RU2572383C2 - 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
- RU2572383C2 RU2572383C2 RU2013105813/08A RU2013105813A RU2572383C2 RU 2572383 C2 RU2572383 C2 RU 2572383C2 RU 2013105813/08 A RU2013105813/08 A RU 2013105813/08A RU 2013105813 A RU2013105813 A RU 2013105813A RU 2572383 C2 RU2572383 C2 RU 2572383C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mechatronic
- modules
- robot
- modular
- alternative
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
Изобретение относится к робототехнике. Технический результат заключается в обеспечении многоальтернативной оптимизации моделей за счет автоматизации структурного синтеза мехатронно-модульных роботов, повышении эффективности ориентации в окружающей среде и надежности работы создаваемых мехатронных устройств. Синтез осуществляют, как минимум, из двух совокупностей сопряженных между собой тождественных модулей, с последующим фиксированием 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, причем для нахождения максимального значения функции используют рандомизированный алгоритм многоальтернативной оптимизации, который дополняют еще одним уровнем в рамках управляемого роя частиц. 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 в предложенном способе многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов, согласно изобретению, при проведении синтеза структуры многоинвариантной модели мехатронно-модульных роботов, состоящих, как минимум, из двух совокупностей сопряженных между собой тождественных модулей, предпочтительно, трех и более, при этом каждая совокупность 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 совокупностей мехатронно-модульного робота соблюдается при последующем сопряжении совокупностей до формирования окончательной структуры мехатронно-модульного робота, 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+x1+2х2+4х3+8х4, где х1,x4=1,0 - количество интерфейсных площадок на модуле, N≤16 - предельное количество модулей, которые могут быть объединены в один робот, при этом в каждой совокупности стыкуемые с управляющим модулем вторичные модули имеют возможность к самостоятельному осуществлению алгоритма сборки и синтеза структуры робота на более низком уровне, чем упомянутый управляющий модуль, с последующим фиксированием 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=A+B sin(ωt+φ),
где А - значение обобщенной координаты, относительно которой происходит периодическое движение; В - амплитуда периодического колебания обобщенной координаты; причем суммарная величина |A|+|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,
обеспечивающих максимальное значение функции:
при ограничениях n=1, N
где уmax, 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 образующих фигуру в виде многоугольника, на фиг.3 - мехатронно-модульный робот, состоящий из нескольких модулей, соединенных между собой по свободным интерфейсным площадкам и образующих фигуру в виде квадрата, на фиг.4 - мехатронно-модульный робот, состоящий, из нескольких модулей, соединенных между собой по свободным интерфейсным площадкам и образующих 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 совокупностей 2 и 3 сопряженных между собой модулей 4, 5 и 6.
Один из двух сопрягаемых между собой модулей, преимущественно, первичный 4, выполнен управляющим по отношению к другому, вторичному 5, с ним стыкуемому, причем указанная иерархия в структуре совокупностей мехатронно-модульного робота соблюдается при последующем сопряжении совокупностей до формирования окончательной структуры мехатронно-модульного робота. В каждой совокупности стыкуемые с управляющим модулем 4 вторичные модули 5 имеют возможность к самостоятельному осуществлению алгоритма сборки и синтеза структуры робота на более низком уровне, чем упомянутый управляющий модуль 4. В свою очередь, модуль 5, являющийся вторичным и управляемым по отношению к модулю 4, является первичным и управляющим по отношению к модулю 6. Указанная иерархия в структуре совокупностей мехатронно-модульного робота соблюдается при последующем сопряжении совокупностей 2 и 3 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 7 с одной из свободных аналогичных площадок 7 на любых других элементах конструкции, занимающих ближайшее крайнее положение в том или ином ряду.
Несвободная интерфейсная площадка 8 образована за счет стыковки между собой двух свободных интерфейсных площадок 7.
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, 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 возможных 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 7 с одной из свободных аналогичных интерфейсных площадок 7 на любых других модулях 4, 5 и 6, 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:
ncт.n=1+x5n+2x6n
Номер площадки, выбираемой для стыковки n-го модуля в двоичном исчислении, записывают в следующем виде:
ncт.n=1+x7n+2x8n+4x9n,
Альтернативные переменные для описания параметров периодического закона вводят следующим образом:
Angle=A+B sin(ωt+φ), где А - значение обобщенной координаты, относительно которой происходит периодическое движение;
В - 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 уmax, zmax - максимально допустимые отклонения обобщенной координаты модуля относительно ее нулевого значения.
Для нахождения максимального значения функции fдачи, используют рандомизированный 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 ñ. Пусть ñ=v. Тогда скорости изменения координат на (k+1)-м шаге вычисляются:
а значение вероятностей pn
При этом величина ε>0 определяет степень рекордности движения v - и частицы в направлении к экстремуму оптимизируемой функции.
Предложенный способ при помощи указанного мехатронно-модульного робота может быть реализован следующим образом.
Выбирается первичный управляющий модуль 4 со свободной интерфейсной площадкой 7 и стыкуется с любым произвольно выбранным модулем 5 с аналогичной свободной интерфейсной площадкой 7. При стыковке между собой двух свободных интерфейсных площадок 7 образуется несвободная интерфейсная площадка 8. Дальнейшее присоединение свободных модулей 6 к образованному модулю, состоящему из двух соединенных между собой модулей 4 и 5, происходит вдоль выбранного направления с образованием требуемой конечной структуры мехатронно-модульного робота.
Совокупность 2 или 3 образована модулями 4, 5 и 6, состыкованными в заданном порядке между собой.
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 (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, состоящих, как минимум, из двух совокупностей сопряженных между собой тождественных модулей, при этом каждая совокупность 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/им, причем указанная иерархия в структуре совокупностей мехатронно-модульного робота соблюдается при последующем сопряжении совокупностей до формирования окончательной структуры мехатронно-модульного робота, 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+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 в каждой совокупности стыкуемые с управляющим модулем вторичные модули имеют возможность к самостоятельному осуществлению алгоритма сборки и синтеза структуры робота на более низком уровне, чем упомянутый управляющий модуль, с последующим фиксированием 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:
где А - значение обобщенной координаты, относительно которой происходит периодическое движение; В - амплитуда периодического колебания обобщенной координаты; причем суммарная величина |A|+|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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013105813/08A RU2572383C2 (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 |
---|---|---|---|
RU2013105813/08A RU2572383C2 (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 |
---|---|
RU2013105813A RU2013105813A (ru) | 2014-08-20 |
RU2572383C2 true RU2572383C2 (ru) | 2016-01-10 |
Family
ID=51384161
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013105813/08A RU2572383C2 (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) | RU2572383C2 (ru) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106363633A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-02-01 | 航天科工智能机器人有限责任公司 | 基于改良粒子群算法的机器人稳定步态规划方法和装置 |
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 RU2013105813/08A patent/RU2572383C2/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 |
---|---|
RU2013105813A (ru) | 2014-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11409263B2 (en) | Method for programming repeating motion of redundant robotic arm | |
Murata et al. | Self-reconfigurable robots | |
US5719480A (en) | Parametric control device | |
RU2572383C2 (ru) | Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов | |
Duan et al. | Tripod gaits planning and kinematics analysis of a hexapod robot | |
RU2572374C2 (ru) | Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов | |
RU2572382C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот и способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для его создания | |
RU2560829C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот | |
White et al. | Reliable external actuation for full reachability in robotic modular self-reconfiguration | |
RU2569579C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот | |
RU2560828C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот и способ многоальтернативной оптимизации модулей автоматизации структурного синтеза для его создания | |
RU2556432C2 (ru) | Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов | |
RU2572381C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот | |
RU2514925C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот | |
RU2560830C2 (ru) | Мехатронно-модульный робот и способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для его создания | |
RU2493577C1 (ru) | Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза мехатронно-модульных роботов | |
Peng | Parametric instability investigation and stability based design for transmission systems containing face-gear drives | |
CN106647248A (zh) | 一种确定串联机器人反解结果的方法及装置 | |
Brandt et al. | A new meta-module for controlling large sheets of atron modules | |
Brunete et al. | Offline GA-based optimization for heterogeneous modular multiconfigurable chained microrobots | |
Turetta et al. | Distributed control architecture for self-reconfigurable manipulators | |
RU2013114556A (ru) | Мехатронно-модульный робот и способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для его создания | |
Wu | Simulation Analysis of Hydraulic Control System of Engineering Robot Arm Based on ADAMS | |
Chakravarti et al. | A GA-integrated adaptive model reference controller in robot tracking applications | |
Slightam et al. | Deep Neural Network Design for Improving Stability and Transient Behavior in Impedance Control Applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160213 |