RU2013114556A - Мехатронно-модульный робот и способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для его создания - Google Patents

Abstract

1. Мехатронно-модульный робот, характеризующийся тем, что он 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=l,N, где: n - количество модулей, объединяемых в один робот, определено из соотношения n=1+x+2x+4x+8x, где: х,х=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:Angle=А+В sin(ωt+φ),где: А - значение обобщенной координаты, относительно которой происходит периодическое движение;

Claims (3)

1. Мехатронно-модульный робот, характеризующийся тем, что он 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=l,N, где: n - количество модулей, объединяемых в один робот, определено из соотношения n=1+x₁+2x₂+4x₃+8x₄, 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, при этом альтернативные переменные для алгоритмов управления синтезированной мехатронно-модульной конструкцией для описания параметров периодического закона движения выбраны из следующего соотношения:

Angle=А+В sin(ωt+φ),

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.

2. Мехатронно-модульный робот по п.1, отличающийся тем, что для оптимизационного структурного синтеза, выбраны значения альтернативных переменных $$\overline{{\chi }_1^{*},{\chi }_{41n}^{*},}$$

обеспечивающих максимальное значение функции:

$$f=\frac{{\left[y\left(\overline{{\chi }_1,{\chi }_{41n}}\right)\right]}^2+{\left[z\left(\overline{{\chi }_1,{\chi }_{41n}}\right)\right]}^2}{N\left(\overline{{\chi }_1,{\chi }_{4n}}\right)N_c\left(\overline{{\chi }_{10},{\chi }_{41n}}\right)}\to \max$$

при ограничениях n=1,N

$$\left|A_1\left(\overline{{\chi }_{10},{\chi }_{12n}}\right)+B_1\left(\overline{{\chi }_{14n},{\chi }_{17n}}\right)\right|\le y^{\max },$$

$$\left|A_2\left(\overline{{\chi }_{26},{\chi }_{29n}}\right)+B_2\left(\overline{{\chi }_{30n},{\chi }_{33n}}\right)\right|\le z^{\max }$$

$$\overline{{\chi }_1,{\chi }_{41n}}=\{\begin{array}{l}\mathrm{1,}\\ 0.\end{array}$$

где: y^max, z^max - максимально допустимые отклонения обобщенной координаты модуля относительно ее нулевого значения.

3. Способ создания мехатронно-модульного робота по п.1, характеризующийся тем, что при проведении синтеза структуры многоинвариантной модели мехатронно-модульных роботов, 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, причем интерфейсные площадки каждого модуля выполняют с возможностью стыковки с аналогичными площадками, по крайней мере, в четырех диаметрально противоположных направлениях, причем первичный модуль выполняют 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, после чего вводят альтернативные переменные для описания параметров периодического закона движения следующим образом:

Angle=А+В sin(ωt+φ),

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; при этом настройкой параметров этого закона определяют алгоритмы управления, синтезируемой мехатронно-модульной конструкции, причем для оптимизационного структурного синтеза выбирают значения альтернативных переменных $$\overline{{\chi }_1^{*},{\chi }_{41n}^{*},}$$

обеспечивающих максимальное значение функции:

$$f=\frac{{\left[y\left(\overline{{\chi }_1,{\chi }_{41n}}\right)\right]}^2+{\left[z\left(\overline{{\chi }_1,{\chi }_{41n}}\right)\right]}^2}{N\left(\overline{{\chi }_1,{\chi }_{4n}}\right)N_c\left(\overline{{\chi }_{10},{\chi }_{41n}}\right)}\to \max$$

при ограничениях n=1,N

$$\left|A_1\left(\overline{{\chi }_{10},{\chi }_{12n}}\right)+B_1\left(\overline{{\chi }_{14n},{\chi }_{17n}}\right)\right|\le y^{\max },$$

$$\left|A_2\left(\overline{{\chi }_{26},{\chi }_{29n}}\right)+B_2\left(\overline{{\chi }_{30n},{\chi }_{33n}}\right)\right|\le z^{\max }$$

$$\overline{{\chi }_1,{\chi }_{41n}}=\{\begin{array}{l}\mathrm{1,}\\ 0.\end{array}$$

где: y^max, z^max - максимально допустимые отклонения обобщенной координаты модуля относительно ее нулевого значения, причем для нахождения максимального значения функции ƒ, используют рандомизированной алгоритм многоальтернативной оптимизации, который дополняют еще одним уровнем в рамках управляемого роя частиц.