автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Синтез систем полуавтоматического телеуправления манипуляционными роботами

Дальневосточный государственный технический университет

Для служебного пользования

Эк 2» У 11

КИХНЕЙ Геннадий Павлович

СИНТЕЗ СИСТЕМ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОГО ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЯ МАНИПУЛЯЦИОННЫМИ РОБОТАМИ

Специальность 05.13.07 — Автоматизация технологических

процессов и производств

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владивосток, 1994

Работа выполнена на кафедре «Автоматизация и управление техническими системами» Дальневосточного государственного технического университета.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор В. Ф. Филаретов.

доктор технических наук, профессор Г. Ю. Илларионов, кандидат технических наук, доцент Ю. К. Алексеев.

Дальневосточный научно-исследовательский, проектно-изыскательский, консгрукторско-технологнческий институт морского флота.

$ » ШеЛл 1994 г. в

Защита состоится " " 1994 г в / / часов на

заседании специализированного совета^К 064.01.08 при Дальневосточном государственном техническом университете по адресу:

690600, г. Владивосток, ул. Пушкинская, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан " ^ " 1994 г

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

_Ю. М. Горбенко _

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Телеуправляемые роботы в настоящее время находят ¡широкое применение при решениии многих производственных и исследоватедт.гких задач. Для эффективного контроля рабочей зопы робота, установленной.) и изолированном пространстве, часто необходимо использовать несколько тел;-),: мер, в том числе установленных на подвижном основании. Известные традпппошше подходы к проектированию систем полуавтоматического управлелш не позволяют синтезировать эффективные биотехнические системы, работающие в таких условиях, поскольку не учитывают изменения простраасда-гатой ориентации оптической оси телекамер.

Кроме того, практическая реализация систем полуавтоматического управления манипуляторами связана с большим объемом пьп:'слепий, которые должны выполняться в реальном масштабе времени. Для реггсгшя таких задач необходимы специальные методы организации вычислений и с: ециализированные контроллеры, ориентированные на применение в составе систем полуавтоматического управления.

Указанные выше проблемы определяют необходимость дальнейшего совершенствования систем полуавтоматического управления и обусловливают актуальность темы диссертационной работы, которая и посветила решению этих проблем.

Цель работы

Целью данной диссертации является 'создание алторгшгав и систем, повышающих производительность и точность биотехнических г ¿неуправляемых манипуляционных роботов в том числе и в условиях изменения ориентации оптической оси телекамеры, с помощью которой осуществляется наблюдение за рабочей зоной, а также обеспечивающих для оператора более комфортные условия управления сложными динамическими объектами. Причем решение указанных задач должно обеспечиваться с помощью типовых и достаточно дешевых технических средств.

В конечном итоге в диссертации содержится новое решение задачи, имеющей существенное значение в робототехнике.

Методы исследования

В диссертационной работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследования.

При разработке подхода к синтезу биотехнических скстсм использовались методы структурного синтеза сложных систем и методы теср^л автоматического

управления. Разработка алгоритмов составления расписаний осуществлена с применением методов теории графов н аппарата матриц. Достоверность

полученых результатов проверялась методами полунатурного, натурного и численного моделирования.

Научная новизна ..... , ,

В диссертации

— разработана структура биотехнической системы, в рамках которой возможен синтез различных систем полуавтоматического управления, инвариантных к изменению параметров передаточной функции, описывающей человека-оператора

— выявлены критерии синтеза и разработаны телеуправляемые биотехнические системы, в которых коэффициент мнемоничности всегда поддерживается равным единице, что позволяет сохранять высокую эффективность управления при изменении ориентации телекамеры;

—1 на основе предложенного подхода к синтезу биотехнических систем разработаны способы * полуавтоматического управления, которые позволяют оператору всегда выбирать рабочее положение задающего устройства в зоне комфорта; . . -

—' предложены новые технические решения, реализующие синтезированные алгоритмы полуавтоматического управления, и обеспечивающие высокую точность н производительность манипуляционных операций;

— разработан и испытан алгоритм составления расписания для многопроцессорного контроллера, учитывающий характеристики каналов межпроцессорного обмена и . обеспечивающий формирование сигналов управления в реальном масштабе времени;

— на основе предложенного подхода осуществлен синтез различных систем полуавтоматического управления, испытанных в реальных условиях эксплуатации.

Новизна теоретических положений диссертации и полученных на их основе технических решений подтверждена пятью авторскими свидетельствами на изобретения, а также публикациями в центральных изданиях и выступлениями на Всесоюзных и Международных конференциях, семинарах и совещаниях.

Практическая ценность и реализация результатов диссертации

Проведенные исследования включены в основные направления научно-исследовательских работ ДВГТУ. Они выполнялись в рамках целевой программы Минвуза СССР на 1978—1990 г, по комплексной" проблеме «Роботы в робототехнические системы» комплексной программы ГКНТ СССР и АН СССР 0.16.09 и 0.16.10 на 1986—1990г. (задания 27.01П, 27.04П), межвузовской целевой-___комплексной— программы «Робототехнические системы и

автоматизированные производства» на 1978—1990 г. (задания 02.04.09, 08.01.18, 08.01.19, 08.04.19)', а также в рамках комплексной программы «Океанотехника» на 1991—1995 г.

Практическая ценность результатов, полученных в диссертации, заключается в создании алгоритмов и систем полуавтоматического управления различными объектами (маннпуляционнымя роботами, подводными аппаратами). В частности результаты проведенных теоретических исследований использованы при разработке системы полуавтоматического управления электрогидравлическим многостепенным подводным манипуляционным роботом, внедренным в составе подводного экспериментального комплекса многоцелевого назначения в КБ «Дальнее» (г. Владивосток). Разработанная система телеуправления подводным осмотровым роботом испытана в морских условиях и принята к серийному производству в ПО «Дальприбор» (г. Владивосток), изготовленный осмотровьш робот принят в эксплуатацию в АО ДВМП (г. Владивосток).

Апробация работы

Основные результаты, полученные в диссертации, докладывались и обсуждались на Всесоюзном совеншш-исеминаре «Проблемы оптимизации и управления динамическими системами в маппшо- и приборостроении» (Владивосток, 1987), 3 Всесоюзной научно-технической конференции «Динамика станочных систем гибких автоматизированных производств» (Тольятти, 1988), Всесоюзном семинаре «Роботы и управление роботами» (Москва, 1988), Всесоюзной научно-технической конференции «Микропроцессорные средства локальной автоматики» (Гродно, 1989), 7 Всесоюзном совещании «Автоматизация процессов управления техническими средствами исследования мирового океана» (Калининград, 1989), Всесоюзной школе «Технические средства и методы освоения океанов и морей» (Геленджик, 1989, 1991), Всесоюзной конференции «Научно-технические проблемы марнкультуры в стране» (Владивосток, 1989), 3 Дальневосточной научно-практнческой конференции «Совершенствование электрооборудования и средств автоматизации технологических процессов промышленных предприятий» (Комсомольск-на-Амуре, 1992), Научно-практической конференции «Транспорт России» (Санкт-Петербург, 1992), III International Offshore and Polar Engineering Conference (ISOPE—93) (Singapore, 1993).

Публикации

По теме диссертации в соавторстве опубликовано 16 работ, в том числе 2 статьи в центральных изданиях, 5 изобретений, 9 тезисов докладов на Всесоюзных конференциях.

Объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списк

использованной литературы. Работа выполнена на страницах, ¡¡ключа

125 страниц машинописного текста, 32 страниц рисунков и таблиц, страниц списка литературы, содержащего ? наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении ' обоснована актуальность темы диссертационной работы сформулированы цель и задачи научного исследования, дана обща характеристика работы.

В первой главе на основе анализа литературных источников выявлеш проблемы, связанные с синтезом биотехнических телеуправляемых систем и, частности, систем полуавтоматического управления, с помощью которы осуществляется управление пространственным движением рабочего органа (РО исполнительного устройства СИУ). В таких системах человек-оператор управляе переносом и ориентацией ГО в пространстве. При этом основным средством дл наблюдения рабочей зоны для оператора являются телевизионные средства.

Анализ работ отечественных и зарубежных авторов позволил выделит проблемы синтеза биотехнических систем и сформулировать конкретные задачт требующие дальнейшего решения.

Отмечено, что отсутствие общей теории расчета человеко-машинных систе) связано с проблемой согласования параметров технической части системы индивидуальными возможностями человека-оператора. Включение человека оператора в контур управления ИУ может привести к существенному юмененш характеристик биотехнической системы, поскольку параметры передаточно функции человека-оператора, как элемента управляющей системы, зависят о многих факторов: психологической нагрузки, параметров технической част системы, а также определяются его индивидуальными особенностями.

В связи с этим в данной главе формируется задача разработки такого подход к синтезу биотехнических систем, в рамках которого возможен синтез систе] полуавтоматического управления, инвариантных к изменению указанны переменных параметров передаточной функции человека-оператора.

В первой главе показывается, что при решении манипуляционных зада наиболее эффективны системы полуавтоматического телеуправление работающие в режиме позиционного управления. Однако, в отдельных сяучаяз положение задающего. устройства (ЗУ) может оказаться неудобным дл оператора, и. при этом оператор должен постоянно контролировать положени ИУ в пространстве. Для устранения этих недостатков в диссертации ставите — также задача разработки таких способов полуавтоматического управление

которые позволяют оператору в любой рабочей ситуации выбирать положение ЗУ в зоне комфорта.

Для повышения эффективности биотехнической системы в этой главе ставится задача разработки таких алгоритмов полуавтоматического управления, в которых автоматически без участия оператора производится учет текущего взаимного расположения телекамеры и ИУ.

Показывается, что практическая реализация систем полуавтоматического управления манипуляционными роботами связана с необходимостью реализации алгоритмов управления в реальном масштабе времени. Возникающая в связи с этим задача повышения быстродействия управляющей вычислительной системы гакже требует дальнейшего исследования. При этом необходимо осуществлять распараллеливания вычислительных алгоритмов, реализующих полуавтоматическое управление манипуляпионными роботами с помощью многопроцессорного контроллера, используемого в составе системы полуавтоматического управления.

Вторая глава диссертации посвящена разработке нового подхода к синтезу биотехнических систем и способов управления этими системами.

Структурная схема разработаппой биотехнической системы представлена на рис. 1.

Структурная схема разработанной биотехнической системы

Рис. 1

На схеме показаны человек-оператор (3), ЗУ (6), ЭВМ (11), ИУ (15). Рабочую зону оператор контролирует с помошью телевизионных средств: телекамеры (17) и телемонитора (18). В ИУ выделены исполнительный механизм (13), приводы (12) и датчики (14) обобщенных координат. Функции оператора представлены с помощью блока (1) формирования- цели и передаточной функции (2), описывающей реакцию человека. ..; ........

В отличие от традиционных систем полуавтоматическое управление роботом в данном случае организовано таким образом, что в системе протекают одновремено два- процесса. Первый процесс связан с формированием человеком-оператором траектории, по которой должен двигаться РО. Второй процесс связан с управлением движением Ю по этой траектории в автоматическом режиме. Такая организация работы биотехнической системы позволяет исключить влияние особенностей человека-оператора на качество управления движением РО по заданной траектории.

' Работа предложенной биотехнической системы протекает следующим образом. Человек-оператор, воздействуя на рукоятку 4 ЗУ, задает траекторию, по которой должен двигаться РО. Сигналы (]зу(1), снимаемые с датчиков, установленных в степенях подвижности ЗУ обрабатываются в вычислительном блоке 7 (с1зУ еК", где п — число степеней подвижности 330- По значениям этих обобщенных координат определяется пространственная траектория х*(0 е , задающая движение РО. Значения х*(0 поступают па вход запоминающего устройства 8.

С выхода блока 8 значешм х*(1-Д0 поступают на вход вычислительного блока 10, где они преобразуются в зпачешш обобщенных координат ИУ: Ч*иу(1"А0 (Ч*иу е К™, гае ш — число степеней подвижности ИУ). Подача этих значений на входы следящих приводов (12) обеспечивает движение ГО по заданной траектории. Задержка во времени с которой выбираются данные из блока памяти 8, зависит от значений параметров заданной оператором траектории. Если энергетические возможности всех приводов ИУ позволяют перемещать его по заданной траектории со скоростью, заданной оператором, то Л1 = 0. Если при движении по траектории параметры хотя бы одного из приводов достигают предельных значений, скорость выборки данных из блока 8 уменьшается, что приводит к: увеличению значения Ли В этом случае ГО будет двигаться по заданной пространственной траектории, но с меньшими значениями скоростей. Процесс регулирования скорости выборки данных из блока памяти £ протекает' автоматически без участия оператора. Регулирование скоросп; движения ИУ осуществляется на основе анализа параметров приводов в блоке 9.

Если оператор обнаружит, что заданная им траектория является ошибочной то прекратить дальнейшее движение ИУ он может с помощью переключателя 5

Поданная оператором комапда остановки прекращает процесс обновления данных на выходе блока памяти 8. При этом иеотработаниый участок траектории удаляется из блока памяти 8.

Поскольку в представленной биотехнической системе канал формирования траектории и канал, по которому подается комапда на прекращение движения, различаются, то передаточную функцию, характеризующую человека-оператора, можно представить в виде

ЧГ0 (р) = к0 е-ч> ,

гае т — длительность сенсомоторной реакции человека. Следовательно, в системе, организованной таким образом, качество управления движением по траектории определяется только параметрами технической часта системы. Данное свойство существенно отличает предложенную спстему от известных, где человек-оператор является звеном замкиутой системы управления, н значит качество управления движением зависит от параметров его передаточной функции.

Таким образом, предложенная биотехническая система имеет два режима работы, задаваемых оператором с помощью переключателя 5. Первый режим — это режим слежения, в котором оператор с помощью рукояток 4 ЗУ задает траекторию движения, а ■ система управления в автоматическом режиме перемещает РО по заданной траектории. Второй режим — режим стабилизации. В этом режиме система управления поддерживает РО в неподвижном состоянии, и движение рукояток 4 ЗУ не оказывают влияние на положите РО, то есть сигналы ЯзУ(0 системой управления не обрабатываются.

Движение ГО в режиме слежения можно задать парой трехмерных векторов и%, 1Р0а, где июк — вектор переноса характерной точки ГО, Цроя — вектор конечною поворота РО. Векторы заданы в системе координат, связанной с основанием робота, н описывают движение ГО относительно исходного положения (полжения РО в момент включения режима слежения). На экране телемонитора изображение ГО также переместится относительно исходного положения. Здесь полагается, что движение изображения РО оператор воспринимает как движение объемного тела в пространстве. Это движете изображения РО также описывается парой векторов ии0 , которые

эпределены в системе координат, связанной с экраном телемонитора, при этом

и"к = Аигой, и'^А^/ (1)

ж А — матрица перехода из системы координат, связанной с основанием »бота, в ..систему координат,, связанную с. корпусом телекамеры. Значения-

элементов матрицы А определяются текущей взаимной ориентацией телекамеры и робота.

Для автоматического__учета пространственной ориентации телекамеры

относительно РО необходимо обеспечить 'однозначное соответствие между движением рукояток ЗУ и движением изображения Ю. на экране телемонитора, то есть равенство векторов . •.•.-...••;. . , .,, г-- .„¡v.-- :ч .r.v.'r. ;■■"

U3yR = U\, lPyß = U«Q, .......'......(2)

гае U3yR , IPyD — векторы, описывающие движение рукояток ЗУ относительно их положения в момент включения режима слежения и определенные в системе координат, связанной с экраном телемонитора.

Поскольку в процессе управления движением ИУ оператор ориентируется только по изображению на экране телемонитора, то нз (1) и (2) следует ..vii.viM^y^i oJ'J ¡г'...¡r.ti * о iii.i ...j.;;^!;

lFrR = AUP0R, U3ya=AUpoCJ. (3) :

Разработанный в ¡диссертации вычислительный алгоритм позволяет обеспечить выполнение этого соотношения в системах полуавтоматического управления, работающих как в режиме позиционного, так и в режиме скоростного управления.. ■...

Обеспечение соотношения (3) в сочетании с возможностью выбирать различные режимы работы биотехнической системы (режим слежения, режим стабилизации) позволяет решить задачу выбора рабочего положения задающего устройства в зоне комфорта. Это становится возможным благодаря тому, что в предложенных алгоритмах управления за исходные положения ИУ и ЗУ принимаются положения этих устройств в момент включения режима слежения.

В соответствии с разработанными в диссертации критериями осуществлен синтез. отдельных технических устройств и элементов. биотехнических, систем, оригинальность которых подтверждена авторскими свидетельствами на изобретения. Так разработано трехстепенное ЗУ (A.c. 1565680), конструкция которого позволяет оператору в процессе управления работать с рукояткой ЗУ как с физическим образом вектора U3yR . Разработана конструкция подводногс осмотрового робота, который позволяет осуществлять пространствешшс манипуляции телекамерой по шести степеням свободы (A.c. 1623074). Задач? учета пространственной ориентации телекамеры в этой системе решена тем, чте всегда ориентация оптической оси телекамеры остается неизменной относительнс движителей робота. Разработан телеуправляемый манипулящюиный комплекс (A.c. 1717336), в котором эта же задача решена путем вращения основания

относительно экраиа телемонитора синхропно с вращением телекамеры относительно манипулятора.

Во второй главе на основе предложенного подхода осуществлен синтез конкретных систем полуавтоматического управления. В частности, синтезирована система ; полуавтоматического ; управления шестистепенпым манипулятором,. работающая в режиме позиционного управления от : шестистепенного антропоморфного ЗУ. Синтезирована система полуавтоматического управления шестистепенпым манипулятором, работающая в режиме комбинированного управления от трехстепенного ЗУ специальной конструкции. . Синтезирована система телеуправления движением подводного осмотрового робота, работающая в режиме скоростного управления,

В третьей главе диссертации проведен анализ вычислительной сложности разработанных алгоритмов полуавтоматического управления. Здесь же осуществлен синтез многопроцессорного контроллера, предназначенного для работы в составе системы полуавтоматического управления.

" 'Экспериментальные;1:! --' гиссяедования; "' "■' ' разработанныхi систем) полуавтоматического управления показали, что реализация предложенных вычислительных алгоритмов на одном процессоре КМ 1801 В М2 дает тактовую частоту работы управляющей вычислительной системы 5,5 Гц. Для обеспечения достаточного быстродействия манипулятора (более 0,2 м/сек) при приемлимой точности движения схвата в пространстве необходимо повысить быстродействие вычислительной системы в несколько раз.

Задача повышения быстродействия управляющей вычислительной системы решена путем организации параллельных вычислений. Для составления расписания работы многопроцессорной системы вычислительный алгоритм представлен в виде направленного взвешенного графа. Анализ полученных графов показал, что достижение минимального времени' счета" возможно на многопроцессорной системе, содержащей не более четырех параллельно работающих процессоров. На основе этих результатов в диссертации делается : ' вывод о возможности организации межпроцессорного обмена данными через обшие регистры. Рассмотрены возможные варианты структуры вычислительных средств. Предложена информационная модель вычислительной системы, в которой учтены аппаратные н программные затраты времени на осуществление операций межпроцессорного обмена.

Показано, что многопроцессорная вычислительная система в составе системы полуавтоматического управления выполняет функции контроллера. Ее эффективность полностью определяется качеством составленного расписания, а время подготовительных операций не влияет на эксплуатационные характеристики. С учетом этого в диссертации предложена структура программною обеспечения, которое включает в себя орнпшальпую программу

составления расписания и стандартный транслятор с языка Паскаль. Предложенные программные средства позволяют эффективно осуществлять все этапы получения рабочих программ.

Четвертая глава диссертации посвящена разработке алгоритма составления расписания для многопроцессорной вычислительной системы. Основное внимание здесь уделено ; учету временных затрат /.на , осуществление . операций межпроцессорного обмена.

В предложенном подходе к декомпозиции вычислительного алгоритма на задания вес вычислительного задания может быть соизмерим с временными затратами, необходимыми для передачи данных между процессорами. В этом случае составление эффективного расписания требует учета структуры вычислительных средств и структуры временных затрат на осуществление операций межпроцессорного обмена.

, В диссертации показывается целесообразность применения приближенных алгоритмов составления расписаний. -В частности, это обусловлено приближенным характером информации при определении весов вершин графа и большим количеством вершин в графе. Здесь же предлагается модификация приближенного алгоритма конструирования расписания по времени позднего начала. Особое внимание уделено учету временных затрат на осуществление операций межпроцессорного обмена.

Конструирование расписания осуществляется в соответствии со следующим алгоритмом. Предположим, что в текущий момент времени составления расписания сечение S установлено на отметке времени ts . Обозначим: tmj — время назначения задания aj на процессор m; tj — вес вычислительного задания aj; Tj — время позднего начала задания а^ . Назначенные на обработку задания, дня которых tmj + tj ä ts , являются выполненными к моменту времени ts , эти задания составляют множество Р. Из списка Aj , содержащего в начальный момент все задания, выбираются и заносятся в список А2 задания ап , у которых все непосредственные предшественники принадлежат множеству Р. Очередным заданием, которое выбирается из списка А2 и назначается на обработку, является задание aj, для которого = min тп

а б А,

о !

Назначение задания aj на обработку порождает назначение дополнительных заданий,' обеспечивающих межпроцессорный обмен.' Эти задания должны быть назначены на, процессоры, на которые уже назначены непосредственные предшественники а^. В свою очередь это приводит к переназначению на более позднее время задании, не принадлежащих множеству Р. Для выбора лучшего варианта сравциваются все возможные назначения а^ последним на каждый

процессор, а также вместо заданий at , для которых т, < т; . Выбирается вариант назначения, дающий минимум оценочной функции F

min F = min шах (tmj - х- ). " (4)

о j >•

здесь n — номер процессора, на который назначено а; ; aj е (Aj А2 и Р).

Цалее сечение S сдвигается в следующую позицию, увеличивающую множество Р на одно задание.

В данной главе приводится обоснование целесообразности использования предложенного алгоритма составления расписания и подробно описан сам алгоритм. В этом алгоритме в соответствии с (4) минимизированы временные задержки, вносимые заданиями, осуществляющими межпроцессорный обмен. Для заданий, осуществляющих межпроцессорный обмен, составляется частичный граф следования. По временам раннего и позднего начала определяется порядок назначения этих заданий на обработку.

В пятой главе диссертации приведены результаты чпсленпого и толунатурного моделирования, а также результаты испытаний разработанных :истем в реальных условиях эксплуатации.

Эффективность предложенной биотехнической системы проверялась методом яолунатурного моделирования. На экране монитора программными средствами лштезировалась картина, соответствующая пространственному движению Ю этноснтельно объекта. С помощью ЗУ оператор в скоростном режиме управлял зеремещением РО и его ориентацией. Задача оператора в эксперименте состояла i совмещении РО с объектом при различных ракурсах рабочего пространства и разном начальном положении ГО относительно объекта. Указанная задача решалась при отсутствии внешних возмущений, а также в среде с течением.

В эксперименте сравнивалось время выполнения одинаковых заданий в различных биотехнических системах. В первой системе управление РО зсуществлялось в соответствии с предложенным в диссертации способом, то есть sceraa обеспечивалось выполнение равенства (2). Во второй системе, юответствующей типовой системе полуавтоматического управления, оператор юлжен сам учитывать ракурс изображения, при этом отклонение рукояток ЗУ по эдной из степеней подвижности всегда задавало движение РО вдоль юответствующей оси, связанной с РО.

На рис. 2 показано время Т выполнения заданий, усредненное для 8 шераторов по 420 заданиям. На рисунке обозначено: VT — модуль скорости течения; VP0M — модуль максимальной скорости РО; Т0 — время выполнения ¡адання в первой системе при отсутствии течения. Кривая 1 соответствует первой Зиотехяической системе, кривая 2 — второй системе______

Из полученных результатов следует, что при отсутствии течения время выполнения заданий в предложенной биотехнической системе в 2,5 раза меньше, чем в . типовой. ^При = 0,3 это отношение возрастает до 5 раз... При

большем течешш типовая система полуавтоматического управления теряет работоспособность. В то же время, как видно из кривой 1, при V/V?0M = 0,5 время выполнения заданий в разработанной системе полуавтоматического управления увеличивается только в 1,4 раза.

Также были проведены натурные испытания системы полуавтоматического управления электрогидравлическим манипулятором. Испытания показали, что применение разработанного алгоритма и предложенного оригинального ЗУ (A.c. 1565680), позволяет повысить быстродействие транспортных операций в 4—5 раз по сравнению с командным управлением.

Морские испытания подводного осмотровош робота также подтвердили эффективность разработанного подхода к синтезу биотехнических систем. Сравнительные испытания " ЗУ различной конструкции показали, что телеуправление движением подводного робота по сложным пространственным траекториям возможно только при выполнения равенства (2).

Эффективность разработанного алгоритма составления расписания проверялась путем моделирования работы многопроцессорной вычислительной системы. Для созданных алгоритмов полуавтоматического управления составлялись расписания работы многопроцессорных контроллеров, содержащих разное количество параллельно работающих процессоров и различные параметры линий межпроцессорного обмена. Зависимость, полученная при моделировании, показана на рис.3. Здесь п — количество параллельно работающих процессоров, Т — время в условных единицах, необходимое для выполнения вычислительного алгоритма на многопроцессорной системе в зависимости от количества процессоров.

Кривая 1 характеризует указанную зависимость дня многопроцессорной системы, в которой межпроцессорный обмен не вносит временных задержек. Как видно, достижение Ткр , соответствующего длине критического пути в графе, возможно на четырех параллельно работающих процессорах. Кривая 2 показывает эту же зависимость в многопроцессорной системе с наличием временных затрат на выполнение операций межпроцессорного обмена. Эта зависимость получена для расписания, составленного с помощью известного алгоритма конструирования расписания по времени позднего начала. Кривая 3 получена для многопроцессорной системы с учетом потерь времени на выполнение операций межпроцессорного обмена для расписания, составленного с помощью предложенного алгоритма.

Результаты моделирования биотехнической системы

Результаты моделирования работы многопроцессорной вычислительной

системы

12 3 4 5 6 П

- Рис.3

Анализ кривых, представлены* на рис.3 подтверждает возможность синтеза эффективных многопроцессорных контроллеров, в которых межпроцессорный обмен осуществляется через общие регистры. Выполненные исследования показали, что разработанный в диссертации алгоритм составления расписания позволяет в 2,4—2,6 раза повысить быстродействие управляющей вычислительной системы. При этом задержки, вносимые линиями межпроцессорного обмена, уменьшаются в 2,7—3,8 раза.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В ходе теоретических и экспериментальных исследований по синтезу систем полуавтоматического управления манипуляционными роботами в диссертации получены следующие новые научные результаты.

- 1. Разработана биотехническая система с полуавтоматическим управлением, инвариантным к изменению параметров передаточной функции человека-оператора. Это позволяет обеспечить требуемую точность движения схвата по траектории независимо от скорости формирования траектории оператором.

2. Разработаны алгоритмы полуавтоматического управления, в которых автоматически учитывается пространственная ориентация оптической оси телекамеры относительно исполнительного устройства, что позволяет существенно повысить эффективность биотехнической системы.

3. Разработаны способы полуавтоматического управления, в которых человек-оператор всегда имеет возможность выбирать рабочее положение задающего устройства в зоне комфорта.

4. В рамках разработанного в диссертации подхода синтезировано несколько новых оригинальных систем полуавтоматического управления, работающих в режимах позиционного и скоростного управления и защищенных авторскими свидетельствами на изобретения. Указанные системы позволяют повысить эффективность управления манипуляционными роботами в реальных условиях эксплуатации.

5. Разработан алгоритм составления расписания для многопроцессорной вычислительной системы, который позволяет минимизировать временные затраты на осуществление операций межпроцессорного обмена

6. Синтезирован многопроцессорный контроллер, предназначенный для работы в составе системы полуавтоматического управления многостепенным манипулятором и позволяющий формировать сигналы управления в реальном масштабе времени.

7. Проведены ■ экспериментальные исследования и моделирование разработанных систем полуавтоматического управления, которые подтвердили эффективность предложенного подхода к синтезу-биотехнических-систем. -

Основные результаты диссертант опубликованы в следующих работах:

1. Кихней Г.П., Филаретов В.Ф., Юрчик Ф.Д. Малогабаритный подводный телеуправляемый комплекс.// Известия АН. Техническая кибернетика, 1992, №4, С.165—168. . г. . ,. . ...

2. Филаретов В.Ф., Кихней Г.П., Юрчик Ф.Д. Об одном способе телеуправления манипулятором.// Известия ВУЗов. Электромеханика, 1992, №3, С.94—98.

3. A.c. 1565680 СССР, МКИ4 В25 J13/02. Задающее устройство для управления роботом-манипулятором/ Ф.Д.Юрчик, Г.П.Кихней, АЮ.Лясота, В.Ф.Филаретов. Опубл. 1990. Бюл.№19.

4. A.c. 1623074 СССР, МКИ5 В63 В21/66. Подводный исследовательский комплекс/ Г.П.Кихней, Ю.В.Миляноеский, В.Ф.Филаретов, Ф.Д.Юрчик. Опубл. 1990.

5. A.c. 1717336, МКИ4 В 25 J 9/00. Телеуправляемый манипулящгашшй комплекс/ Г.П.Кихней, Ю.В.Миляноеский, В.Ф.Филаретов, Ф.Д.Юрчик. Опубл. 1992, Бюл. №9. ' ' ...

6. A.c. 1723360, МКИ5 F 15 В 9/03. Электрогидравлический следящий привод робота/ В.Ф.Филаретову Ю.П.Кондратенко, Г.П.Кихней, М.Д.Чернов. Опубл. 1992, Бюл. №12.

7. A.c. по заявке 4946655/11 от 17.06.1991, МКИ4 ВбЗ В21/66. Подводный аппарат/ Ф.Д.Юрчик, Г.П.Кихней, В.Ф.Филаретов.

8. Филаретов В.Ф., Корзун А.И., Кихней Г.П. Управление пространственным движением многостепенного манипулятора с помощью микроЭВМ// Тез. докл. Всесоюзного сов.сем. «Проблемы оптимизации и управления динамическими системами в машнно и приборостроении». —М., МИЭМ. 1987. —С.95.

9. Филаретов В.Ф., Кихней Г.П., Еркин A.A. Синтез и экспериментальное исследование самонастраивающихся систем управления роботами// Тез. докл. 2 Всесоюзного сем. «Роботы и гибкие производственные системы». —М., ИПУ, 1988, —С.48.

10. Филаретов В.Ф., Кихней Г.П., Герасименко А.Е. Организация параллельной работы многопроцессорного контроллера робота// Тез. докл. Всесоюзной научно-технической конференции «Микропроцессорные средства локальной автоматики». —Гродно, 1989, —С. 15.

11. Филаретов В.Ф., Кихней Г.П., Юрчик Ф.Д. Разработка эффективных алгоритмов управления подводными манипуляпионными роботами// Тез. докл. VII Всесоюзного совещания «Автоматизация процессов управления техническими средствами исследования Мирового океана». —М., 1989. —С.158.

12. Кихней Г.П., Филаретов В.Ф., Юрчик Ф.Д. Разработка и испытание подводного осмотрового комплекса У/Тездокл. Всесоюзной школы. «Технические средства и методы освоения океанов и морей».М., Институт океанологии АН СССР, 1989. Т. 1. С. 95.

13. Кихней Г.П., Филаретов В.Ф., Юрчик Ф.Д. Возможности использования подводных телеуправляемых аппаратов для обслуживания плантаций марикультуры// Тез. докл. Всесоюзной конференции «Научно-технические проблемы марикультуры в стране». Владивосток, 1989, —С.227.

14. Кихней Г.П., Филаретов В.Ф, Юрчик Ф.Д. Разработка и испытание подводного осмотрового комплекса// Тез. докл. Всесоюзной школы «Технические средства и методы исследования Мирового океана».М„ 1991. —С.56.

15. Филаретов В.Ф., Кихней Г.П., Юрчик Ф.Д. Система телеуправления электромеханическим роботом// Тез. докл. 3 Дальневосточной научно-практической конференции «Совершенствование электрооборудования и средств автоматизации технологических процессов промышленных предприятий». —^Комсомольск-на-Амуре, 1992. —С. 16.

16. Филаретов В.Ф., Юрчик Ф.Д, Кихней Г.П. Технические средства для дистанционного осмотра водного транспорта на плаву// Тез. докл. научно-практической конференции «Транспорт России». Санкт-Петербург, 1992.—С.59.

зторые позволяют оператору в любой рабочей ситуации выбирать положение ЗУ зоне комфорта.

Для _ повышения эффективности биотехнической системы в этой главе гавится задача разработки таких алгоритмов полуавтоматического управления, в эторых автоматически без участия оператора производится учет текущего шимного расположения телекамеры и ИУ.

Показывается, что практическая реализация систем полуавтоматического гравления манипуляционными роботами связана с необходимостью реализации тгоритмов управлении в реальном масштабе времени. Возникающая в связи с гим задача повышения быстродействия управляющей вычислительной системы 1кже требует дальнейшего исследования. При этом необходимо осуществлять аспаралл сливания вычислительных алгоритмов, реализующих

олуавтоматическое управление манипуляционными роботами с помощью ногопроцессорпого контроллера, используемого в составе системы олуавтоматнческсго управления.

Вторая глава диссертации посвящена разработке нового подхода к синтезу [готехннческих систем и способов управления этими системами.

Структурная схема разработанной биотехнической системы представлена на ас. 1.

Структурная схема разработанной биотехнической системы

На схеме показаны человек-оператор (3), ЗУ (6), ЭВМ (11), ИУ (15). Рабочую зону оператор контролирует с помощью телевизионных средств: телекамеры (17; и телемонитора (18). В ИУ выделены исполнительный механизм (13), приводь: (12) и датчики (14) обобщенных координат. Функции оператора представлены с помощью блока (1) формирования' цели и передаточной функции (2) описывающей реакцию человека. ... ..

В отличие от традиционных систем полуавтоматическое управление роботол в данном случае организовано таким образом, что в системе протекают одновремено два-процесса. Первый процесс связан с формированием человеком оператором траектории, по которой должен двигаться ГО. Второй процесс связаг с управлением движением РО по этой траектории в автоматическом режиме Такая организация работы биотехнической системы позволяет исключить влиятк особенностей человека-оператора на качество управления движением , РО ш . заданной траектории.

• Работа предложенной биотехнической системы протекает следующщ образом. Человек-оператор, воздействуя на рукоятку 4 ЗУ, задает траекторию, ш которой долже'н двигаться РО. Сигналы чзу(0. снимаемые с датчиков установленных в степенях подвижности ЗУ обрабатываются в вычислительно,* блоке 7 (Язу еИ", где п — число степеней подвижности ЗУ). По значениям эти; обобщенных координат определяется пространственная траектория х*(0 е И6 задающая движение РО. Значения х*(0 поступают на вход запомшшощеп устройства 8.

С выхода блока 8 значения х*(1-Д0 поступают на вход вычислительное блока 10, где они преобразуются в значения обобщенных координат ИУ: д^луО-ДО 6 Ят, где т — число степеней подвижности ИУ). Подача эта; значений на входы следящих приводов (12) обеспечивает движение РО п> заданной траектории. Задержка во времени Д1, с которой выбираются данные и блока памяти 8, зависит от значений параметров заданной операторо] траектории. Если энергетические возможности всех приводов ИУ позволяю перемещать его по заданной траектории со скоростью, заданной оператором, т А1 = 0. Если при движении по траектории параметры хотя бы одного из приводо достигают предельных значений, скорость выборки данных из блока уменьшается, что приводит к увеличению значения М. В этом случае ГО буде двигаться по заданной пространственной траектории, но с меньшими значениям скоростей. Процесс регулирования скорости выборки данных из блока памяти протекает" автоматически без участия оператора. Регулирование скорост движения ИУ осуществляется на основе анализа параметров приводов в блоке 9.

Если оператор обнаружит, что заданная им траектория является ошибочно! то прекратить дальнейшее движение ИУ он может с помощью переключателя

[оданная оператором команда остановки прекращает процесс обновления данных а выходе блока памяти 8. При этом неотработанный участок траектории цаляется из блока памяти 8.

Поскольку в представленной биотехнической системе канал формирования раектории и канал, по которому подается команда на прекратите движения, азлнчаются, то передаточную функцию, характеризующую человека-оператора, ожно представить в виде

\У0_(р) = к0 е-Р ,

К т — длительность сенсомоТорной реакции человека. Следовательно, в !1стеме, организованной таким образом, качество управления движением но заектории определяется только параметрами технической части системы, анное свойство существенно отличает предложенную систему от известных, где гловек-оператор является звеном замкнутой системы управления, и значит ачество управления движением зависит от параметров его передаточной ункцпи.

Таким образом, предложенная биотехническая система имеет два режима гботы, задаваемых оператором с помощью переключателя 5. Первый режим — го режим слежения, в котором оператор с помощью рукояток 4 ЗУ задает заекторию движения, а система управления в автоматическом режиме гремещает РО по заданной траектории. Второй режим — режим стабилизации, этом режиме система управления поддерживает РО в неподвижном состоянии, движение рукояток 4 ЗУ не оказывают влияние на положение РО, то есть нналы <1зу(0 системой управления не обрабатываются.

Движение ГО в режиме слежения можно задать парой трехмерных векторов %, итоп, где Црок — вектор переноса характерной точки РО, итоп — вектор шечного поворота ГО. Векторы заданы в системе координат! связанной с :нованием робота, и описывают движение РО относительно исходного шожения (полження РО в момент включения режима слежения). На экране лемонитора изображение РО также переместится относительно исходного шожения. Здесь полагается, что движение изображения РО оператор «принимает как движение объемного тела в пространстве. Это движете юбражения РО также описывается парой векторов инк, иип , которые феделены в системе координат, связанной с экраном телемонитора, при этом

иик = А Црок, иип = АЦроп, ; (1)

е А — матрица перехода из системы координат, связанной с основанием »бота, в систему- координат^.связанную с корпусом телекамеры. Значения

элементов матрицы А определяются текущей взаимной ориентацией телекамеры i робота.

Для автоматического учета пространственной ориентации телекамер! относительно Ю необходимо обеспечить однозначное соответствие межд; движением рукояток ЗУ и движением изображения РО на экране телемонитора то есть равенство векторов ,

IP^UV u^uv " (2)

где U3yR , U3^ — векторы, описывающие движение рукояток ЗУ относительно и положения в момент включения режима слежения и определенные в систем координат, связанной с экраном телемонитора.

Поскольку в процессе управления движением ИУ оператор ориентируете только по изображению на экране телемонитора, то из (1) и (2) следует

U3^ = AUroR, ' U3yfl = AUpoß. (3)

Разработанный в диссертации вычислительный алгоритм позволяет обеспечит выполнение этого соотношения в системах полуавтоматического управлешв работающих как в режиме позиционного, так и в режиме скоростног управления.

Обеспечение соотношения (3) в сочетании с возможностью выбираз различные режимы работы биотехнической системы (режим слежения, режи стабилизации) позволяет решить задачу выбора рабочего положения задающег устройства в зоне комфорта. Это становится возможным благодаря тому, что предложенных алгоритмах управления за исходные положения ИУ и 3 принимаются положения этих устройств в момент включения режима слежения.

В соответствии с разработанными в диссертации критериями осуществле синтез отдельных технических устройств и элементов биотехнических систеь оригинальность которых подтверждена авторскими свидетельствами i изобретения. Так разработано трехстепенное ЗУ (A.c. 1565680), конструкш: которого позволяет оператору в процессе управления работать с рукояткой 3 как с физическим образом вектора U3yR . Разработана конструкция подводног осмотрового робота, который позволяет осуществлять пространственнь манипуляции телекамерой по шеста степеням свободы (A.c. 1623074). Зада1 учета пространственной ориентации телекамеры в этой системе решена тем, мч всегда ориентация оптической оси телекамеры остается неизменной огносителы движителей робота. Разработан телеуправляемый маштуляцнонный компле* (A.c. 1717336), в котором эта же задача решена путем вращення основания 3

гносителшо экрана телемошггора синхроипо с вращением телекамеры гносительно манипулятора.

Во второй главе на оспове предложенного подхода осуществлен синтез знкретных систем полуавтоматического управления. В частности, синтезирована ктема полуавтоматического управления шесгастепенным манипулятором, 1ботающая в режиме позиционного управления от шестистепешюго пропоморфного ЗУ. Синтезирована система полуавтоматического управления естистепенным манипулятором, работающая в режиме комбинированного 1равления от трехстепенного ЗУ специальной конструкции. Синтезирована гстема телеуправления движением подводного осмотрового робота, работающая режиме скоростного управления.

В третьей главе диссертации проведен анализ вычислительной сложности иработашшх алгоритмов полуавтоматического управления. Здесь же ;уществлен синтез многопроцессорного контроллера, предназначенного для 1боты в составе системы полуавтоматического управления.

Экспериментальные?"-^-' 'исследования ! разработанных г ' систем' элуавтоматического управления показали, что реализация предложенных ^числительных алгоритмов на одном процессоре КМ 1801 ВМ2 дает тактовую 1 стогу работы управляющей вычислительной системы 5,5 Гц. Для обеспечения >стагочного быстродействия манипулятора (более 0,2 м/сек) при приемлимой )чности движения схвата в пространстве необходимо повысить быстродействие ¿числительной системы в несколько раз.

Задача повышения быстродействия управляющей вычислительной системы лиена путем организации параллельных вычислений. Для составления описания работы многопроцессорной системы вычислительный алгоритм редставлен в виде направленного взвешенного графа. Анализ полученных >афов показал, что достижение минимального времени счета" возможно на иогоироцессорной системе, содержащей не более четыре'х параллельно }ботаклшх процессоров. На оспове этих результатов в диссертации делается люд о возможности организации межпроцессорного обмена данными через Зщие регистры. Рассмотрены возможные варианты структуры вычислительных эедств. Предложена информационная модель вычислительной системы, в эторой учтены аппаратные и программные затраты времени на осуществление терашш межпроцессорного обмена.

Показано, что многопроцессорная вычислительная система в составе системы элуавтоматического управления выполняет функции контроллера. Ее })фективность полностью определяется качеством составленного расписания, а )емя подготовительных операций не влияет на эксплуатационные фактеристаки. С учетом этого в диссертации предложена структура юграншюго обеспеченна, которое включает а себя орш инальн) ю программу

составления расписания и стандартный транслятор с языка Паскаль. Предложенные программные средства позволяют эффективно осуществлять все этапы получения рабочих программ.

Четвертая глава диссертации посвящена разработке алгоритма составления расписания апя многопроцессорной вычислительной системы. Основное внимание здесь уделеноучету временных затрат на осуществление операшн межпроцессорного обмена.

В предложенном подходе к декомпозиции вычислительного алгоритма нг задания вес вычислительного задания может быть соизмерим с временными затратами, необходимыми для передачи данных между процессорами.. В, эток случае составление эффективного расписания требует учета структурь вычислительных средств и. структуры временных затрат на осуществление операций межпроцессорного обмена.

, В диссертации показывается целесообразность применения приближенны) алгоритмов составления расписаний. В частности, это обусловленс приближенным характером информации при определении весов вершин графа i большим количеством вершин в графе. Здесь же предлагается модификации приближенного алгоритма конструирования расписания по времени позднегс начала. Особое внимание уделено учету временных затрат на осуществленш операций межпроцессорного обмена.

Конструирование расписания осуществляется в соответствии со следующие алгоритмом. Предположим, что в текущий момент времени составлена расписания сечение S установлено на отметке времени ts . Обозначим: tmj — время назначения задания aj на процессор m; tj — вес вычислительного задаши ау, Tj — время позднего начала задания aj . Назначенные на обработку задания для которых tmj + tj < ^ , являются выполненными к моменту времени ts , эп задания составляют множество Р. Из списка А] , содержащего в начальны] момент все задания, выбираются и заносятся в список А2 задания ап , у которы: все непосредственные предшественники принадлежат множеству Р. Очередньи заданием, которое выбирается из списка А2 и назначается на обработку, являете; задание а; , для которого -Г; = min тп

Назначение задания aj на обработку порождает назначение дополнительны заданий, обеспечивающих межпроцессорный обмен. Эта задания должны быт назначены на процессоры, на которые уже назначены непосредственны предшественники aj . В свою очередь это приводит к переназначению на боле позднее время заданий, не принадлежащих множеству Р. Для выбора лучшеп варианта сравниваются все возможные назначения а; последним на кажды

юцессор, а также вместо заданий aj , для которых Т] < т; . Выбирается вариант значения, дающий минимум оценочной функции F

min F = min max (tmj - т-} ). (4)

a j ■ .

гсь n — номер процессора, на который назначено ; aj ё (Ах и А2 и Р). лее сечение S сдвигается в следующую позицию, увеличивающую множество Р одно задание.

В данной главе приводится обоснование целесообразности использования едложенного алгоритма составления расписания и подробно описан сам горитм. В этом алгоритме в соответствии с (4) минимизированы временные зержки, вносимые заданиями, осуществляющими межпроцессорный обмен. Для ташш, осуществляющих межпроцессорный обмен, составляется частичный граф едования. По временам раннего и позднего начала определяется порядок значения этих задаппй на обработку.

В пятой главе диссертации приведены результаты численного и лунатурного моделирования, а также результаты испытаний разработанных стем в реальных условиях эксплуатации.

Эффективность предложенной биотехнической системы проверялась методом лунатурного моделирования. На экране монитора программными средствами нтезировалась картина, соответствующая пространственному движению РО косительно объекта. С помощью ЗУ оператор в скоростном режиме управлял ремещением РО и его ориентацией. Задача оператора в эксперименте состояла ;овмещешш РО с объектом при различных ракурсах рабочего пространства и зном начальном положении ГО относительно объекта. Указанная задача шалась при отсутствии внешних возмущений, а также в среде с течением.

В эксперименте сравнивалось время выполнения одинаковых заданий в зличных биотехнических системах. В первой системе управление ГО уществлялось в соответствии с предложенным в диссертации способом, то есть ;гда обеспечивалось выполнение равенства (2). Во второй системе, ответствующен типовой системе полуавтоматического управления, оператор пжен сам учитывать ракурс изображения, при этом отклонение рукояток ЗУ по ной из степеней подвижности всегда задавало движение ГО вдоль этветствующеи оси, связанной с РО.

На рис. 2 показано время Т выполнения заданий, усредненное для 8 ераторов по 420 заданиям. На рисунке обозиачепо: VT — модуль скорости гения; Vp0M — модуль максимальной скорости ГО; Т0 — время выполнения [ания в первой системе при отсутствии течения. Кривая 1 соответствует первой отехнической системе, кривая 2 — второй системе. ------

Из полученных результатов следует, что при отсутствии течения время выполнения заданий в предложенной биотехнической системе в 2,5 раза меньше, чем в „типовой. При У./Уром = 0,3 это отношение возрастает до 5 раз. .При большем течении типовая система полуавтоматического управления теряет работоспособность. В то же время, как видно из кривой 1, при У/У^ = 0,5 время выполнения заданий в разработанной системе полуавтоматической: управления увеличивается только в 1,4 раза.

Также были проведены натурные испытания системы полуавтоматической: управления электрогадравлическим манипулятором. Испытания показали, чтс применение разработанного алгоритма и предложенного оригинального ЗУ (А.с 1565680), позволяет повысить быстродействие транспортных операций в 4—5 ра: по сравнению с командным управлением.

Морские испытания подводного осмотрового робота также подтвердил! эффективность разработанного подхода к синтезу биотехнических систем Сравнительные испытания ' ЗУ различной конструкции показали, чт< телеуправление движением подводного робота по сложным пространственны* траекториям возможно только при выполнении равенства (2).

Эффективность разработанного алгоритма составления расписана проверялась путем моделирования работы многопроцессорной вычислительно) системы. Дня созданных алгоритмов полуавтоматического управлени составлялись расписания работы многопроцессорных контроллеров, содержащи: разное количество параллельно работающих процессоров и различные параметр! линий межпроцессорного обмена. Зависимость, полученная при моделирование показана на рис.3. Здесь п — количество параллельно работающих процессорот Т — время в условных единицах, необходимое для выполнения вычислителыюг алгоритма на многопроцессорной системе в зависимости от количеств процессоров.

Кривая 1 характеризует указанную зависимость для многопроцессорно системы, в которой межпроцессорный обмен не виосит временных задержек. Ка видно, достижение Ткр , соответствующего длине критического пути в граф< возможно на четырех параллельно работающих процессорах. Кривая показывает эту же зависимость в многопроцессорной системе с наличие временных затрат на выполнение операций межпроцессорного обмена. Эт зависимость получена для расписания, составленного с помощью известног алгоритма конструирования расписания по времени позднего начала. Кривая получена для многопроцессорной системы с учетом потерь времени г выполнение операций межпроцессорного обмена для расписания, составленного помощью предложенного алгоритма.

Результаты моделирования биотехнической системы

Результаты моделирования работы многопроцессорной вычислительной

системы

1 2 3 4 5 6 П

Рис.3

Анализ кривых, нредставленых на рис.3 подтверждает возможность синте: эффективных многопроцессорных контроллеров, в которых межпроцессорнь обмен осуществляется через общие регистры. Выполненные исследован! показали, что разработанный в диссертации алгоритм составления расписаш позволяет в 2,4—2,6 раза повысить быстродействие управляющей вычнслительнс системы. При этом задержки, вносимые линиями межпроцессорного обмен уменьшаются в 2,7—3,8 раза.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В ходе теоретических и экспериментальных исследований по синтезу систе полуавтоматического управления манипуляционными роботами в диссерташ получены следующие новые научные результаты.

- 1. Разработана биотехническая система с полуавтоматическим управление: инвариантным к изменению параметров передаточной функции человек оператора. Это позволяет обеспечить требуемую точность движения охвата г траектории независимо от скорости формирования траектории оператором.

2. Разработаны алгоритмы полуавтоматического управления, в которь автоматически учитывается пространственная ориентация оптической о( телекамеры относительно исполнительного устройства, что позволь существешю повысить эффективность биотехнической системы.

3. Разработаны способы полуавтоматического управления, в которь человек-оператор всегда имеет возможность выбирать рабочее положен] задающего устройства в зоне комфорта.

4. В рамках разработанного в диссертации подхода синтезировано несколы новых оригинальных систем полуавтоматического управления, работающих режимах позиционного и скоростного управления и защищенных авторскш. свидетельствами на изобретения. Указанные системы позволяют повысн эффективность управления манипуляционными роботами в реальных условн) эксплуатации.

5. Разработан алгоритм составления расписания для многопроцессорш вычислительной системы, который позволяет минимизировать временные затрат на осуществление операций межпроцессорного обмена

6. Синтезирован многопроцессорный контроллер, предназначенный д. работы в составе системы полуавтоматического управления многостепеннь манипулятором и позволяющий формировать сигналы управления в реальнс масштабе времени.

7. Проведены экспериментальные исследования и моделирован) разработанных систем полуавтоматического управления, которые подтверди; эффективность предложенного подхода к синтезу биотехнических-систем.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Кихней Г.П., Филаретов В.Ф., Юрчик Ф.Д. Малогабаритный подводньш неуправляемый комплекс.// Известия АН. Техническая кибернетика, 1992, №4, :. 165—168. ■•...••l„-J .V,...,:,..■ ■•. : . .ч,, .

2. Филаретов В.Ф., Кихней Г.П., Юрчик Ф.Д. Об одном способе елеуправлепия манипулятором.// Известия ВУЗов. Электромеханика, 1992, №3, :.94—98.

3. A.c. 1565680 СССР, МКИ4 В25 J13/02. Задающее устройство для правления роботом-мапипулятором/ Ф.Д.Юрчик, Г.П.Кихней, А.Ю.Лясота, '.Ф.Филаретов. Опубл. 1990. Б юл.№19.

4. A.c. 1623074 СССР, МКИ5 В63 В21/66. Подводный исследовательский омплекс/ Г.П.Кихней, Ю.В.Миляновский, В.Ф.Фтаретов, Ф.Д.Юрчик. )публ.1990.

5. A.c. 1717336, МКИ4 В 25 J 9/00. Телеуправляемый манипуляцпонньш омплекс/ Г.П.Кихней, Ю.В.Миляновский, В.Ф.Филаретов, Ф.Д.Юрчик. Опубл. 992, Бюл. №9. • . . •

6. A.c. 1723360, МКИ5 F 15 В 9/03. Электропшравлическпй следящий ривод робота/ В.Ф.Филаретов, Ю.П.Кондратенко, Г.П.Кихней, М.Д.Чернов. >публ. 1992, Бюл. Nsl2.

7. A.c. по заявке 4946655/11 от 17.06.1991, МКИ4 В63 В21/66. Подводньш ппарат/ Ф.Д.Юрчик, Г.П.Кихней, В.Ф.Филаретов.

8. Филаретов В.Ф., Корзун А.И., Кихней Г.П. Управление пространственным вижением многостепенного манипулятора с помощью микроЭВМ// Тез. докл. .сесоюзного сов.сем. «Проблемы оптимизации и управления динамическими истемамп в манпшо и приборостроении». —М., МИЭМ. 1987. —С.95.

9. Филаретов В.Ф., Кихней Г.П., Еркин A.A. Синтез и экспериментальное сследование самонастраивающихся систем управления роботами// Тез. докл. 2 ¡сесоюзного сем. «Роботы и гибкие производственные системы». —М., ИПУ, 988, —С.48.

10. Филаретов В.Ф., Кихней ГЛ., Герасименко А.Е. Организация араллельной работы многопроцессорного контроллера робота// Тез. докл. всесоюзной научно-технической конференции «Микропроцессорные средства окальной автоматики». —Гродно, 1989, —С.15.

И. Филаретов В.Ф., Кихней Г.П., Юрчик Ф.Д. Разработка эффективных тгоритмов управления подводными манипулянионными роботами// Тез. докл. VII сесоюзного совещания «Автоматизация процессов управления техническими зедствами исследования Мирового океана». —М., 1989. —С. 158.

12. Кихней Г.П., Филаретов В.Ф., Юрчик Ф.Д. Разработка и испыгани подводного осмотрового комплекса /ЛГез.докл. Всесоюзной школы. «Технически средства и методы освоения океанов и морей».М., Институт океанологии А1 СССР, 1989. Т. 1. С. 95.

13. Кихней Г.П., Филаретов В.Ф., Юрчик Ф.Д. Возможности использовани подводных телеуправляемых аппаратов для обслуживания плантаци марикультуры// Тез. докл. Всесоюзной конференции «Научно-технически проблемы марикультуры в стране». Владивосток, 1989, —С.227.

14. Кихней Г.П., Филаретов В.Ф, Юрчик Ф.Д. Разработка и испытани подводного осмотрового комплекса// Тез. докл. Всесоюзной школы «Технически средства и методы исследования Мирового океана».М., 1991. —С.56.

15. Филаретов В.Ф., Кихней Г.П., Юрчик Ф.Д. Система телеуправлени электромеханическим роботом// Тез. докл. 3 Дальневосточной научнс практической конференции «Совершенствование электрооборудования и средст автоматизации технологических процессов промышленных предприятий) —Комсомольск-на-Амуре, 1992. —С. 16.

16. Филаретов В.Ф., Юрчик Ф.Д., Кихней Г.П. Технические средства дл дистанционного осмотра водного транспорта на плаву// Тез. докл. научнс практической конференции «Транспорт России». Санкт-Петербург, 1992.—С.59.