RU2013114565A - 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 модулей, предпочтительно, двух и более, первичного и вновь с ним сопрягаемого/ых вторичного/ых, имеющих интерфейсные площадки для стыковки, при этом один из двух сопрягаемых между собой модулей, преимущественно, первичный, является управляющим по отношению к другому/им, вторичному/ым, с ним стыкуемому/им, причем указанная иерархия в структуре мехатронно-модульного робота соблюдается при последующем сопряжении модулей до формирования окончательной структуры мехатронно-модульного робота, при этом 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+х+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+Bsin(ωt+φ),где: A - значение обобщенной к�

Claims (3)

1. Мехатронно-модульный робот, характеризующийся тем, что он состоит, как минимум, из двух сопряженных между собой модулей, предпочтительно, двух и более, первичного и вновь с ним сопрягаемого/ых вторичного/ых, имеющих интерфейсные площадки для стыковки, при этом один из двух сопрягаемых между собой модулей, преимущественно, первичный, является управляющим по отношению к другому/им, вторичному/ым, с ним стыкуемому/им, причем указанная иерархия в структуре мехатронно-модульного робота соблюдается при последующем сопряжении модулей до формирования окончательной структуры мехатронно-модульного робота, при этом 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+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+Bsin(ωt+φ),

где: A - значение обобщенной координаты, относительно которой происходит периодическое движение; B - амплитуда периодического колебания обобщенной координаты, причем суммарная величина |A|+|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 $$\overline{x_1^{*},x_{41n}^{*}}$$

, обеспечивающих максимальное значение функции:

$$f=\frac{{[y(\overline{x_1,x_{41n}})]}^2+{[z(\overline{x_1,x_{41n}})]}^2}{N(\overline{x_1,x_{4n}})N_c(\overline{x_{10},x_{41n}})}\to \max$$

при ограничениях n=1, N

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

,

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

$$\overline{x_1,x_{41n}}=\{\begin{array}{l}\mathrm{1,}\\ 0\end{array}$$

.

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, при этом один из двух сопрягаемых между собой модулей, преимущественно, первичный, выполняют управляющим по отношению к другому/им, вторичному/ым, с ним стыкуемому/им, причем указанную иерархия в структуре мехатронно-модульного робота соблюдают при последующем сопряжении модулей до формирования окончательной структуры мехатронно-модульного робота, при этом количество модулей, при этом количество модулей, объединяемых в упомянутый робот, определяют из соотношения: n=1, N, где: n - количество модулей, объединяемых в один робот, определяют из соотношения n=1+x₁+2x₂+4x₃+8x₄, где: x₁,х₄=1,0 - количество интерфейсных площадок на модуле, N≤16 - предельное количество модулей, которые могут быть объединены в один робот, после чего вводят альтернативные переменные для описания параметров периодического закона движения следующим образом:

Angle=А+Bsin(ωt+φ),

где: А - значение обобщенной координаты, относительно которой происходит периодическое движение; B - амплитуда периодического колебания обобщенной координаты; причем суммарная величина |A|+|B| 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 $$\overline{x_1^{*},x_{41n}^{*}}$$

, обеспечивающих максимальное значение функции:

$$f=\frac{{[y(\overline{x_1,x_{41n}})]}^2+{[z(\overline{x_1,x_{41n}})]}^2}{N(\overline{x_1,x_{4n}})N_c(\overline{x_{10},x_{41n}})}\to \max$$

при ограничениях n=1, N

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

,

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

$$\overline{x_1,x_{41n}}=\{\begin{array}{l}\mathrm{1,}\\ 0\end{array}$$

.

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