RU2572381C2 - Мехатронно-модульный робот - Google Patents
Мехатронно-модульный робот Download PDFInfo
- Publication number
- RU2572381C2 RU2572381C2 RU2013105811/08A RU2013105811A RU2572381C2 RU 2572381 C2 RU2572381 C2 RU 2572381C2 RU 2013105811/08 A RU2013105811/08 A RU 2013105811/08A RU 2013105811 A RU2013105811 A RU 2013105811A RU 2572381 C2 RU2572381 C2 RU 2572381C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- modules
- mechatronic
- robot
- modular
- module
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
- Numerical Control (AREA)
Abstract
Изобретение относится к машиностроению, а именно к робототехнике, и может быть использовано при создании мехатронно-модульных роботов. Технический результат заключается в создании мехатронно-модульного робота, применение которого позволит ускорить процесс синтеза, а также повысить эффективность ориентации в окружающей среде и надежность работы создаваемых 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 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 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. 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, применение которого 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 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+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:
Angle=А+В 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.
В варианте исполнения, 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.
Предложенный мехатронно-модульный робот может быть создан 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.
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 ncм принимают четыре значения: ncm=1 - север, ncm=2 - восток, ncm=3 - юг, ncm=4 - запад и представляют через альтернативные переменные:
Номер площадки, выбираемой для стыковки n-го модуля в двоичном исчислении, записывают в следующем виде:
Альтернативные переменные для описания параметров периодического закона вводят следующим образом:
Angle=А+В sin(ωt+φ),
где A - значение обобщенной координаты, относительно которой происходит периодическое движение;
B - амплитуда периодического колебания обобщенной координаты; суммарная величина
не должна превышать максимально допустимого отклонения обобщенной координаты модуля;
φ - смещение фазы периодического движения.
Настройкой параметров этого закона определяют алгоритмы управления, синтезируемой мехатронно-модульной конструкцией. 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.
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 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.
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.
Claims (2)
1. Мехатронно-модульный робот, характеризующийся тем, что он состоит как минимум из двух сопряженных между собой модулей, 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/ым, 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=l,N, где n - количество модулей, объединяемых в один робот, определено из соотношения n=l+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, 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:
где A - значение обобщенной координаты, относительно которой происходит периодическое движение; В - амплитуда периодического колебания обобщенной координаты, причем суммарная величина |A|+|B| не превышает максимально допустимого отклонения обобщенной координаты модуля; φ - смещение фазы периодического движения.
где A - значение обобщенной координаты, относительно которой происходит периодическое движение; В - 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 оптимизации структурного синтеза использована функция f - рандомизированного алгоритма многоальтернативной оптимизации с выбором значений 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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013105811/08A RU2572381C2 (ru) | 2013-02-12 | 2013-02-12 | Мехатронно-модульный робот |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013105811/08A RU2572381C2 (ru) | 2013-02-12 | 2013-02-12 | Мехатронно-модульный робот |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013105811A RU2013105811A (ru) | 2014-08-20 |
RU2572381C2 true RU2572381C2 (ru) | 2016-01-10 |
Family
ID=51384159
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013105811/08A RU2572381C2 (ru) | 2013-02-12 | 2013-02-12 | Мехатронно-модульный робот |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2572381C2 (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 RU2013105811/08A patent/RU2572381C2/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 |
---|---|
RU2013105811A (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 | |
CN102099598B (zh) | 准双曲面齿轮设计方法及准双曲面齿轮 | |
Ruiz Estrada | Multi-Dimensional coordinate spaces | |
Yang et al. | Compact reachability map for excavator motion planning | |
Støy | Controlling self-reconfiguration using cellular automata and gradients | |
RU2572381C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот | |
RU2560829C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот | |
Park et al. | A study of sweeping coverage path planning method for deep-sea manganese nodule mining robot | |
RU2572382C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот и способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для его создания | |
Ajaweed et al. | Submarine control system using sliding mode controller with optimization algorithm | |
AU2022228455A1 (en) | Systems and methods for solar power plant assembly | |
RU2569579C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот | |
RU2560830C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот и способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для его создания | |
RU2556432C2 (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 | |
RU2572374C2 (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 | |
RU2493577C1 (ru) | Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза мехатронно-модульных роботов | |
RU2514925C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот | |
CN109976384A (zh) | 一种自治水下机器人及路径跟随控制方法、装置 | |
JP5403086B2 (ja) | 移動経路生成方法、移動経路生成装置、移動経路生成プログラム、ロボットアーム制御装置、およびロボットアーム制御プログラム | |
Brunete et al. | Offline GA-based optimization for heterogeneous modular multiconfigurable chained microrobots | |
CN111857166B (zh) | 水下机器人定深控制方法、控制装置及相应的水下机器人 | |
Song et al. | Comparison of constrained geometric approximation strategies for planar information states |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160213 |