автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.05, диссертация на тему:Синтез движений технологических роботов для операций с движущимися объектами на основе метода компьютерной алгебры

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Московский государственный технологический университет "Станкин"

РГ6 од

2 3 ИЮН 1997 На правах рукописи

УДК 621.865.8-5:861.3.068(043.3) Ермолов Иван Леонидович

СИНТЕЗ ДВИЖЕНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РОБОТОВ ДЛЯ ОПЕРАЦИЙ С ДВИЖУЩИМИСЯ ОБЪЕКТАМИ НА ОСНОВЕ МЕТОДА КОМПЬЮТЕРНОЙ АЛГЕБРЫ

Специальность 05.02.05 - Роботы, манипуляторы и робототехнические системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997

Работа выполнена на кафедре Робототехники и Мехатроники Московского государственного технологического университета "Станкин".

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Подураев Ю.В.

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

- доктор технических наук, профессор Корендясев А.И.

- кандидат технических наук, доцент Малышев А.Б.

- НПО ЭНИМС

Защита состоится 1997 г. в ^ "

на заседании диссертационного совета при Московском государственном технологическом университете "Станкин" по адресу: 101472, Москва, Вадковский пер., д. 3-а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан ^^ ¿¿¿¿£¿¿1- 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Лукинов А.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время важнейшим направлением развития промышленной робототехники является создание и эффективное применение технологических роботов, выполняющих операции в качестве основного технологического оборудования.

Актуальным является проведение роботизации технологических процессов, связанных с обработкой движущихся объектов. Такая обработка возможна на операциях механообработки, различных видов сварки, сборки, покраски и других. Выполнение операций с движущимимся объектами значительно повышает производительность технологических комплексов и повышает синхронизированность производства.

Однако до настоящего времени роботизация операций с движущимися объектами проводилась крайне редко. Это было вызвано трудностью обеспечения заданного качества выполнения технологической операции (точности и производительности), сложностью программирования промышленных' роботов, выполняющих эти операции и проблемой, вызванной самим устройством промышленных роботов, кинематические, динамические и упругие характеристики которых в процессе движения значительно изменяются.

Требовалось появление нового инструмента, позволяющего решить эти задачи. Применявшиеся ранее методы проведения расчетов на ЭВМ (преимущественно численные методы) не давали требуемой гибкости и удобства в обращении.

В последнее время в вычислительной технике стал активно использоваться метод компьютерной алгебры, явивший собой развитие метода аналитических вычислений. Динамично развивающаяся аппаратная база ПЭВМ сделала метод компьютерной алгебры достаточно быстродействующим, простым в использовании и обучении. Метод компьютерной алгебры позволяет исследователю решать сложные математические задачи с помощью ЭВМ в аналитическом виде, обеспечивая высокую надежность и достоверность получаемого результата.

В данной работе разработана и практически реализована методика синтеза технологических движений промышленных роботов для операций с движущимися объектами на основе применения метода компьютерной алгебры.

Цель исследования: повышение точности и производительности выполнения роботизированных технологических операций с движущимися объектами за счет более полного использования функциональных возможностей технологических роботов путем оптимизации движений технологических роботов на этапах планирования, программирования и управления.

Поставленная цель исследования достигается путем проведения целенаправленного синтеза движений технологических роботов для операций с движущимися объектами, который включает в себя следующие этапы:

1. Планирование технологических движений роботов с их оптимизацией.

2. Автоматизированное программирование системы управления.

3. Программное управление движением промышленного робота.

В диссертационной работе решаются следующие научно-технические задачи:

1. Анализ специфики технологических операций с движущимися объектами.

2. Разработка математических моделей манипуляторов на основе метода компьютерной алгебры для анализа и синтеза движений роботов,

3. Разработка методики планирования и программирования движений манипуляторов роботов на основе метода компьютерной алгебры, учитывающей комплекс их кинематических, динамических и упругостных характеристик.

4. Разработка алгоритма управления движением промышленным роботом с упругими сочленениями.

5. Разработка методики компьютерного планирования и программирования движений технологических роботов, работающих в вибрационных средах.

6. Проведение экспериментальных исследований по планированию и программированию движения робота РМ-01 на операции с движущимся объектом.

Настоящая диссертационная работа основывается на результатах, достигнутых в нашей стране научными коллективами, руководство которыми осуществляли Е.П. Попов, Г.С. Поспелов, Б.С. Балакшин, Ю.М. Соломенцев, Д.Е. Охоцимский, Ф.Л. Черноусько, Б.М. Базров, В.Л. Афонин, Л.Н. Кошкин, В.Г. Градецкий, Е.А. Девянин, А.И. Корендясев, B.C. Кулешов, П.Д. Кругько, НА Лакота, Ю.В. Подураев, A.C. Ющенко.

Значительные достижения в данной области робототехники имеют и иностранные ученые X. Асада, М. Вукобратович, X. Казеруни, Д.Е. Уитни и целый ряд других.

Исследование эффективности предложенных алгоритмов синтеза технологических движений осуществлено с помощью экспериментального комплекса, созданного на базе промышленного робота РМ-01 в лаборатории кафедры робототехники и мехатроники Московского государственного технологического университета "СТАНКИН" при содействии кафедр информационно-измерительных систем и технологии машиностроения.

Научная новизна

1. Построены математические модели манипуляторов на основе метода компьютерной алгебры, которые учитывают комплекс их кинематических, динамических и жесткостных характеристик. Полученные модели обеспечивают высокую надежность и достоверность полученного результата и отличаются эффективностью использования для анализа и синтеза движения многозвенных технологических роботов с повышенными требованиями точности и производительности.

2. Разработана методика планирования и программирования движений манипуляционных роботов на операциях с движущимися объектами. Методика практически реализована с учетом специфики серийных образцов промышленных роботов.

3. Предложены алгоритмы программного управления движением манипуляторов с упругими сочленениями, а также роботов, работающих в вибрационных средах, которые обеспечивают повышение точности выполнения роботизированных технологических операций.

Практическая полезность

В результате проведенных исследований получены методики, которые положены в основу анализа и синтеза движений технологических роботов при операциях с движущимися объектами. Выработаны рекомендации по практическому использованию этих методик. Методика синтеза движений позволяет повысить качество выполнения технологических операций на серийных моделях ПР. Разработана система программирования движений ПР, исключающая возникновение резонансных явлений под действием внешних вибрационных колебаний. Полученные рекомендации по программно-аппаратной реализации системы управления движением ПР с упругими сочленениями предназначены для использования при

создании новых или модификации имеющихся систем управления ПР.

Внедрение результатов работы. Основные результаты диссертационной работы внедрены в НПО "ТАРИС", занимающимся проектированием и изготовлением мобильных роботов и используются при разработке манипуляторов мобильных роботов и для программирования движений роботов. Результаты работы использованы при постановке учебных курсов, при дипломном проектировании, и подготовке магистерских диссертаций студентами специальности 2103 "Роботы и робототехнические системы" и 0718 "Мехатроника" в Московском государственном технологическом университете "СТАНКИН".

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной конференции "Новые материалы и технологии", Москва, МАТИ.1994; XIII Всероссийской молодежной научной конференции "Гагаринские чтения", Москва, MATH, 1997; 1-м совещании участников научно-информационной сети AMETMAS-NOE, Патры, Греция, 1997; на научно-технических семинарах кафедры робототехники и мехатроники МГТУ "СТАНКИН" (1995-1997 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ. Структура и объем работы

Диссертация изложена на 130 страницах машинописного текста и включает в себя введение, шесть глав с краткими выводами, заключение, список литературы из 107 названий и приложение с описанием разработанных программ и актом о внедрении результатов работы. Работа содержит 26 рисунков, 12 таблиц и 7 страниц приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении указывается сущность рассматриваемой проблемы, указаны используемые методы исследования, и практическая значимость результатов работы.

В первой главе проводится технологическое обоснование применения технологических роботов для операций с движущимися объектами.

б

Промышленные роботы, участвуя в технологическом процессе, выполняют технологическое и транспортное движения. Характером взаимоотношений между этими движениями определяют использование роботов в составе технологических машин различных классов. Наиболее эффективным является применение роботов в составе технологических машин, в которых технологические и транспортные движения независимы. Примером применения роботов в составе таких машин является выполнение операций с движущимся объектом.

Технологическая школа МГТУ "СТАНКИН" определила эффективность такого применения роботов, заключающуюся в:

• повышении синхронизированности производства;

• повышении производительности технологических комплексов;

• эффективности от единичного внедрения роботов;

• нахождении новых областей применения роботов;

• возможности обработки деталей больших габаритов.

Применение роботов для выполнения операций с движущимися объектами является новым направлением в робототехнике. Отдельные разработки такого применения роботов велись различными фирмами и исследовательскими центрами (проекты OSIRIS. SHARP). При этом на начальном этапе исследования велись в области обеспечения совместной работы робота с различным вспомогательным технологическим оборудованием типа поворотного стола или подвижной платформы. Основная часть разработок велась в области создания систем моделирования и программирования роботов, работающих в таком режиме

Проведенное исследование особенностей технологической среды и самих роботов, как технологического оборудования, при выполнении операций с движущимися объектами выявило следующие проблемы такого применения роботов:

• увеличение динамических нагрузок на звенья и сочленения манипулятора;

• ухудшение точности обработки по сравнению со статическим режимом;

• сложность планирования траектории и программирования робота;

• влияние вибраций на качество функционирования робота;

• необходимости обеспечения безопасности работы комплекса.

Данные проблемы и определили основные научно-технические задачи, решенные в диссертации.

Вторая глава посвящена методу компьютерной алгебры как инструментальному средству, используемому для решения задач синтеза движений роботов, работающих с движущимися объектами.

Суть метода компьютерной алгебры заключается в осуществлении вычислений и представлении результатов в аналитической (символьной) форме. (Метод компьютерной алгебры иногда называется системой символьных вычислений.)

Основными преимуществами метода являются:

• возможность получения результатов вычислений в аналитической (символьной) форме;

• осуществление математических вычислений высокой сложности;

• получение результатов высокой достоверности, точности и валидности.

В работе приводится сравнительный анализ характеристик метода компьютерной алгебры и численных методов. Показывается, что метод компьютерной алгебры является более гибким, позволяет получать результаты вычислений в аналитическом и численном виде, ориентируется на решение сложных классов задач, обеспечивает более высокий порядок точности вычислений. Системы, реализующие метод, обладают универсальным математическим языком программирования, что делает метод легким в освоении для широкого круга пользователей. Недостаток метода, заключающийся в более высоких требованиях к аппаратному обеспечению, теряет свою актуальность в связи с бурным развитием вычислительной техники.

Проведено исследование эффективности применения метода для синтеза движений роботов при операциях с движущимися объектами. Метод наиболее эффективен при:

• анализ кинематических, динамических и упругостных характеристик манипуляторов в изменяющихся в процессе движения конфигурациях. При синтезе движений роботов, работающих с движущимися объектами, необходимо анализировать свойства манипулятора в различных конфигурациях. Для этого решаются системы дифференциальных и алгебраических уравнений высокой размерности;

• анализ свойств роботов, работающих с различной технологической оснасткой и объектами с переменными массо-габаритными характеристиками. Обладая развитым аппаратом проведения параметрического анализа, метод эффективно решает данный класс задач;

• исследования, требующие графического представления данных. Системы, реализующие метод компьютерной алгебры, обладают развитым графическим интерфейсом;

» исследования, требующие проведения интенсивных математических вычислений. Многие задачи синтеза движений роботов связаны с проведением большого числа вычислений. Особенно часто приходится обращаться к матричному исчислению. Метод компьютерной алгебры эффективно решает такие задачи;

• проведение дистанционных исследований свойств манипуляторов. Системы, реализующие метод, обладают формализованной формой вывода результатов вычислений. Это делает эффективным применение метода для дистанционного анализа свойств манипулятора с последующей передачей результатов исследований или текстов управляющих программ по коммуникационным сетям.

В работе в качестве системы, реализующей метод компьютерной алгебры использовался пакет MAPLE V R3, являющийся совместным продуктом Waterloo Maple Software и University of Waterloo.

Третья глава посвящена разработке методики планирования и программирования движений роботов на основе метода компьютерной алгебры, учитывающей комплекс кинематических, динамических и жесткостных характеристик манипуляторов.

Исследования показали, что свойства манипулятора в различных частях рабочей зоны различны, то есть рабочая зона манипуляторов не является гомогенной. Для повышения точности и производительности выполнения технологическим роботом операций с движущимся объектом предложено исследовать рабочую зону манипулятора на предмет выявления тех ее областей, где наиболее эффективно выполнять технологическую операцию с точки зрения вышеперечисленных критериев.

Для этого использован метод геометрического представления свойств манипуляторов. Суть метода заключается в приведении характеристик манипулятора робота к его концевому звену. Тогда характеристики манипулятора можно описать с помощью тензоров, инвариантных к выбранной системе координат.

1. Кинематический тензор: L = J(q)T ■ J(q) ,

где J(q) - матрица Якоби манипулятора;

2. Динамический тензор: 0 = J(qrT-I(q)-J(q)-',

где I(q) - матрица инерции манипулятора;

3. Тензор упругости:

с = J(q)T -c0-J(q),

где ca - диагональная матрица упругости сочленений манипулятора.

Геометрическим отображением данных тензоров являются соответственно кинематический эллипсоид, динамический эллипсоид и эллипсоид упругости. Главные оси этих эллипсоидов сонаправлены соответствующим экстремумам свойств манипуляторов.

В результате исследований определяются:

• направления движения, наиболее благоприятные с точки зрения выполнения технологической операции;

• неблагоприятные направления движения;

• допустимые (недопустимые) направления и траектории движения рабочего органа.

Как видно кз приведенных формул тензоров, они связаны с аппаратом матричного исчисления. Для их решения эффективно использовать метод компьютерной алгебры.

На базе этих двух методов был разработан алгоритм оптимизации технологического движения роботов на основе анализа его кинематических, динамических и жесткостных свойств в их взаимосвязи (рис. 1).

На первом шаге алгоритма проводится исследование рабочей зоны манипулятора. Для этого она разбивается на п оценочных точек, в каждой из которых решается обратная кинематическая задача определения положения звеньев по положению концевой точки манипулятора.

Далее в каждой оценочной точке вычисляются тензоры. Минимальное гарантированное значение контурной скорости манипулятора при единичных обобщенных скоростях звеньев вычисляется по формуле:

I =_1_,

(min(eigval(JT ■ J )))2

где eigval - операция извлечения собственных чисел матрицы, min - операция поиска минимального числа из массива. Максимальный момент инерции манипулятора в данной конфигурации вычисляется по формуле

Ф =__I__

(min(eigval(J ~т ■ / ■ J))) г

Минимальное гарантированное • значение жесткости манипулятора в данной конфигурации вычисляется по формуле: 1

С„. =

(max(eigvaI(JT ■ с0 ■ J)))'

Рис. 1. Алгоритм оптимизации траектории движения ПР на основе анализа его кинематических, динамических и жесткостных свойств

На следующем шаге алгоритма происходит генерация зон эффективности или допустимых зон. Для этого в зависимости от технологической постановки задачи находится точка рабочей зоны манипулятора, в которой наблюдается экстремум свойств манипулятора, или ищутся области рабочей зоны, в которых свойства манипулятора удовлетворяют заданным критериям.

Затем траектория движения манипулятора вписывается внутрь зон эффективности или допустимых зон. Это осуществляется аналитически с помощью специальной программы или графически с помощью карты свойств манипулятора.

На следующем этапе проводится генерация управляющей программы. Это осуществляется с помощью системы автоматического или автоматизированного программирования.

Выбирая зоны наиболее эффективного использования манипулятора становится возможным обеспечить его жесткость, точность и быстродействие, выбрав соответствующие траекторию и закон движения рабочего органа.

Четвертая глава посвящена вопросам синтеза движений роботов с податливыми сочленениями.

По причине упругости звеньев и сочленений манипуляторов под действием динамических нагрузок происходит упругое

деформирование звеньев и сочленений, приводящее к увеличению погрешности. Исследования показали, что при работе промышленных роботов в динамическом режиме 60-90% динамической погрешности вызвано упругими деформациями сочленений манипуляторов.

Для повышения точности выполнения операций при работе роботов с движущимися объектами разработан следующий алгоритм (рис. 2) генерации компенсации упругих деформаций сочленений для последующего их ввода в качестве уставочной величины.

Рис. 2. Структура алгоритма генерации компенсации упругих деформаций сочленений (обозначения приводятся ниже)

На первом шаге алгоритма происходит вычисление обобщенных скоростей и ускорений звеньев манипулятора по значениям обобщенных координат манипулятора в заданные моменты времени.

На следующем шаге определяются обобщенные силы, действующие на сочленения манипулятора. Вычисление проводится по формуле Эйлера - Лагранжа:

где чк- вектор обобщенных сил, с(дЛ) - символы Кристоффеля, вектор сил тяжести звеньев.

Далее вычисляются упругие деформации сочленений манипулятора по формуле:

Чс = (Со + Z'<i)~' - г,

где qc - вектор упругих деформаций сочленений, с0 - матрица жесткости сочленений, X - коэффициент, учитывающий потери на деформацию. Затем значения упругих деформаций передаются для введения в качестве уставочной величины для действия сил на упругие сочленения манипулятора.

Разработано два варианта реализации алгоритма:

• в режиме ON-LINE в составе системы управления робота;

• в режиме OFF-LINE в составе системы программирования робота.

Значительная часть вычислений алгоритма связана с аналитическим дифференцированием или операциями с матрицами, поэтому для его реализации использован метод компьютерной алгебры.

Пятая глава также связана с упругостью конструкции манипулятора и посвящена работе технологических роботов в вибрационных средах.

Технологические роботы подвержены действию технологических, внешних и внутренних вибраций. Источником внешних вибраций является прерывистый характер работы и погрешности изготовления конструкции сопряженного технологического оборудования.

В работе рассматривалось действие внешних вибрационных колебаний на манипулятор. Внешние вибрации передаются от источника колебаний манипулятору через точки сопряжения или через элементы архитектурных конструкций. Влияние вибраций на манипулятор заключается в:

• снижении точности;

• снижении быстродействия;

• увеличении динамических нагрузок;

• возникновении резонансных явлений.

При этом наиболее опасным является возникновение резонансных явлений, так как при этом не только происходит ухудшение качества выполнения технологической операции, но может наступить разрушение самого манипулятора и сопряженного технологического оборудования. Резонанс наступает при совпадении собственных частот колебаний манипулятора с частотами вибрационных колебаний. Собственные частоты манипулятора изменяются в различных конфигурациях

манипулятора. Для защиты манипулятора от возникновения резонанса разработан специальный алгоритм (рис.3).

На первом шаге алгоритма проводится определение спектра вибрационных частот.

Далее в каждой из оценочных точек рабочей зоны манипулятора вычисляется спектр собственных частот колебаний манипулятора.

Затем каждая оценочная точка проверяется на возможность возникновения в ней резонанса. Для этого частотный спектр собственных колебаний в данной конфигурации не должен совпадать с соответствующим интервалом, связанным со спектром вибрационных колебаний.

Исследование частотного спектра вибрационных колебаний

Рис.3. Алгоритм планирования движений роботов, работающих в вибрационном окружении {¿о,шГ>р - спектр вибрационных частот,

(¿¡) - спектр собственных частот в данной конфигурации,

Хдоп - области рабочей зоны, в которых не происходит

возникновения резонанса, к- целое число.)

Затем происходит вписывание траектории внутрь частей рабочей зоны, в которых не происходит возникновения резонансных явлений. И в заключение проводится программирование технологического движения робота.

Данный алгоритм может работать в двух режимах: режиме генерации новых траекторий и режиме проверки имеющихся траекторий на возможность возникновения резонанса. Программная реализация алгоритма требует использования метода компьютерной алгебры.

Шестая глава посвящена проведению экспериментальных исследований. Экспериментальные исследования проводились на кафедре робототехники и мехатроники МГТУ "СТАНКИН" при содействии кафедры информационно-измерительных систем и кафедры технологии машиностроения.

В ходе эксперимента исследовалась работа РТК, состоящего из двух роботов РМ-01 с системами управления СФЕРА-36. При этом один робот выполнял транспортную операцию переноса пластины, а другой - технологическую операцию сверления "движущейся пластины. Эксперимент выполнялся в следующем порядке.

На первом этапе было проведено исследование рабочей зоны манипулятора РиМА-560. При этом рабочая зона была разбита на 10ОО оценочных точек.

Далее в каждой из оценочных точек проводилось исследование жесткостных свойств манипулятора по методике, изложенной в главе 3.

Затем была проведена генерация зон эффективности и вписывание траектории внутрь этих зон. Данный этап выполнялся графическим методом путем составления карты жесткостных свойств манипулятора. При этом генерировались две траектории, одна из которых соответствовала более жесткой конфигурации манипулятора, а другая - менее жесткой.

На следующем этапе осуществлялась генерация управляющей программы и ее запись в систему управления робота. После этого проводилась сама операция сверления, 8 опытов в двух различных конфигурациях.

На заключительном этапе проводились измерения, обработка и оценка результатов. Для оценки качества выполнения технологической операции использовался критерий отклонения от круглости обработанного отверстия. Измерения проводились на кругломере типа КД, 2-го класса точности, модель 2906 производства завода "Калибр".

Результаты проведенных измерений и их обработки представлены в таблице.

Среднее арифметическое отклонения от крутости, мкм

Менее жесткая конфигурация Более жесткая конфигурация

145 60

Как следует из таблицы отклонение от круглости в более жесткой конфигурации в 2,5 раза уменьшились по сравнению с менее жесткой конфигурацией. Таким образом можно констатировать, что без внесения каких-либо изменений в конструкцию манипулятора или аппаратную часть системы управления робота удалось в 2,5 раза повысить качество выполнения технологической операции, что соответствует двум классам по ГОСТ.

Сделан вывод, что синтез движений ПР, выполняющего технологические операции с движущимися объектами, проводимый с максимизацией жесткостных свойств манипулятора, позволяет эффективно повысить качество выполнения технологической операции.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Выполненные исследования позволили решить актуальную научную проблему повышения точности и производительности выполнения роботизированных технологических операций с движущимися объектами.

Решение указанной задачи опирается на следующие научные и практические результаты диссертационной работы:

1. Выявлены технологические преимущества применения промышленных роботов для выполнения операций с движущимися объектами, которые заключаются в повышении синхронизированное™ производственных процессов, увеличении производительности робототехнологических комплексов, возможности обработки деталей больших габаритов и повышении эффективности внедрения роботов как основного технологического оборудования.

2. Проведен анализ технологических операций с движущимися объектами, исходя из особенностей технологической среды и роботов как технологического оборудования. Показано, что специфика, рассматриваемого класса операций заключается в

увеличении динамических нагрузок на звенья и сочленения манипулятора, ухудшении точности обработки по сравнению со статическим режимом, сложности планирования траектории и программирования робота, существенном влиянии вибраций на качество функционирования робота.

3.Дпя проведения синтеза движений роботов предложено использовать метод компьютерной алгебры, позволяющий получать результаты вычислений в аналитической (символьной) форме, осуществлять математические вычисления высокой сложности, получать результаты высокой достоверности, точности и валидности. Показано, что наиболее целесообразно применять данный метод для синтеза сложных технологических движений роботов где требуются интенсивные математические вычисления, параметрический анализ кинематических и динамических моделей, графическое представление результатов исследования.

4.Разработана методика планирования и программирования движений манипуляционных роботов на основе тензорно-геометрического подхода и метода компьютерного алгебры, учитывающая совокупность их кинематических, динамических и упругих характеристик. Эффективность методики заключается в комплексном компьютерном анализе кинематических, динамических и упругостных свойств манипуляторов, с учетом требований выполняемой технологической операции с последующим автоматизированным программированием системы управления робота.

5. Построена математические модели манипуляторов на основе метода компьютерной алгебры, которые описывают комплекс их кинематических, динамических и жесткостных характеристик, которые варьируются в процессе выполнения роботом технологического движения. Применение моделей позволяет обеспечить заданную точность и производительность выполнения роботом технологической операции на этапах планирования и программирования движения за счет рационального выбора конфигураций манипулятора и режима движения рабочего органа робота.

6. Разработан алгоритм программного управления движением технологических роботов с упругими сочленениями. Применение алгоритма позволяет значительно сократить величину погрешности, вызванную упругими деформациями сочленений при работе технологического робота с движущимися объектами. Предложено два вида реализации алгоритма: в режиме ON-LINE в

составе системы программирования робота и режиме OFF-LINE в составе системы программирования.

7.Исследована специфика применения роботов в вибрационных средах. Выявлено, что выполнение операций с движущимися объектами сопровождается внешними вибрациями. Влияние внешних вибраций заключается в снижении точности и быстродействия выполнения технологических операций, увеличении динамических нагрузок на конструкцию манипулятора и возникновении резонансных явлений. Наиболее опасным является возникновение резонансных явлений, поскольку при этом становится невозможным выполнение технологического процесса и может наступить разрушение манипулятора и сопряженного технологического оборудования.

8. На основе метода компьютерной алгебры разработана методика планирования и программирования движений технологических роботов, работающих в вибрационных средах, для предотвращения резонансных явлений путем размещения траектории движения рабочего органа в тех областях рабочей зоны манипулятора, где исключено совпадение спектра собственных частот колебаний манипулятора и спектра вибрационных частот.

9. Разработана методика и практически проведены экспериментальные исследования работы робототехнологического комплекса, состоящего из двух роботов РМ-01 на операциях сверления движущегося объекта. Методика включает в себя алгоритм планирования траектории робота с оптимизацией по критерию жесткости и учитывает специфику систем управления серийных манипуляторов.

Ю.Проведены экспериментальные исследования по планированию и программированию движения робота РМ-01 на операции с движущимся объектом с оптимизацией по критерию жесткости. Проведенные измерения показали повышение в 2,5 раза качества обработки отверстия (по критерию отклонения от круглости) за счет применения алгоритма планирования траектории робота с оптимизацией.

Основные результаты работы изложены в публикациях:

1. Ермолов И.Л., Подураев Ю.В., Технология автоматического программирования промышленных роботов.// Тезисы международной конференции "Новые материалы и технологии". -М.: МАТИ.,1994.

2.Ермолов И.Л., Подураев Ю.В., "Интегрированная система автоматического программирования промышленных роботов "SFERAIVCAD". Машиностроение, приборостроение, энергетика Программа "Университеты России").- М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1994.

3.Тихомиров В.Г., Подураев Ю.В., Ермолов И.Л., Компьютерная технология "виртуальной реальности" и ее приложение к задачам робототехники. Тезисы 6-й конференции "Робототехника для экстремальных условий"-СПб.:ЦНИИ РТК.-1995.

4. Ермолов И.Л., Подураев Ю.В., Управление технологическими роботами с упругими сочленениями и звеньями.// Тезисы XII! Всероссийской молодежной научной конференции "Гагаринские чтения".- М.: МАТИ.-1997.

5. Ермолов И.Л., Подураев Ю.В., Компьютерное планирование движений технологических роботов, работающих в интегрированном вибрационном окружении// Тезисы XIII Всероссийской молодежной научной конференции "Гагаринские чтения",- М.: МАТИ.-1997.

6. Ермолов И.Л., Илюхин Ю.В., Подураев Ю.В., Защита манипуляторов роботов от внешних вибрационнных воздействий// Тезисы 8-й конференции "Экстремальная робототехника". -СПб.:ЦНИИ РТК.-1997.

7.Podurajev J., Karlov К., Ermolov I. Open motion control system for robots based on virtual instruments: Design and application in laser cutting. INES 1997, Budapest.

Автореферат

• t rf>-'» r

Ермолов И.Л.

Синтез движений технологических роботов для операций движущимися объектами на основе метода компьютерно алгебры.

Сдано в набор Подписано в печать

Формат 60x90/16 Бумага 80 гр/m2 Гарнитура'Aria

Объем 1.25 уч.-изд .л. Тираж 100 экз. Заказ № Zg5"

Издательство "СТАНКИН" 101472, Москва, Вадковский пер., ЗА

ЛП № 040072 от 29.08.91 г. ПЛД № 53-227 от 09.02.96 г.