RU2560828C2 - Мехатронно-модульный робот и способ многоальтернативной оптимизации модулей автоматизации структурного синтеза для его создания - Google Patents
Мехатронно-модульный робот и способ многоальтернативной оптимизации модулей автоматизации структурного синтеза для его создания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2560828C2 RU2560828C2 RU2012116014/08A RU2012116014A RU2560828C2 RU 2560828 C2 RU2560828 C2 RU 2560828C2 RU 2012116014/08 A RU2012116014/08 A RU 2012116014/08A RU 2012116014 A RU2012116014 A RU 2012116014A RU 2560828 C2 RU2560828 C2 RU 2560828C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mechatronic
- max
- module
- modules
- modular
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Abstract
Изобретение относится к машиностроению, а именно к робототехнике, и может быть использовано при создании мехатронно-модульных роботов. Технический результат заключается в повышении эффективности ориентации в окружающей среде реконфигурируемых мехатронных устройств, преимущественно мехатронно-модульных роботов. Мехатронно-модульный робот состоит как минимум из двух сопряженных между собой модулей, предпочтительно двух и более, первичного и вновь с ним сопрягаемого/ых, 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. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 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 является 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 мехатронно-модульного робота и 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 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, 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+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|+|B| не превышает максимально допустимого отклонения обобщенной координаты модуля; φ - смещение фазы периодического движения.
В варианте исполнения мехатронно-модульного робота для оптимизационного структурного синтеза выбирают значения
при ограничениях n=1, N
где: ymax, zmax - максимально допустимые отклонения обобщенной координаты модуля относительно ее нулевого значения.
Для создания предложенного мехатронно-модульного робота предложен способ, 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 в том или ином ряду, после чего вводят альтернативные переменные для описания параметров периодического закона следующим образом:
Angle=А+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, 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 рандомизированный 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.
Мехатронно-модульный робот 1 состоит как минимум из двух сопряженных между собой модулей 2, предпочтительно двух и более. Сопряжение каждого нового модуля 2 с ранее собранным/и осуществлено вдоль выбранного направления и обеспечено стыковкой его первой свободной интерфейсной площадки 3 с одной из свободных аналогичных площадок 3 на любых других элементах конструкции, занимающих ближайшее крайнее положение в том или ином ряду. Несвободная интерфейсная площадка 4 образована за счет стыковки между собой двух свободных интерфейсных площадок 3.
Предложенный мехатронно-модульный робот функционирует следующим образом.
Произвольно выбирается модуль 2 со свободной интерфейсной площадкой 3 и стыкуется с любым произвольно выбранным модулем 2 с аналогичной свободной интерфейсной площадкой 3. При стыковке между собой двух свободных интерфейсных площадок 3 образуется несвободная интерфейсная площадка 4. Дальнейшее присоединение свободных модулей 2 к образованному модулю, состоящему из двух соединенных между собой модулей 2, 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, 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+х1+2х2+4x3+8х4,
При блочно-модульной сборке робота 1 полагают, что сопряжение каждого нового модуля 2 с ранее собранными осуществляется вдоль выбранного направления и обеспечивается стыковкой его первой свободной интерфейсной площадки 3 с одной из свободных аналогичных интерфейсных площадок 3 на любых других модулях 2 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 ncт принимают четыре значения ncm=1 - север, ncm=2 - восток, ncm=3 - юг, ncm=4 - запад и представляют через альтернативные переменные:
ncm.n=1+x5n+2x6n,
Номер площадки, выбираемой для стыковки n-го модуля в двоичном исчислении, записывают в следующем виде:
ncm.n=1+x7n+2x8n+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 fдачи, 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 (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, 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+х1+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, 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|+|B| не превышает максимально допустимого отклонения обобщенной координаты модуля; φ - смещение фазы периодического движения.
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|+|B| 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
, обеспечивающих максимальное значение функции:
при ограничениях n=1, N
,
где: ymax, zmax - максимально допустимые отклонения обобщенной координаты модуля относительно ее нулевого значения.
при ограничениях n=1, N
где: ymax, zmax - 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, после чего вводят альтернативные переменные для описания параметров периодического закона движения следующим образом:
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|+|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 рандомизированныой алгоритм многоальтернативной оптимизации, который дополняют еще одним уровнем в рамках управляемого роя частиц.
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|+|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
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 рандомизированныой алгоритм многоальтернативной оптимизации, который дополняют еще одним уровнем в рамках управляемого роя частиц.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012116014/08A RU2560828C2 (ru) | 2012-04-19 | 2012-04-19 | Мехатронно-модульный робот и способ многоальтернативной оптимизации модулей автоматизации структурного синтеза для его создания |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012116014/08A RU2560828C2 (ru) | 2012-04-19 | 2012-04-19 | Мехатронно-модульный робот и способ многоальтернативной оптимизации модулей автоматизации структурного синтеза для его создания |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012116014A RU2012116014A (ru) | 2013-10-27 |
RU2560828C2 true RU2560828C2 (ru) | 2015-08-20 |
Family
ID=49446337
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012116014/08A RU2560828C2 (ru) | 2012-04-19 | 2012-04-19 | Мехатронно-модульный робот и способ многоальтернативной оптимизации модулей автоматизации структурного синтеза для его создания |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2560828C2 (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 |
-
2012
- 2012-04-19 RU RU2012116014/08A patent/RU2560828C2/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 |
---|---|
RU2012116014A (ru) | 2013-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11409263B2 (en) | Method for programming repeating motion of redundant robotic arm | |
Jakobi | Half-baked, ad-hoc and noisy: Minimal simulations for evolutionary robotics | |
US20150094855A1 (en) | Imitation learning method for a multi-axis manipulator | |
Qazani et al. | Performance analysis and dexterity monitoring of hexapod-based simulator | |
CN103970020A (zh) | 移动机器人系统及其在混合交互环境下的协调控制方法 | |
Walter et al. | Algorithms for fast concurrent reconfiguration of hexagonal metamorphic robots | |
RU2560828C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот и способ многоальтернативной оптимизации модулей автоматизации структурного синтеза для его создания | |
RU2560829C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот | |
RU2572382C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот и способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для его создания | |
White et al. | Reliable external actuation for full reachability in robotic modular self-reconfiguration | |
RU2560830C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот и способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для его создания | |
RU2514925C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот | |
RU2493577C1 (ru) | Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза мехатронно-модульных роботов | |
RU2572383C2 (ru) | Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов | |
RU2572374C2 (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 | |
RU2556432C2 (ru) | Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов | |
Meshram et al. | Fpga based five axis robot arm controller | |
RU2569579C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот | |
RU2572381C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот | |
Brunete et al. | Offline GA-based optimization for heterogeneous modular multiconfigurable chained microrobots | |
CN109976384A (zh) | 一种自治水下机器人及路径跟随控制方法、装置 | |
Sucan et al. | Kinodynamic motion planning with hardware demonstrations | |
RU2013114556A (ru) | Мехатронно-модульный робот и способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для его создания | |
Barth et al. | Scaled tree fractals do not strictly self-assemble |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150928 |