RU2556432C2 - Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов - Google Patents
Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2556432C2 RU2556432C2 RU2013105809/08A RU2013105809A RU2556432C2 RU 2556432 C2 RU2556432 C2 RU 2556432C2 RU 2013105809/08 A RU2013105809/08 A RU 2013105809/08A RU 2013105809 A RU2013105809 A RU 2013105809A RU 2556432 C2 RU2556432 C2 RU 2556432C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mechatronic
- modules
- robot
- modular
- modular robots
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Изобретение относится к машиностроению, а именно к робототехнике, и может быть использовано при создании мехатронно-модульных роботов. Технический результат заключается в создании способа многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза мехатронно-модульных роботов. Способ создания мехатронно-модульного робота, в котором 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. 4 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению, а именно к робототехнике, и может быть использовано при создании мехатронно-модульных роботов.
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.
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).
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.
Недостатками данного способа являются его значительная сложность, низкая эффективность ориентации в окружающей среде реконфигурируемых мехатронных устройств, преимущественно мехатронно-модульных роботов.
Задачей предложенного технического решения является устранение указанных недостатков и создание способа многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза мехатронно-модульных роботов для его создания, применение которых позволит ускорить процесс синтеза, а также повысит эффективность ориентации в окружающей среде и надежность работы создаваемых мехатронных устройств, преимущественно мехатронно-модульных роботов.
Решение поставленной задачи достигается тем, что предложен способ создания мехатронно-модульного робота, при использовании которого, согласно изобретению, 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 иерархию в структуре мехатронно-модульного робота соблюдают при последующем сопряжении модулей до формирования окончательной структуры мехатронно-модульного робота, 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, x4=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=A+Вsin(ωt+φ),
где: A - 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
, обеспечивающих максимальное значение функции:
при ограничениях n=1, N
где ymax, zmax - 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.
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.
Предложенный способ может быть реализован при помощи мехатронно-модульного робота, имеющего следующую конструкцию.
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, 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.
Предложенный мехатронно-модульный робот функционирует следующим образом.
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.
Предложенный способ по созданию мехатронно-модульного робота может быть реализован следующим образом.
Рассматривают множество проектных элементов и вводят соответствующие альтернативные переменные путем представления дискретных чисел, соответствующих этим элементам, в двоичном исчислении.
Обозначают количество модулей 2 и 3, объединяемых в один мехатронно-модульный робот 1, без четко выраженной структуры,
Тогда в двоичном исчислении получают при N≤16, где: N - количество сторон, n - количество возможный итераций,
n=1+x1+2x2+4х3+8x4,
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 3, как элементах конструкции, занимающих ближайшее крайнее положение в том или ином ряду.
Выделяют этот алгоритм преимущественно как Асб. Описание порядка сборки приводят к указанию направления и места крепления очередного элемента с использованием алгоритма Асб.
В направлении для стыковки n-го модуля nст принимают четыре значения: nст=1 - север, nст=2 - восток, nст=3 - юг, nст=4 - запад и представляют через альтернативные переменные:
nст.n=1+x5n+2x6n,
Номер площадки, выбираемой для стыковки n-го модуля в двоичном исчислении, записывают в следующем виде:
nст.n=1+x7n+2х8n+4x9n,
Альтернативные переменные для описания параметров
периодического закона вводят следующим образом:
Angle=A+Bsin(ωt+φ),
где A - значение обобщенной координаты, относительно которой происходит периодическое движение;
B - амплитуда периодического колебания обобщенной координаты; суммарная величина |A|+|B| не должна превышать максимально допустимого отклонения обобщенной координаты модуля;
φ - смещение фазы периодического движения.
Настройкой параметров этого закона определяют алгоритмы управления, синтезируемой мехатронно-модульной конструкции. Указанные параметры характеризуются дискретными значениями, имеющими соответствующие численные номера в пределах N≤16.
Затем для оптимизационного структурного синтеза выбирают значения альтернативных переменных
, обеспечивающих максимальное значение функции.
при ограничениях n=1, N
где ymax, zmax - максимально допустимые отклонения обобщенной координаты модуля относительно ее нулевого значения.
Для нахождения максимального значения функции f используют рандомизированной алгоритм многоальтернативной оптимизации, который дополняют еще одним уровнем в рамках управляемого роя частиц.
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:
Далее изменение значений
при условии
осуществляют следующим образом. Определяют значение случайной величины
. Пусть
. Тогда скорости изменения координат на (k+1)-м шаге вычисляются:
а значение вероятностей pn:
При этом величина ε>0 определяет степень рекордности движения ν-й частицы в направлении к экстремуму оптимизируемой функции.
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.
Claims (1)
- Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов, 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 иерархию в структуре мехатронно-модульного робота соблюдают при последующем сопряжении модулей до формирования окончательной структуры мехатронно-модульного робота, 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, x4=1, 0 - количество интерфейсных площадок на модуле, N≤16 - предельное количество модулей, которые могут быть объединены в один робот.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013105809/08A RU2556432C2 (ru) | 2013-02-12 | 2013-02-12 | Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013105809/08A RU2556432C2 (ru) | 2013-02-12 | 2013-02-12 | Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013105809A RU2013105809A (ru) | 2014-08-20 |
RU2556432C2 true RU2556432C2 (ru) | 2015-07-10 |
Family
ID=51384157
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013105809/08A RU2556432C2 (ru) | 2013-02-12 | 2013-02-12 | Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2556432C2 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1158344A1 (ru) * | 1983-02-28 | 1985-05-30 | Предприятие П/Я Ю-9192 | Промышленный робот модульного типа |
SU1548032A1 (ru) * | 1987-05-13 | 1990-03-07 | Украинский Научно-Исследовательский Институт Станков И Инструментов | Промышленный робот |
RU2313442C1 (ru) * | 2005-09-05 | 2007-12-27 | Самсунг Гуангджу Электроникс Ко., Лтд. | Мобильная робототехническая система с несколькими сменными рабочими модулями и способ управления этой системой |
-
2013
- 2013-02-12 RU RU2013105809/08A patent/RU2556432C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1158344A1 (ru) * | 1983-02-28 | 1985-05-30 | Предприятие П/Я Ю-9192 | Промышленный робот модульного типа |
SU1548032A1 (ru) * | 1987-05-13 | 1990-03-07 | Украинский Научно-Исследовательский Институт Станков И Инструментов | Промышленный робот |
RU2313442C1 (ru) * | 2005-09-05 | 2007-12-27 | Самсунг Гуангджу Электроникс Ко., Лтд. | Мобильная робототехническая система с несколькими сменными рабочими модулями и способ управления этой системой |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013105809A (ru) | 2014-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11409263B2 (en) | Method for programming repeating motion of redundant robotic arm | |
Bradley et al. | Mechatronics and the design of intelligent machines and systems | |
Liu et al. | A distributed reconfiguration planning algorithm for modular robots | |
Suresh et al. | Human-swarm interactions for formation control using interpreters | |
CN110348171B (zh) | 基于OpenFOAM的三维海浪与负载交互的数值仿真模型建立方法 | |
Hernando et al. | Behavior-based control architecture for legged-and-climber robots | |
Najafi et al. | An implementation of AutomationML for an Industry 4.0 case study: RoboCup@ Work | |
RU2560829C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот | |
RU2556432C2 (ru) | Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов | |
Kayhani et al. | Construction equipment collision-free path planning using robotic approach | |
RU2560830C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот и способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для его создания | |
RU2572382C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот и способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для его создания | |
RU2572374C2 (ru) | Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов | |
RU2572383C2 (ru) | Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов | |
RU2560828C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот и способ многоальтернативной оптимизации модулей автоматизации структурного синтеза для его создания | |
CN106647248A (zh) | 一种确定串联机器人反解结果的方法及装置 | |
RU2569579C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот | |
RU2572381C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот | |
Tamke et al. | Generated lamella | |
RU2493577C1 (ru) | Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза мехатронно-модульных роботов | |
RU2514925C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот | |
Sucan et al. | Kinodynamic motion planning with hardware demonstrations | |
Turetta et al. | Distributed control architecture for self-reconfigurable manipulators | |
Fraga et al. | An automated maneuver control framework for a remotely operated vehicle | |
CN113721650B (zh) | 空间4n卫星正方形编队设计方法、系统、设备及存储介质 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160213 |