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 PDFInfo
- 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
Links
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
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
при ограничениях n=1, Nunder the restrictions n = 1, N
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
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+x1+2x2+4x3+8x4,n = 1 + x 1 + 2x 2 + 4x 3 + 8x 4 ,
где
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
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
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
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
при ограничениях n=1, Nunder the restrictions n = 1, N
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:
Далее изменение значений
а значение вероятностей pn:and the probability value p n :
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)
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
при ограничениях n=1, N
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
under the restrictions n = 1, N
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.
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)
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 |
-
2012
- 2012-04-26 RU RU2012117133/08A patent/RU2493577C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
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 |