров;

2) управление только одной группой шарниров, например, "координатных" при "замораживании" значений "параметрических" обобщенных координат, при этом уменьшается количество производимых вычислений, следовательно увеличивается их скорость, а также надежность и точность манипуляционной системы. В основу описываемой наиболее подробно реализации рассматриваемого метода положены следующие предпосылки:

а) разделение управляемых шарниров на координатные и параметрические осуществляется т.о., чтобы в группу координатных шарниров входило такое их количество, при котором обратная задача кинематики имеет единственное решение (не считая альтернативных вариантов сборки механизма), т.е. 3 - для пространственной и 2 - для плоской руки в том случае, когда не задана ориентация их концевых звеньев;

б) значения обобщенных координат "параметрических" шарниров "замораживаются" на время выполнения элементарного двигательного акта;

в) при выборе работающих троек (пар) шарниров механической руки для первоначального уменьшения количества возможных вариантов решения принято использование в этом качестве только наборов соседних работающих шарниров;

г) дальнейший окончательный выбор работающей группы шарниров производится из имеющихся вариантов с введением соот- . ветствующего критерия оптимальности (в. частности, времени позиционирования или работы приводов манипулятора против масс звеньев).

- 25 -

Анализ результатов расчетов по данной процедуре на ЦВМ позволил разработать достаточно простые алгоритмы управления рассматриваемым типом манипуляторов без использования громоздких вычислений. Указанные алгоритмы носят эвристический характер и отличаются существенным быстродействием. В их основу положен анализ геометрических характеристик кинематически определенного манипулятора. Наиболее существенной чертой метода, в отличие от большинства известных, следует считать его независимость от количества и ориентации кинематических пар У класса в структуре механической руки.

Показана реализация метода для пространственных схем манипуляторов с избыточностью.

Наконец, впервые рассмотрены вопросы управления манипуляторами на основе замкнутых механизмов с кинематической избыточностью. Проведен анализ их структуры на примере механизмов П класса и кинематических возможностей. Результатом такого рассмотрения явилась разработка устройства класса-автооператоров для реализации сложных плоских кривых. При его использовании для воспроизведения орнаментов на плоскости оно от аналогичных устройств отличается достаточной простотой, надежностью, разнообразием реализуемых траекторий и несложной переналадкой механизма.

Наконец, в седьмой главе решается задача оптимального синтеза системы следящего привода дистанционного манипулятора. Ее постановка непосредственно вытекает из результатов исследования влияния динамики машин на качество процесса ручного управления (гА.4) и введения системы динамических критериев оптимальности (4).

Эти критерии используются в связи с тем, что составленная линейная модель системы привода по одной координате дву-звенной плоской руки (рис.2) сводится к уравнению типа (2), в котором постоянные Т и £ выражаются через параметры системы привода следующим образом: .

г А* 7С ь з

V Сгк,скъ • 2 V Зск,с к 1 '

.где <!аа - активное сопротивление цепи якоря приводного двигателя соответствующей степени подвижности; Г, и Сг - коэффи-

циенты противоэ.д.с. и крутящего момента соответственно; кщ -коэффициент усиления прямой цепи привода; к3 - коэффициент усиления цепи обратной связи; 7С - приведенный к валу двигателя момент инерции подвижных частей системы, включая ИО. Введем два критерия оптимальности системы

Jf = Тг~ min , J* ~ (i - yfmin f

и для решения данной двухкритериальной_задачи воспользуемся, как и раньше, сверткой (5), обозначив с^/ = А/ /J™ и 0(2 - Х2/• Тогда, оптимальное значение, например, коэффициента усиления сигнала обратной связи к3 становится функцией момента инерции , который для системы привода плеча является переменной величиной. В этом случае для оптимизации динамических свойств системы привода необходимо при установке оптимального'значения коэффициента к3 руководствоваться величиной момента инерции руки или, что то же самое, значениями обобщенных координат, определяющих ее геометрию. Полученное решение приводит к стабилизации динамики,системы на некотором оптимальном уровне. Другими словами, предложенная методика обеспечивает своеобразную компенсацию динамических, свойств механизма манипулятора за счет работы системы регулирования следящего привода.

Данные предложения реализованы для системы следящего привода плоской двухкоординатной руки (рис.2). В этой система наряду с координатным регулированием по каналам и Уг предусмотрено изменение параметра к} в цепи сигнала по величине координаты . Очевидно, что подобный принцип регулирования правильно будет называть координатно-пдрамотричесгаш. Произведено моделирование на ЦВП динамики рассмотренной системы регулирования с переменными параметрам:! с учетом уравнений привода (2). Показано, что по сравнений с динамикой обычной системы координатного привода эдось происходит улучшение характера протекания переходных процессов, приводящею, в частности, к их ускорении на 10—3055. • .

ОСНОВНЫЕ'РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОШ

Разработаны основы теории построения ыохаииЕ^ов и с::стс-! управления дистанционных манипуляторов, обеспечивасщей суща-

- 27 -

ственное повышение показателей качества работы СОМ, а также методы и средства измерения этих показателей.

1. На основе анализа состояния проблемы ручного управления манипуляторами выделены наиболее актуальные, подлежащие .решению основные научные задачи.

2. Разработаны методы количественного анализа качества

СОМ:

а) предложены методы и средства оценки качества таких систем по критериям точности и быстродействия при решении задач позиционного и контурного типа с использованием испытательных стендов с обработкой измерительной информации на микроЭШ;

б) развиты методики диагностики ПР по результатам испытаний.

3. С целью повышения функциональных характеристик манипуляторов предложены новые принципы построения их пространственных ИО на основе плоских замкнутых кинематических цепей:

а) путем решения модельных задач произведено сравнение точности и быстродействия ИО манипуляторов на основе разомкнутых и замкнутых кинематических цепей и показано преимущество в ряде случаев последних;

б) синтезировали новые перспектив!ше кинематические схемы ИО машшулятороз на осново замкнутых механизмов П, Ы, 1У классов;

в) показана связь точностных показателей плоских замкнутых кинематических цепей манипуляторов с их характеристиками обслуживания ( коэффициент сервиса, объем зоны обслуживания); .

г) исследована сравнительная динамика механизмов I и П классов;

д) предложен ноеыЯ подход к построению захватных устройств роботов-манипуляторов на основе МВД и разработаны новые методн их расчета.

4. Предложен рлд иопгс подходоз к исследованию СОМ, на-прзплешйзе на повышение качества их работы: .

а) экспериментально исследована чувствительность критериев качества СОМ к изменению параметров машины, показана наибольшая чувствительность критериев качества - точности и бцстродеПствия - к изменению коэффициента передачи манипулятора ;

б) поставлена задача параметрической оптимизации манипулято-

- 28 -

ра, эксперментально показана возможность и целесообразность ее решения, обеспечивающего оптимальное согласование человека с машиной в системе ручного управления;

в) разработана адаптивная модель 40 и методика расчета с ее помощью основных типов однокоординатных систем ручного управления безынерционными машинами;

г) исследованы вопросы свертывания векторного критерия качества системы в скалярный при принятии решений по выбору оптимального коэффициента передачи манипулятора, предложен ряд подходов к обоснованному выбору нормирующих множителей в линейной свертке векторного критерия оптимальности;

5. Предложен новый способ управления дистанционными манипуляторами, основанный на оперативном изменении оператором

параметров манипулятора:

а) впервые дана классификация новых систем КПУ манипуляторами;

б) сформулированы два возможных пути реализации КПУ манипуляторами: при параметрических воздействиях, на механических устройствах и в устройстве управления манипулятора;

в) синтезированы и исследованы алгоритмы управления манипуляторами, обеспечивающие при достаточно простой структуре системы управления непрерывный переход от режимов максимальной точности к режимам максимального быстродействия, определяемого мощностными возможностями приводов манипулятора ;

г) в полунатурных и натурных исследованиях экспериментально показана эффективность алгоритмов управления;

д) метод КПУ распространен на задачи управления манипуляторами с кинематической избыточностью, в результате чего получены алгоритмы, обеспечивающие управление в реальном времени, в том числе пространственными манипуляторами; также впервые рассмотрены'вопросы управления замкнутыми ¡.гакипуляторами с кинематической избыточностью;

6. Разработан метод параметрического синтеза оптимальных следящих приводов дистанционных манипуляторов:

а) предложена методика синтеза оптимальных параметров систем следящего привода дистанционного манипулятора на основе решения двухкритериальной задачи параметрической оптимизации

- 29 -

б) в результате решения задачи синтеза получена зависимость между моментом инерции системы и оптимальной величиной коэффициента усиления цепи обратной связи системы следящего привода и предложена блок-схема системы коор-• динатно-параметрического регулирования для реализации найденной зависимости, в результате моделирования на ЦВМ показана ее эффективность.

7. Разработан ряд новых конструкций исполнительных механизмов и систем управления МР, а также средств для их испытаний, защищенных авторскими свидетельствами, шесть из которых патентуется за рубежом. Внедрение этих устройств существенно повышает технический уровень современных МР, дает большой социальный эффект за счет облегчения труда 40. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения созданных устройств составляет более 800 тыс.руб. в год.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕ!® ДИССЕРТАЦИИ

1. Слуцкий Л.И. О критериях качества ручного управления манипулятором // Машиноведение.- 1972.- №2.- с.28-33.

2. Кожинская Л.И.Слуцкий Л.И. Роль способа свертывания в векторной оптимизации // Автоматика и телемеханика.г 1973.- №3.- с.167-170,.

3. Слуцкий Л.И. Комплексная оценка качества манипуля-ционных систем и оптимальное проектирование их параметров // У1 Всесоюз.симпоз.по теории и принципам устройства роботов и манипуляторов: Тез.докл., секция Ш.- Тольятти, 1976.-с.62-65.

4. Слуцкий Л.И. К оптимальному синтезу параметров машин, управляемых человеком // Тр.Казахского филиала семинара по теории машин и механизмов.- 1977,- Вып.2.- с.196-205.

5. Слуцкий Л.И. Оперативная коррекция при управлении манипулятором по скорости // Робототехника. Системы управления и очувствления: Тез.1 Межвуз.конф.- Каунас, 1977.-с.36-40.

6. Джолдасбеков У.А., Казыханов Х.Р., Слуцкий Л.И. Условия существования кривошипов в механизме 1У класса с дву-!*я ведущими звеньями // Тр.Казахского филиала семинара по теории машин и механизмов.- Алма-Ата, 1977.- Вып.2,- с.З-П.

7. Джолдасбеков У.А.,. Слуцкий Л.И. Алгоритмы решения

-30-

задачи о существовании двухкривошипного механизма // Изв. АН КазССР, серия физико-математическая.- 1978,- №3.- с.5- 8.

8. Слуцкий Л.И. Основные принципы оценки эффективности манипуляторных систем // Тез.докл.Всесоюз.совещ.по ро-бототехническим системам.- М., 1978.- с.229.

9. Дколдасбеков У.А., Слуцкий Л.И. Средства реализации координатно-параметрического управления в системах оператор-манипулятор // Прикладная механика. Применение математических методов в естествознании,- Алма-Ата, 1979,-с.76-86.

10. Слуцкий Л.И. Управление с самонастройкой в системах человек-машина // Механика машин.- М., 1979.- Вып.55,-с.97-100.

11. Дколдасбеков У.А., Слуцкий Л.И. Роботы и манипуляторы. Основы теории управления машинами (методическое пособие по спецкурсу). Алма-Ата: КаэГУ, 1979,- 60 с.

12. Слуцкий Л.И. Методы квалиметрии робототехнических систем // Тр.Казахского филиала семинара по теории машин и механизмов.- 1980,- Вып.З,- с.65-73.

13. Слуцкий Л.И. Разработка роботов и манипуляторов для применения в машиностроении,- Алма-Ата: КазНИИНТИ, 1981т 17 с.

14. Слуцкий Л.И., Сафонцев Е.А. Витюкова Г.А. Методика динамического синтеза дистанционного манипулятора на основе экспериментального исследования процесса управления

// Анализ и синтез механизмов.- Алма-Ата, 1982.- с.31-37. .

15. Дколдасбеков У.А., Слуцкий Л.И., Ким А.В. К построению движений многозвенных исполнительных органов манипуляторов // Анализ и синтез механизмов.-Алма-Ата, 1982,-с.26-31.

16. Слуцкий Л.И. Основы построения систем координатно-параметрического управления ыанипуляционныки роботами // Резюме докл.мекдунар.конф. Р0ЕК0Н-2,- Варна, 1983,-

с.17-18.

17. Слуцкий Л.И., Сафонцев Е.И. К влиянию динамики манипулятора на качество дистанционного управления }) Теория, автоматического управления и робототехнические системы.- Ы., 1983.- с.37-41.

18. Дколдасбеков У.А., Слуцкий Л.И., Сафонцев Е.А. Ко-

ординатно-параметрическое управление манипуляционными роботами // Машиностроение (Москва-Будапешт).- 1984,- Вып.2,- с.65-69.'

19. Джолдасбеков У.А., Слуцкий Л.И. и др. Координатно-па-раметрическое управление манипуляторами с кинематической избыточностью /! Тр.Казахского филиала семинара по теории машин и механизмов.- Алма-Ата, 1984,- с.114-121.

20. Слуцкий Л.И. Точность позиционирования промышленных роботов в связи с задача)® диагностики // Проблемы создания ГАП для различных отраслей машиностроения: Материалы семинара.- Н., 1985.- C.II0-II6.

21. Слуцкий Л.И. Разработка структур систем управления дистанционных манипуляционных роботов // Проблемы механики управляемого движения: нелинейные динамические системы.- Пермь, 1985.-с.132-136.

22. Бижанов А.Х., Слуцкий Л.И. Стендовые испытания в системе методов квалиметрии робототехнических систем // Машиностроение (Москва-Будапешт).- 1985.- №4,- с.66-70.

23. Слуцкий Л.И. Манипуляторы на основе замкнутых кинематических цепей // Шестой всесоюз.съезд по теоретической и приклад-, ной механике: Аннотации докл.- Ташкент, 1986.- с.572.

24. Дяолдасбеков У.А., Слуцкий Л.И., Калинич С.С. Исследование качества ручного управления машинами на основе оптимальной модели человека-оператора // Тр.УШ Республ.науч.конф. по математике и механике: Сб.науч.статей.- Алма-Ата, 1986,- с.8-13.

25. Дяолдасбеков У.А., Слуцкий Л.И. и др. Особенности кинематики манипуляторов на основе плоских замкнутых механизмов

// Изв.ВУЗов. Сер.Машиностроение.- 1987.- №3.- с.45-49.

26. Слуцкий Л.И., Салимбаев A.A. К решению задач кинематики и статики манипуляторов большой грузоподъемности // Теория механизмов и машин.- Харьков, 1988.- Вып.45,- с.18-21.

27. Слуцкий Л.И. Вопросы структуры манипуляторов на основе плоских замкнутых механизмов П Теория механизмов и машин.-Харьков, 1989.- Вып.48.- с.27-32.

28. Дяолдасбеков У.А., Слуцкий Л.И., Измамбетов М.Б. Исследование характеристик обслуживания плоских замкнутых механизмов манипуляторов П Рычатлые механизмы и манипуляционные устройства.- Алма-Ата, 1989.- с.48-52.

29. Слуцкий Л.И. Проблемы и решения в современной робототехнике.- Алма-Ата, НазНИИНТИ, 1990.- 34 с.

- 32 -

30. Djoldasbekov U.jv. ,ijlu.tskii L.I. On optimal cooTainatiou of man and machine in the biotechnical control system // Abstracts of Vll-th Internat. сопьгеза of biomechanics.- Warsaw,1979'.T p.84-85.

31. Djoldasbekov U.A. ,fc>lutskii L.I. Hozserzenie mozliwosci funkcjonalnych manipulatorow zdalnie sterowanych // Prze^lad me-chaniczny.- 1981.- No 1.- s.17-19.

32. Djoldasbekov U.A.,Slutskii L.I. Manipulators with variable link lengths: kinematics and possibilities // Mechanism and Machine Theory.- 1933.-v.18.-No 4.-p.271-274.

33. ]J;joldasbekov U.A. .Slutskii L.I..Baibunchekov J. J. Manipulation Devices Based on Hi^h-Class Mechanisms // Theory and tract. Hob. and Kunipul.Proc. HoMuniiy*84.5th СISM-IPIoMU Symp,, Udine,2b-29,June,1984.- London,Paris,1985.-p.313-519.

34. A.c.561656 СССР, МКИ B25 j 3/04. Манипулятор/ Л.И.Слуцкий (СССР).- 4c.: ил.

35. А.с.560113 СССР» МКИ В25j 11/00. Стенд для оценки качества манипуляторных систем/ Д.И.Слуцкий (СССР).- 2с.: ил.

36. А.с.582090 СССР, МКИ B25j 13/00, 605 в 11/01. Система управления дистанционным манипулятором/ Л.И.Слуцкий (СССР) Зс.: ил.

37. А.с.643321 СССР, МКИ В25/ 11/00. Стенд-тренажер для оценки качества манипуляторных систем/ Л.И.Слуцкий (СССР).-Зс.:кл.

38. А.с.814718 СССР, МКИ В25] 3/00. Исполнительный орган манипулятора/ У.А.Джолдасбеков, Л.И.Слуцкий и др. (СССР).-Зс.:ил.

' 39. А.с.1079430 СССР, МКИ В25j 15/06. Схват промышленного робота/ У.А.Джолдасбеков, Л.И.Слуцкий и др. (СССР).- Зс.: ил.

40. А.с.1081919 СССР, 1Ш В25j 3/00. Исполнительный механизм робота-манипулятора/ У.А.Джолдасбеков, Л.И.Слуцкий и др. (СССР, НРБ)'.- 4с.: ил.

41. А.сЛ168894 СССР, МКИ G05 в 11/01. Устройство для управг ления манипулятором/ Л.И.Слуцкий, Е.А.Сафонцев, С.С.Калинич (СССР).- Зс.: ил.

42. А.с.1229028 СССР, МКИ'В25 j 3/00. Задающее устройство

для исполнительного органа манипулятора/ Л.И.Слуцкий (СССРЬ2с.: ил.

43. А.с.1281401 СССР, МКИ B25J 9/00. Промышленный робот /У.А.Джолдасбеков, Л.И.Слуцкий, С.Х.Джумадулаев (СССР).-Зс. :ил..

44. А.с.1341017 СССР,'МКИ В25 j 1Г/00. Манипулятор/ У.А.Джолдасбеков, Л.И.Слуцкий и др. (СССР).- 4с.: ил.