RU2560829C2 - Mechatronic modular robot - Google Patents
Mechatronic modular robot Download PDFInfo
- Publication number
- RU2560829C2 RU2560829C2 RU2013105810/08A RU2013105810A RU2560829C2 RU 2560829 C2 RU2560829 C2 RU 2560829C2 RU 2013105810/08 A RU2013105810/08 A RU 2013105810/08A RU 2013105810 A RU2013105810 A RU 2013105810A RU 2560829 C2 RU2560829 C2 RU 2560829C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mechatronic
- module
- modules
- robot
- modular
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Numerical Control (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 of 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 робот, полученный при помощи указанного способа (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 of 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 and a robot obtained using this method (I.M. Makarov, V.M. Lokhin, S.V. Manko, M.P. Romanov, M.V. Kadochnikov. IT, ″ Knowledge Processing Technologies for Control Autonomous Mechatronic Modular Reconfigurable Robots ″, Appendix to ″ Information nnye tekhnologii ″ No. 8, M.: New Technologies, 2010, pp. 3-7, Fig. 14 - prototype).
Указанный способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза мехатронно-модульных роботов заключается в создании конкретных модулей и 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 is to create specific modules and memorize the specific positions of individual modules to solve targets.
Недостатками данного технического решения является его значительная сложность, низкая эффективность ориентации в окружающей среде реконфигурируемых мехатронных устройств, преимущественно мехатронно-модульных роботов.The disadvantages of this technical solution 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 мехатронно-модульного робота, 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 mechatronic-modular robot, the use of which will speed up the synthesis process, as well as increase the orientation efficiency in the environment and the reliability of the created mechatronic devices, mainly mechatronic-modular robots.
Решение поставленной задачи достигается тем, что предложенный мехатронно-модульный робот согласно изобретению состоит, 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, при этом первичный модуль является управляющим модулем по отношению к последующим, с ним стыкуемым, при этом стыкуемые с ним модули имеют возможность к самостоятельному осуществлению алгоритма сборки и синтеза структуры робота на более низком уровне, чем упомянутый управляющий модуль, 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, при этом альтернативные переменные для алгоритмов управления синтезированной мехатронно-модульной конструкцией для описания параметров периодического закона движения выбраны из следующего соотношения:The solution to this problem is achieved by the fact that the proposed mechatronic-modular robot according to the invention consists of at least two interconnected identical modules, preferably two or more, primary and again mating with it, having interface platforms for docking, while the primary the module is a control module with respect to the subsequent ones that are dockable with it, while the modules that are docked with it have the ability to independently implement the algorithm for assembling and synthesizing the structure of the robot for more than at a lower level than the mentioned control module, and the number of modules combined into the mentioned robot is determined from the relation: n = 1, N, where: n is the number of modules combined into one robot is determined from the ratio n = 1 + x 1 + 2x 2 + 4x 3 + 8x 4 , where: x 1 , x 4 = 1,0 is the number of interface pads on the module, N≤16 is the limit number of modules that can be combined into one robot, while pairing each new module with previously assembled / and implemented along the selected direction and provided by the docking of its first interface platform with one and h free on any other structural elements occupying the closest extreme position in one or another row, moreover, the interface pads of each module are configured to dock with similar pads in at least four diametrically opposite directions, with alternative variables for synthesized mechatronic control algorithms -modular design to describe the parameters of the periodic law of motion selected from the following relationship:
Angle=А+В sin(ωt+φ),Angle = A + B sin (ωt + φ),
где: A - значение обобщенной координаты, относительно которой происходит периодическое движение; B - амплитуда периодического колебания обобщенной координаты, причем суммарная величина не превышает максимально допустимого отклонения обобщенной координаты модуля; φ - смещение фазы периодического движения.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, and the total value does not exceed the maximum permissible deviation of the generalized coordinate of the module; φ is the phase shift of the periodic motion.
В варианте исполнения для оптимизационного структурного синтеза, выбраны значения альтернативных переменных, обеспечивающих максимальное значение функции:In the embodiment for the optimization of structural synthesis, the values of alternative variables are selected that provide the maximum value of the function:
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 - the maximum permissible deviations of the generalized coordinate of the module relative to its zero value.
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 module, consisting of several modules interconnected by free interface pads, and forming a figure in the form of a square, figure 4 - mechatronic module, consisting of n several modules interconnected by free interface pads, and forming a figure in the form of a rectangle.
Мехатронно-модульный робот 1 состоит, как минимум, из двух сопряженных между собой модулей, первичного 2 и вторичного 3. Один из двух сопрягаемых между собой модулей, преимущественно первичный 2, является управляющим по отношению к другому, вторичному 3, с ним стыкуемым, при этом стыкуемые с модулем 2 вторичные модули 3 имеют возможность к самостоятельному осуществлению алгоритма сборки и синтеза структуры робота на более низком уровне, чем упомянутый управляющий модуль 1, причем указанная иерархия в структуре мехатронно-модульного робота соблюдается при последующем сопряжении модулей до формирования окончательной структуры мехатронно-модульного робота. Сопряжение каждого нового модуля с ранее собранным/и осуществлено вдоль выбранного направления и обеспечено стыковкой его первой свободной интерфейсной площадки 4 с одной из свободных аналогичных площадок 4 на любых других элементах конструкции, занимающих ближайшее крайнее положение в том или ином ряду. Несвободная интерфейсная площадка 5 образована за счет стыковки между собой двух свободных интерфейсных площадок 4.The mechatronic-
Предложенный мехатронно-модульный робот может быть создан следующим образом.The proposed mechatronic-modular robot can be created 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.
Обозначают количество модулей 2 и 3, объединяемых в один мехатронно-модульный робот 1, без четко выраженной структуры,
При блочно-модульной сборке робота 1 полагают, что сопряжение каждого нового модуля с ранее собранными осуществляется вдоль выбранного направления и обеспечивается стыковкой его первой свободной интерфейсной площадки 4 с одной из свободных аналогичных интерфейсных площадок 4 на любых других модулях 2 и 3, как элементах конструкции, занимающих ближайшее крайнее положение в том или ином ряду.When 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 mounting location 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:
Номер площадки, выбираемой для стыковки n-го модуля в двоичном исчислении, записывают в следующем виде:The number of the site selected for joining the nth module in binary terms is written as follows:
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=А+В sm(cjt+(р),Angle = A + B sm (cjt + (p),
где: A - значение обобщенной координаты, относительно которой происходит периодическое движение;where: A is the value of the generalized coordinate with respect to which periodic motion occurs;
B - амплитуда периодического колебания обобщенной координаты; суммарная величина
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 setting 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 , обеспечивающих максимальное значение функции.Then, for optimization structural synthesis, the values of alternative variables are selected that provide the maximum value of the function.
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 fдачи используют рандомизированной алгоритм многоальтернативной оптимизации, который дополняют еще одним уровнем в рамках управляемого роя частиц.To find the maximum value of the f-function, a randomized multi-alternative optimization algorithm 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 performed 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 p n : 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.
Предложенный мехатронно-модульный робот функционирует следующим образом.The proposed mechatronic-modular robot operates as follows.
Произвольно выбирается управляющий первичный модуль 2 со свободной интерфейсной площадкой 4 и стыкуется с любым произвольно выбранным вторичным модулем 3 с аналогичной свободной интерфейсной площадкой 4. При стыковке между собой двух свободных интерфейсных площадок 4 образуется несвободная интерфейсная площадка 5. Дальнейшее присоединение свободных модулей 3 к образованному модулю, состоящему из двух первоначально соединенных между собой управляющего модуля 2 и вторичного 3, происходит вдоль выбранного направления с образованием требуемой конечной структуры мехатронно-модульного робота.A control
Использование предложенного технического решения позволит проводить синтез структуры многоинвариантной модели мехатронно-модульных роботов с последующим фиксированием полученных оптимальных решений с последующим повышением количества возможных итераций мехатронно-модульного робота при значительном сокращении времени синтеза.Using the proposed technical solution will allow us 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)
где: А - значение обобщенной координаты, относительно которой происходит периодическое движение; В - амплитуда периодического колебания обобщенной координаты, причем суммарная величина |А|+|В| не превышает максимально допустимого отклонения обобщенной координаты модуля; φ - смещение фазы периодического движения.1. Mechatronic-modular robot, characterized in that it consists of at least two interconnected identical modules, a primary and again interfaced / s, having interface pads for docking, while the primary module is a control module with respect to the next one that is docked with it, while the modules docked with it have the opportunity to independently implement the algorithm for assembling and synthesizing the structure of the robot at a lower level than the mentioned control module, and the number of modules taken into the mentioned robot, it is determined from the relation: n = 1, N, where: n is the number of modules combined into one robot, it is determined from the relation n = 1 + x 1 + 2x 2 + 4x 3 + 8x 4 , where: x 1 , x 4 = 1,0 - the number of interface pads on the module, N≤16 - the limit 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 provided with its first docking interface platform with one of the free on any other structural elements occupying the nearest extreme position in one row or another, moreover, the interface pads of each module are capable of docking with similar pads in at least four diametrically opposite directions, while the alternative variables for the control algorithms of the synthesized mechatronic-modular design for describing the parameters of the periodic law of motion are selected from the following ratio:
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, and the total value | A | + | B | does not exceed the maximum permissible deviation of the generalized coordinate of the module; φ is the phase shift of the periodic motion.
при ограничениях n=1,N
где: ymax, zmax - максимально допустимые отклонения обобщенной координаты модуля относительно ее нулевого значения. 2. The mechatronic-modular robot according to claim 1, characterized in that for the optimization of structural synthesis use the function f - a randomized algorithm of multi-alternative optimization with the choice of values of alternative variables providing the maximum value of the function:
under the restrictions n = 1, N
where: ymaxzmax - the maximum permissible deviations of the generalized coordinate of the module relative to its zero value.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013105810/08A RU2560829C2 (en) | 2013-02-12 | 2013-02-12 | Mechatronic modular robot |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013105810/08A RU2560829C2 (en) | 2013-02-12 | 2013-02-12 | Mechatronic modular robot |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013105810A RU2013105810A (en) | 2014-08-20 |
RU2560829C2 true RU2560829C2 (en) | 2015-08-20 |
Family
ID=51384158
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013105810/08A RU2560829C2 (en) | 2013-02-12 | 2013-02-12 | Mechatronic modular robot |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2560829C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2744050C1 (en) * | 2020-07-20 | 2021-03-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" | Heterogeneous modular reconfigurable mobile robot |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1158344A1 (en) * | 1983-02-28 | 1985-05-30 | Предприятие П/Я Ю-9192 | Modular-design industrial robot |
SU1548032A1 (en) * | 1987-05-13 | 1990-03-07 | Украинский Научно-Исследовательский Институт Станков И Инструментов | Industrial robot |
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 |
-
2013
- 2013-02-12 RU RU2013105810/08A patent/RU2560829C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1158344A1 (en) * | 1983-02-28 | 1985-05-30 | Предприятие П/Я Ю-9192 | Modular-design industrial robot |
SU1548032A1 (en) * | 1987-05-13 | 1990-03-07 | Украинский Научно-Исследовательский Институт Станков И Инструментов | Industrial robot |
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 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2744050C1 (en) * | 2020-07-20 | 2021-03-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" | Heterogeneous modular reconfigurable mobile robot |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013105810A (en) | 2014-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11409263B2 (en) | Method for programming repeating motion of redundant robotic arm | |
Liu et al. | A distributed reconfiguration planning algorithm for modular robots | |
CN103970020A (en) | Mobile robot system and coordination control method of mobile robot system in hybrid interaction environment | |
RU2560829C2 (en) | Mechatronic modular robot | |
Zhang et al. | Distributed coverage optimization for deployment of directional sensor networks | |
Vladareanu et al. | The navigation of mobile robots in non-stationary and non-structured environments | |
CN110348171B (en) | OpenFOAM-based numerical simulation model establishing method for three-dimensional sea wave and load interaction | |
Park et al. | A study of sweeping coverage path planning method for deep-sea manganese nodule mining robot | |
RU2572382C2 (en) | Mechatronic-modular robot and method for multi-alternative optimisation of structural synthesis automation models for creation thereof | |
RU2560830C2 (en) | Mechatronic modular robot, and method of multialternative optimisation of models of structural synthesis automatisation of its creation | |
RU2556432C2 (en) | Method for multialternative optimisation of structural synthesis automation models for creating mechatronic modular robots | |
RU2572381C2 (en) | Mechanotronic-modular robot | |
Kayhani et al. | Construction equipment collision-free path planning using robotic approach | |
RU2560828C2 (en) | Mechatronic modular robot and method of multialternative optimisation of modules of structural synthesis automatisation of its creation | |
RU2572374C2 (en) | Method for multialternative optimisation of structural synthesis automation models for creating mechatronic modular robots | |
RU2572383C2 (en) | Method for multi-alternative optimisation of structural synthesis automation models for creating mechatronic modular robots | |
RU2569579C2 (en) | Mechatronic-modular robot | |
Lindsey et al. | Distributed construction of truss structures | |
RU2493577C1 (en) | Method for multialternative optimisation of automation modules of structural synthesis of mechatronic modular robots | |
RU2514925C2 (en) | Mechanotronic modular robot | |
CN106647248A (en) | Method and apparatus for determining the inverse solution result of robots in series | |
Melo et al. | Parameterized space conditions for the definition of locomotion modes in modular snake robots | |
CN109976384A (en) | A kind of autonomous underwater robot and path follow-up control method, device | |
CN111857166B (en) | Depth-setting control method and device for underwater robot and corresponding underwater robot | |
Sucan et al. | Kinodynamic motion planning with hardware demonstrations |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160213 |