RU2493577C1 - Method for multialternative optimisation of automation modules of structural synthesis of mechatronic modular robots - Google Patents

Method for multialternative optimisation of automation modules of structural synthesis of mechatronic modular robots Download PDF

Info

Publication number
RU2493577C1
RU2493577C1 RU2012117133/08A RU2012117133A RU2493577C1 RU 2493577 C1 RU2493577 C1 RU 2493577C1 RU 2012117133/08 A RU2012117133/08 A RU 2012117133/08A RU 2012117133 A RU2012117133 A RU 2012117133A RU 2493577 C1 RU2493577 C1 RU 2493577C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mechatronic
synthesis
modules
max
robot
Prior art date
Application number
RU2012117133/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Яков Евсеевич Львович
Сергей Валерьевич Андраханов
Дмитрий Анатольевич Никитенко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет"
Priority to RU2012117133/08A priority Critical patent/RU2493577C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2493577C1 publication Critical patent/RU2493577C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: method for multialternative optimisation of automation modules of structural synthesis of mechatronic modular robots is proposed, in which at performance of synthesis of the multiinvariant model structure of mechatronic modular robots, and further fixation of obtained optimum solutions, a variety of design elements is considered and corresponding alternative variables are entered by presenting discrete numbers corresponding to those elements in binary notation; after that, the number of modules combined in one robot, mainly without distinct structure are marked, and connection of every new module is provided to earlier assembled ones along the chosen direction and coupling of its first interface platform is performed to one of the free ones on any other structural members occupying the closest extreme position in this or that row; after that, alternative variables are entered; at that, for optimisation structural synthesis there chosen are values of alternative variables x 1 * , x 41 n * ¯
Figure 00000030
providing maximum value of function f.
EFFECT: enhancement of a synthesis process; improvement of operating reliability of mechatronic modular robots.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к робототехнике, и может быть использовано при создании мехатронно-модульных роботов.The invention relates to mechanical engineering, namely to robotics, and can be used to create mechatronic-modular robots.

Одним из важнейших и перспективных направлений развития современной робототехники связано с разработкой нового класса устройств - многозвенных мехатронно-модульных роботов с адаптивной структурой. Структурный синтез при проектировании реконфигурируемых мехатронно - модульных роботов рассматривается как одновременное, автоматизированное решение двух задач выбора: порядка блочно-модульной сборки и варианта настройки априорно периодического закона изменения обобщенных координат (y, z), определяющего алгоритм управления движением.One of the most important and promising areas of development of modern robotics is associated with the development of a new class of devices - multi-link mechatronic-modular robots with an adaptive structure. Structural synthesis in the design of reconfigurable mechatronic - modular robots is considered as a simultaneous, automated solution to two selection problems: the order of the block-modular assembly and the configuration option of the a priori periodic law of variation of the generalized coordinates (y, z), which determines the motion control algorithm.

Известен способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза мехатронно-модульных роботов, заключающийся в проведении синтеза структуры многоинвариантной модели мехатронно-модульных роботов, и последующей фиксации полученных оптимальных решений (И.М. Макаров, В.М. Лохин, С.В. Манько, М.П. Романов, М.В. Кадочников. ИТ, "Технологии обработки знаний в задачах управления автономными мехатронно-модульными реконфигурируемыми роботами" приложение к "Информационные технологии" №8, М., "Новые технологии", 2010, стр.3-7, рис.14-прототип).There is a method for multi-alternative optimization of automation models for structural synthesis of mechatronic-modular robots, which consists in synthesizing the structure of a multi-invariant model of mechatronic-modular robots, and subsequent fixation of the obtained optimal solutions (I.M. Makarov, V.M. Lokhin, S.V. Manko, MP Romanov, MV Kadochnikov. IT, "Knowledge Processing Technologies in the Control Problems of Autonomous Mechatronic Modular Reconfigurable Robots" Appendix to "Information Technologies" No. 8, M., "New Technologies", 2010, p. 3 -7, ri p.14 prototype).

Указанный способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза мехатронно-модульных роботов, заключается в запоминании конкретных положений отдельных модулей для решения целевых задач.The indicated method of multi-alternative optimization of models of automation of structural synthesis of mechatronic-modular robots consists in storing specific positions of individual modules for solving target tasks.

Недостатками данного способа является его значительная сложность, низкая эффективность ориентации в окружающей среде реконфигурируемых мехатронных устройств, преимущественно, мехатронно-модульных роботов.The disadvantages of this method is its significant complexity, low orientation efficiency in the environment of reconfigurable mechatronic devices, mainly mechatronic-modular robots.

Задачей предложенного технического решения является устранение указанных недостатков и создание способа многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза мехатронно-модульных роботов, применение которого позволит ускорить процесс синтеза, а также повысит эффективность ориентации в окружающей среде и надежность работы создаваемых мехатронных устройств, преимущественно, мехатронно-модульных роботов.The objective of the proposed technical solution is to eliminate these drawbacks and create a multi-alternative optimization model for automating structural synthesis of mechatronic-modular robots, the use of which will speed up the synthesis process, as well as increase the efficiency of orientation in the environment and the reliability of the created mechatronic devices, mainly mechatronic-modular robots .

Решение поставленной задачи достигается тем, что в предложенном способе многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза мехатронно-модульных роботов, согласно изобретению, при проведении синтеза структуры многоинвариантной модели мехатронно-модульных роботов, состоящих, как минимум, из двух сопряженных между собой тождественных модулей, предпочтительно, двух и более, первичного и вновь с ним сопрягаемого/ых, имеющих интерфейсные площадки для стыковки, причем количество модулей, объединяемых в упомянутый робот, определено из соотношения: n=1,N, где: n - количество модулей, объединяемых в один робот, определено из соотношения n=1+x1+2x2+4x3+8x4, где: x1, x4=1,0 - количество интерфейсных площадок на модуле, N≤16 - предельное количество модулей, которые могут быть объединены в один робот, при этом сопряжение каждого нового модуля с ранее собранным/и осуществлено вдоль выбранного направления и обеспечено стыковкой его первой интерфейсной площадки с одной из свободных на любых других элементах конструкции, занимающих ближайшее крайнее положение в том или ином ряду, причем интерфейсные площадки каждого модуля выполнены с возможностью стыковки с аналогичными площадками, по крайней мере, в четырех диаметрально противоположных направлениях, и последующем фиксировании полученных оптимальных решений, рассматривают множество проектных элементов и вводят соответствующие альтернативные переменные путем представления дискретных чисел, соответствующих этим элементам, в двоичном исчислении, после чего обозначают количество модулей, объединяемых в один робот, преимущественно, без четко выраженной структуры, и обеспечивают сопряжение каждого нового модуля с ранее собранными вдоль выбранного направления и стыковку его первой интерфейсной площадки с одной из свободных на любых других элементах конструкции, занимающих ближайшее крайнее положение в том или ином ряду, после чего вводят альтернативные переменные для описания параметров периодического закона следующим образом:The solution of this problem is achieved by the fact that in the proposed method of multi-alternative optimization of models of automation of structural synthesis of mechatronic-modular robots, according to the invention, when synthesizing the structure of a multi-invariant model of mechatronic-modular robots consisting of at least two identical modules interconnected, preferably two or more, primary and again mating with them, having interface platforms for docking, the number of modules being combined into the aforementioned revolutions, determined from the ratio: n = 1, N, where: n is the number of modules combined into one robot, determined from the ratio n = 1 + x1 + 2x2 + 4x3 + 8x4, where: x1, x4 = 1.0 - number interface pads on the module, N≤16 - the maximum number of modules that can be combined into one robot, while each new module is paired with the previously assembled / and is carried out along the selected direction and is provided by docking its first interface pad with one of the free ones on any other structural elements occupying the closest extreme position in one or another row y, and the interface pads of each module are configured to dock with similar pads in at least four diametrically opposite directions, and then fix the resulting optimal solutions, consider a lot of design elements and introduce the corresponding alternative variables by representing discrete numbers corresponding to these elements, in binary terms, after which they indicate the number of modules combined into one robot, mainly without a clearly defined page structures, and ensure the coupling of each new module with previously assembled along the selected direction and the docking of its first interface pad with one of the free on any other structural elements that occupy the closest extreme position in one or another row, after which alternative variables are introduced to describe the parameters of the periodic law in the following way:

Angle=A+Bsin(ωt+φ),Angle = A + Bsin (ωt + φ),

где: А - значение обобщенной координаты, относительно которой происходит периодическое движение;where: A is the value of the generalized coordinate with respect to which periodic motion occurs;

В - амплитуда периодического колебания обобщенной координаты; суммарная величина А+В не должна превышать максимально допустимого отклонения обобщенной координаты модуля;B is the amplitude of the periodic oscillations of the generalized coordinate; the total value of A + B should not exceed the maximum permissible deviation of the generalized coordinate of the module;

φ - смещение фазы периодического движения.φ is the phase shift of the periodic motion.

при этом, для оптимизационного структурного синтеза выбирают значения альтернативных переменных x 1 * , x 41 n * ¯

Figure 00000001
, обеспечивающих максимальное значение функции f:at the same time, for optimization structural synthesis, the values of alternative variables are chosen x one * , x 41 n * ¯
Figure 00000001
providing the maximum value of the function f:

f = [ y ( x 1 , x 41 n ¯ ) ] 2 + [ z ( x 1 , x 41 n ¯ ) ] 2 N ( x 1 , x 4 n ¯ ) N c ( x 10 , x 41 n ¯ ) max

Figure 00000002
f = [ y ( x one , x 41 n ¯ ) ] 2 + [ z ( x one , x 41 n ¯ ) ] 2 N ( x one , x four n ¯ ) N c ( x 10 , x 41 n ¯ ) max
Figure 00000002

при ограничениях n=1, Nunder the restrictions n = 1, N

| A 1 ( x 10 , x 12 n ¯ ) + B 1 ( x 14 n , z 17 n ¯ ) | y max ,

Figure 00000003
| A one ( x 10 , x 12 n ¯ ) + B one ( x fourteen n , z 17 n ¯ ) | y max ,
Figure 00000003

| A 2 ( x 26 , x 29 n ¯ ) + B 2 ( x 30 n , z 33 n ¯ ) | z max

Figure 00000004
| A 2 ( x 26 , x 29th n ¯ ) + B 2 ( x thirty n , z 33 n ¯ ) | z max
Figure 00000004

x 1 , x 41 n ¯ = { 1, 0.

Figure 00000005
x one , x 41 n ¯ = { one, 0.
Figure 00000005

где: ymax, zmax - максимально допустимые отклонения обобщенной координаты модуля относительно ее нулевого значения, при этом для нахождения максимального значения функции f, используют рандомизированной алгоритм многоальтернативной оптимизации.where: y max , z max are the maximum permissible deviations of the generalized coordinate of the module relative to its zero value, and in order to find the maximum value of the function f, a randomized algorithm of multi-alternative optimization is used.

В варианте использования способа, для нахождения максимального значения функции f, рандомизированной алгоритм многоальтернативной оптимизации дополняют еще одним уровнем в рамках управляемого роя частиц.In a variant of using the method, in order to find the maximum value of the function f, a randomized algorithm of multi-alternative optimization is supplemented by another level within the framework of a controlled swarm of particles.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показаны отдельные мехатронно-модульные роботы со свободными интерфейсными площадками, на фиг.2 - мехатронно-модульный робот, состоящий из нескольких модулей, соединенных между собой по свободным интерфейсным площадкам и образующий фигуру в виде многоугольника, на фиг.3 - мехатронно-модульный робот, состоящий, из нескольких модулей, соединенных между собой по свободным интерфейсным площадкам и образующий фигуру в виде квадрата, на фиг.4 - мехатронно-модульный робот, состоящий, из нескольких модулей, соединенных между собой по свободным интерфейсным площадкам и образующий фигуру в виде прямоугольника.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows individual mechatronic-modular robots with free interface pads, Fig. 2 - a mechatronic-modular robot, consisting of several modules interconnected by free interface pads and forming a polygon-shaped figure, figure 3 - mechatronic-modular robot, consisting of several modules interconnected by free interface pads and forming a figure in the form of a square, figure 4 - mechatronic-modular robot, consisting of n several modules interconnected by free interface pads and forming a figure in the form of a rectangle.

На чертежах под поз.1 обозначен отдельный мехатронно-модульный робот, состоящий из одного модуля, поз.2 - свободная интерфейсная площадка, поз.3 - интерфейсная площадка, использованная для стыковки с другим отдельным мехатронно-модульным роботом, состоящим из одного модуля, поз.4 - мехатронно-модульный робот, состоящий из нескольких модулей 1, соединенных между собой по свободным интерфейсным площадкам 2.In the drawings, pos. 1 designates a separate mechatronic-modular robot, consisting of one module, pos. 2 - a free interface pad, pos. 3 - an interface pad used for docking with another separate mechatronic-modular robot, consisting of one module, pos .4 - mechatronic modular robot, consisting of several modules 1, interconnected by free interface pads 2.

Предложенный способ может быть реализован следующим образом.The proposed method can be implemented as follows.

Рассматривают множество проектных элементов и вводят соответствующие альтернативные переменные путем представления дискретных чисел, соответствующих этим элементам, в двоичном исчислении.Consider a variety of design elements and introduce the corresponding alternative variables by representing the discrete numbers corresponding to these elements in binary terms.

Обозначаем количество модулей 1, объединяемых в один мехатронно-модульный робот 4, без четко выраженной структуры, n = 1, N ¯

Figure 00000006
Тогда в двоичном исчислении получают при N≤16, где: N - количество сторон, n - количество возможный итераций.We denote the number of modules 1, combined into one mechatronic-modular robot 4, without a clearly defined structure, n = one, N ¯
Figure 00000006
Then, in binary terms, get at N≤16, where: N is the number of sides, n is the number of possible iterations.

n=1+x1+2x2+4x3+8x4,n = 1 + x 1 + 2x 2 + 4x 3 + 8x 4 ,

где x 1 , x 4 ¯ = { 1, 0.

Figure 00000007
Where x one , x four ¯ = { one, 0.
Figure 00000007

При блочно - модульной сборке робота 4 полагают, что сопряжение каждого нового модуля 1 с ранее собранными осуществляется вдоль выбранного направления и обеспечивается стыковкой его первой интерфейсной площадки 2 с одной из свободных аналогичных интерфейсных площадок 2 на любых других модулях 1, как элементах конструкции, занимающих ближайшее крайнее положение в том или ином ряду.During the block-modular assembly of the robot 4, it is believed that each new module 1 is paired with the previously assembled ones along the selected direction and is provided by docking its first interface pad 2 with one of the free similar interface pads 2 on any other modules 1, as structural elements occupying the nearest extreme position in one or another row.

Выделяют этот алгоритм преимущественно как Асб. Описание порядка сборки приводят к указанию направления и места крепления очередного элемента с использованием алгоритма Асб.Allocate this algorithm mainly as Asb. A description of the assembly order leads to an indication of the direction and place of attachment of the next element using the Asb algorithm.

В направлении для стыковки n-го модуля пет принимают четыре значения ncm=1 - север, ncm=2 - восток, ncm=3 - юг, ncm=4 - запад и представляют через альтернативные переменные:In the direction for joining the nth module, four values are taken: n cm = 1 - north, n cm = 2 - east, n cm = 3 - south, n cm = 4 - west and are represented through alternative variables:

ncm.n=1+x5n+2x6n,n cm.n = 1 + x 5n + 2x 6n ,

где n = 1, N ¯

Figure 00000008
, x 5 n , x 6 n = { 1, 0.
Figure 00000009
Where n = one, N ¯
Figure 00000008
, x 5 n , x 6 n = { one, 0.
Figure 00000009

Номер площадки, выбираемой для стыковки n - го модуля в двоичном исчислении, записывают в следующем виде:The number of the site selected for docking of the nth module in binary terms is written as follows:

ncm.n=1+x7n+2x8n+4x9n,n cm.n = 1 + x 7n + 2x 8n + 4x 9n ,

где n = 2, N ¯

Figure 00000010
, x 7 n , x 9 n ¯ = { 1, 0.
Figure 00000011
Where n = 2 N ¯
Figure 00000010
, x 7 n , x 9 n ¯ = { one, 0.
Figure 00000011

Альтернативные переменные для описания параметров периодического закона вводят следующим образом:Alternative variables for describing the parameters of the periodic law are introduced as follows:

Angle=A+Bsin(ωt+φ),Angle = A + Bsin (ωt + φ),

где: А - значение обобщенной координаты, относительно которой происходит периодическое движение;where: A is the value of the generalized coordinate with respect to which periodic motion occurs;

В - амплитуда периодического колебания обобщенной координаты; суммарная величина |A|+|B| не должна превышать максимально допустимого отклонения обобщенной координаты модуля;B is the amplitude of the periodic oscillations of the generalized coordinate; total value | A | + | B | must not exceed the maximum permissible deviation of the generalized coordinate of the module;

φ - смещение фазы периодического движения.φ is the phase shift of the periodic motion.

Настройкой параметров этого закона определяют алгоритмы управления, синтезируемой мехатронно-модульной конструкции. Указанные параметры характеризуются дискретными значениями, имеющими соответствующие численные номера в пределах N≤16.By adjusting the parameters of this law, control algorithms for the synthesized mechatronic-modular design are determined. These parameters are characterized by discrete values having corresponding numerical numbers within N≤16.

Затем для оптимизационного структурного синтеза выбирают значения альтернативных переменных x 1 * , x 41 n * ¯

Figure 00000012
, обеспечивающих максимальное значение функции.Then, for optimization structural synthesis, the values of alternative variables are selected x one * , x 41 n * ¯
Figure 00000012
providing the maximum value of the function.

f = [ y ( x 1 , x 41 n ¯ ) ] 2 + [ z ( x 1 , x 41 n ¯ ) ] 2 N ( x 1 , x 4 n ¯ ) N c ( x 10 , x 41 n ¯ ) max

Figure 00000013
f = [ y ( x one , x 41 n ¯ ) ] 2 + [ z ( x one , x 41 n ¯ ) ] 2 N ( x one , x four n ¯ ) N c ( x 10 , x 41 n ¯ ) max
Figure 00000013

при ограничениях n=1, Nunder the restrictions n = 1, N

| A 1 ( x 10 , x 12 n ¯ ) + B 1 ( x 14 n , z 17 n ¯ ) | y max ,

Figure 00000014
| A one ( x 10 , x 12 n ¯ ) + B one ( x fourteen n , z 17 n ¯ ) | y max ,
Figure 00000014

| A 2 ( x 26 , x 29 n ¯ ) + B 2 ( x 30 n , z 33 n ¯ ) | z max

Figure 00000015
| A 2 ( x 26 , x 29th n ¯ ) + B 2 ( x thirty n , z 33 n ¯ ) | z max
Figure 00000015

x 1 , x 41 n ¯ = { 1, 0.

Figure 00000016
x one , x 41 n ¯ = { one, 0.
Figure 00000016

где ymax, zmax - максимально допустимые отклонения обобщенной координаты модуля относительно ее нулевого значения.where y max , z max are the maximum permissible deviations of the generalized coordinate of the module relative to its zero value.

Для нахождения максимального значения функции гдачи, используют рандомизированной алгоритм многоальтернативной оптимизации, который дополняют еще одним уровнем в рамках управляемого роя частиц.To find the maximum value of the recoil function, a randomized algorithm of multi-alternative optimization is used, which is supplemented by another level within the framework of a controlled swarm of particles.

Для синхронизации процедуры метода роя частиц и вариационной процедуры многоальтернативной оптимизации на каждом шаге управляют выбором частицы для обновления скорости изменения координат, которую осуществляют с использованием рандомизированной схемы. С этой целью вводят случайную дискретную величину m, которая принимает значение m=1,М с вероятностью pn. На первом шаге получают:To synchronize the procedures of the particle swarm method and the variational multi-alternative optimization procedure, the choice of particles for updating the coordinate change rate, which is carried out using a randomized scheme, is controlled at each step. For this purpose, a random discrete quantity m is introduced, which takes the value m = 1, M with probability pn. In the first step receive:

p n 1 = 1 N n = 1, N ¯

Figure 00000017
. p n one = one N n = one, N ¯
Figure 00000017
.

Далее изменение значений p n k

Figure 00000018
при условии n = 1 M p n ν k = 1
Figure 00000019
осуществляют следующим образом. Определяют значение случайной величины n ˜
Figure 00000020
. Пусть n ˜ = ν
Figure 00000021
. Тогда скорости изменения координат на (k+1)-м шаге вычисляются:Further change of values p n k
Figure 00000018
provided n = one M p n ν k = one
Figure 00000019
carried out as follows. Determine the value of a random variable n ˜
Figure 00000020
. Let be n ˜ = ν
Figure 00000021
. Then the coordinate change rates at the (k + 1) th step are calculated:

ν m n r + 1 = { ν m n r , n = 1, N ¯ , n ν , p B m n r + 1 [ q z m n r æ ( 1 m F ) p z m n r æ ( Δ 1 m n F ) , n = ν

Figure 00000022
ν m n r + one = { ν m n r , n = one, N ¯ , n ν , p B m n r + one [ q z m n r æ ( one m F ) - p z m n r æ ( - Δ one m n F ) , n = ν
Figure 00000022

а значение вероятностей pn:and the probability value p n :

p n k + 1 = { p n k 1 + ε k + 1 n = 1, N ¯ , n ν , p n k + ε k + 1 1 + ε k + 1 , n = ν .

Figure 00000023
p n k + one = { p n k one + ε k + one n = one, N ¯ , n ν , p n k + ε k + one one + ε k + one , n = ν .
Figure 00000023

При этом величина ε>0 определяет степень рекордности движения ν-й частицы в направлении к экстремуму оптимизируемой функции.Moreover, the quantity ε> 0 determines the degree of record-breaking motion of the νth particle in the direction toward the extremum of the optimized function.

Использование предложенного технического решения позволит проводить синтез структуры многоинвариантной модели мехатронно-модульных роботов с последующим фиксированием полученных оптимальных решений с последующем повышением количества возможных итераций мехатронно-модульного робота при значительном сокращении времени синтеза.Using the proposed technical solution will make it possible to synthesize the structure of a multi-invariant model of mechatronic-modular robots with subsequent fixing of the obtained optimal solutions with a subsequent increase in the number of possible iterations of the mechatronic-modular robot with a significant reduction in the synthesis time.

Claims (2)

1. Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза мехатронно-модульных роботов, характеризующийся тем, что при проведении синтеза структуры многоинвариантной модели мехатронно-модульных роботов, состоящих, как минимум, из двух сопряженных между собой тождественных модулей, предпочтительно, двух и более, первичного и вновь с ним сопрягаемого/ых, имеющих интерфейсные площадки для стыковки, причем количество модулей, объединяемых в упомянутый робот, определено из соотношения: n=1,N, где n - количество модулей, объединяемых в один робот, определено из соотношения n=1+х1+2х2+4х3+8х4, где:х1, х4=1,0 - количество интерфейсных площадок на модуле, N≤16 - предельное количество модулей, которые могут быть объединены в один робот, при этом сопряжение каждого нового модуля с ранее собранным/и осуществлено вдоль выбранного направления и обеспечено стыковкой его первой интерфейсной площадки с одной из свободных на любых других элементах конструкции, занимающих ближайшее крайнее положение в том или ином ряду, причем интерфейсные площадки каждого модуля выполнены с возможностью стыковки с аналогичными площадками, по крайней мере, в четырех диаметрально противоположных направлениях, и последующем фиксировании полученных оптимальных решений, рассматривают множество проектных элементов и вводят соответствующие альтернативные переменные путем представления дискретных чисел, соответствующих этим элементам, в двоичном исчислении, после чего обозначают количество модулей, объединяемых в один робот, преимущественно, без четко выраженной структуры, и обеспечивают сопряжение каждого нового модуля с ранее собранными вдоль выбранного направления и стыковку его первой интерфейсной площадки с одной из свободных на любых других элементах конструкции, занимающих ближайшее крайнее положение в том или ином ряду, после чего вводят альтернативные переменные для описания параметров периодического закона следующим образом:
Angle=A+Bsin(ωt+φ),
где А - значение обобщенной координаты, относительно которой происходит периодическое движение;
В - амплитуда периодического колебания обобщенной координаты;
суммарная величина А+В не должна превышать максимально допустимого отклонения обобщенной координаты модуля;
φ - смещение фазы периодического движения,
при этом для оптимизационного структурного синтеза выбирают значения альтернативных переменных x 1 * , x 41 n * ¯
Figure 00000024
, обеспечивающих максимальное значение функции f:
f = [ y ( x 1 , x 41 n ¯ ) ] 2 + [ z ( x 1 , x 41 n ¯ ) ] 2 N ( x 1 , x 4 n ¯ ) N c ( x 10 , x 41 n ¯ ) max
Figure 00000025

при ограничениях n=1, N
| A 1 ( x 10 , x 12 n ¯ ) + B 1 ( x 14 n , z 17 n ¯ ) | y max
Figure 00000026
,
| A 2 ( x 26 , x 29 n ¯ ) + B 2 ( x 30 n , z 33 n ¯ ) | z max
Figure 00000027

x 1 , x 41 n ¯ = { 1, 0.
Figure 00000028

где ymax, zmax - максимально допустимые отклонения обобщенной координаты модуля относительно ее нулевого значения, при этом для нахождения максимального значения функции f используют рандомизированной алгоритм многоальтернативной оптимизации.
1. A method of multi-alternative optimization of models of automation of structural synthesis of mechatronic-modular robots, characterized in that during the synthesis of the structure of a multi-invariant model of mechatronic-modular robots, consisting of at least two conjugate identical modules, preferably two or more, primary and again mating with them, having interface platforms for docking, and the number of modules combined into the said robot is determined from the ratio: n = 1, N, where n is the number of mod it, combined into one robot, is determined from the relation n = 1 + x1 + 2x2 + 4x3 + 8x4, where: x1, x4 = 1.0 - the number of interface pads on the module, N≤16 - the maximum number of modules that can be combined in one robot, while the pairing of each new module with the previously assembled / and is carried out along the selected direction and provided by the docking of its first interface pad with one of the free on any other structural elements occupying the closest extreme position in one or another row, and the interface pads of each module completed with the possibility of docking with similar sites, in at least four diametrically opposite directions, and subsequent fixing of the obtained optimal solutions, consider a lot of design elements and introduce the corresponding alternative variables by representing the discrete numbers corresponding to these elements in binary terms, and then indicate the number modules combined into one robot, mainly without a clearly defined structure, and ensure pairing of each new module previously assembled along a selected direction and its first docking interface pad with one of the free to any other structural elements occupying the near end position in a given row, and then introduced alternative variables to describe the parameters of the periodic law as follows:
Angle = A + Bsin (ωt + φ),
where A is the value of the generalized coordinate with respect to which periodic motion occurs;
B is the amplitude of the periodic oscillations of the generalized coordinate;
the total value of A + B should not exceed the maximum permissible deviation of the generalized coordinate of the module;
φ is the phase shift of the periodic motion,
in this case, for the optimization of structural synthesis, the values of alternative variables are selected x one * , x 41 n * ¯
Figure 00000024
providing the maximum value of the function f:
f = [ y ( x one , x 41 n ¯ ) ] 2 + [ z ( x one , x 41 n ¯ ) ] 2 N ( x one , x four n ¯ ) N c ( x 10 , x 41 n ¯ ) max
Figure 00000025

under the restrictions n = 1, N
| A one ( x 10 , x 12 n ¯ ) + B one ( x fourteen n , z 17 n ¯ ) | y max
Figure 00000026
,
| A 2 ( x 26 , x 29th n ¯ ) + B 2 ( x thirty n , z 33 n ¯ ) | z max
Figure 00000027

x one , x 41 n ¯ = { one, 0.
Figure 00000028

where y max , z max are the maximum permissible deviations of the generalized coordinate of the module relative to its zero value, and a randomized algorithm of multi-alternative optimization is used to find the maximum value of the function f.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для нахождения максимального значения функции f рандомизированный алгоритм многоальтернативной оптимизации дополняют еще одним уровнем в рамках управляемого роя частиц. 2. The method according to claim 1, characterized in that in order to find the maximum value of the function f, the randomized algorithm of multi-alternative optimization is supplemented by another level within the framework of a controlled swarm of particles.
RU2012117133/08A 2012-04-26 2012-04-26 Method for multialternative optimisation of automation modules of structural synthesis of mechatronic modular robots RU2493577C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012117133/08A RU2493577C1 (en) 2012-04-26 2012-04-26 Method for multialternative optimisation of automation modules of structural synthesis of mechatronic modular robots

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012117133/08A RU2493577C1 (en) 2012-04-26 2012-04-26 Method for multialternative optimisation of automation modules of structural synthesis of mechatronic modular robots

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2493577C1 true RU2493577C1 (en) 2013-09-20

Family

ID=49183546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012117133/08A RU2493577C1 (en) 2012-04-26 2012-04-26 Method for multialternative optimisation of automation modules of structural synthesis of mechatronic modular robots

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2493577C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2166427C2 (en) * 1998-12-15 2001-05-10 Кожевников Андрей Валерьевич Versatile transformable modular robot
US20030110148A1 (en) * 2001-10-19 2003-06-12 Ulyanov Sergei V. Intelligent mechatronic control suspension system based on soft computing
RU2313442C1 (en) * 2005-09-05 2007-12-27 Самсунг Гуангджу Электроникс Ко., Лтд. Mobile robot system provided with several changeable working modules and method for controlling such system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2166427C2 (en) * 1998-12-15 2001-05-10 Кожевников Андрей Валерьевич Versatile transformable modular robot
US20030110148A1 (en) * 2001-10-19 2003-06-12 Ulyanov Sergei V. Intelligent mechatronic control suspension system based on soft computing
RU2313442C1 (en) * 2005-09-05 2007-12-27 Самсунг Гуангджу Электроникс Ко., Лтд. Mobile robot system provided with several changeable working modules and method for controlling such system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11409263B2 (en) Method for programming repeating motion of redundant robotic arm
Kang et al. Planning and visualization for automated robotic crane erection processes in construction
RU2493577C1 (en) Method for multialternative optimisation of automation modules of structural synthesis of mechatronic modular robots
RU2560829C2 (en) Mechatronic modular robot
CN110348171B (en) OpenFOAM-based numerical simulation model establishing method for three-dimensional sea wave and load interaction
RU2572382C2 (en) Mechatronic-modular robot and method for multi-alternative optimisation of structural synthesis automation models for creation thereof
RU2560828C2 (en) Mechatronic modular robot and method of multialternative optimisation of modules of structural synthesis automatisation of its creation
Chattunyakit et al. Bio-inspired structure and behavior of self-recovery quadruped robot with a limited number of functional legs
RU2514925C2 (en) Mechanotronic modular robot
RU2572374C2 (en) Method for multialternative optimisation of structural synthesis automation models for creating mechatronic modular robots
RU2556432C2 (en) Method for multialternative optimisation of structural synthesis automation models for creating mechatronic modular robots
RU2560830C2 (en) Mechatronic modular robot, and method of multialternative optimisation of models of structural synthesis automatisation of its creation
RU2572383C2 (en) Method for multi-alternative optimisation of structural synthesis automation models for creating mechatronic modular robots
RU2569579C2 (en) Mechatronic-modular robot
RU2572381C2 (en) Mechanotronic-modular robot
Meshram et al. Fpga based five axis robot arm controller
Carreno et al. Multi-agent strategy for marine applications via temporal planning
CN109976384A (en) A kind of autonomous underwater robot and path follow-up control method, device
Brunete et al. Offline GA-based optimization for heterogeneous modular multiconfigurable chained microrobots
RU2013114556A (en) MECHATRONO-MODULAR ROBOT AND METHOD OF MULTI-ALTERNATIVE OPTIMIZATION OF MODELS OF AUTOMATION OF STRUCTURAL SYNTHESIS FOR ITS CREATION
Barth et al. Scaled tree fractals do not strictly self-assemble
Sucan et al. Kinodynamic motion planning with hardware demonstrations
Turetta et al. Distributed control architecture for self-reconfigurable manipulators
Özdemir et al. Desingularization of flexible-joint parallel robots
CN107063440A (en) Method, device and the readable storage medium storing program for executing of monitoring vibration equipment

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150427