Мехатронно-модульный робот

Изобретение относится к машиностроению, а именно к робототехнике. Технический результат - повешенная эффективная ориентация мехатронно-модульного робота в окружающей среде. Мехатронно-модульный робот состоит, как минимум, из двух сопряженных между собой модулей, 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, альтернативные переменные для алгоритмов управления синтезированной мехатронно-модульной конструкции для описания параметров периодического закона выбраны из следующего соотношения:

Angle=А+Вsin(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. В варианте исполнения, для оптимизационного структурного синтеза, выбирают значения альтернативных переменных x 1 * , x 41 n * ¯ , обеспечивающих максимальное значение функции f = [ y ( x 1 , x 41 n ¯ ) ] 2 + [ z ( x 1 , x 41 n ¯ ) ] 2 N ( x 1 , x 4 n ¯ ) N c ( x 10, x 41 n ¯ ) max

при ограничениях n=1, N

| A 1 ( x 10, x 12 n ¯ ) + B 1 ( x 14 n , x 17 n ¯ ) | y max ,

| A 2 ( x 26, x 29 n ¯ ) + B 2 ( x 30 n , x 33 n ¯ ) | z max

x 1, x 41 n ¯ = { 1, 0,

где ymax, zmax - максимально допустимые отклонения обобщенной координаты модуля относительно ее нулевого значения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к робототехнике, и может быть использовано при создании мехатронно-модульных роботов.

Одно 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.

Известны способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза мехатронно-модульных роботов и робот, полученный при помощи данного способа, 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 с повышенной эффективностью ориентации в окружающей среде.

Решение указанной задачи достигается за счет того, 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+x1+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+В sin(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, для оптимизационного структурного синтеза, выбраны следующие значения альтернативных переменных , обеспечивающих максимальное значение функции:

f = [ y ( x 1 , x 41 n ¯ ) ] 2 + [ z ( x 1 , x 41 n ¯ ) ] 2 N ( x 1 , x 4 n ¯ ) N c ( x 10 , x 41 n ¯ ) max

при ограничениях n=1, N

| A 1 ( x 10 , x 12 n ¯ ) + B 1 ( x 14 n , x 17 n ¯ ) | y max ,

| A 2 ( x 26 , x 29 n ¯ ) + B 2 ( x 30 n , x 33 n ¯ ) | z max

x 1, x 41 n ¯ = { 1, 0,

где yшах, zmax - максимально допустимые отклонения обобщенной координаты модуля относительно ее нулевого значения.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показаны отдельные мехатронно-модульные роботы в виде модулей со свободными интерфейсными площадками, на фиг.2 - мехатронно-модульный робот, состоящий из нескольких отдельных модулей, соединенных между собой по свободным интерфейсным площадкам, и образующий фигуру в виде многоугольника, на фиг.3 - мехатронно-модульный робот, состоящий из нескольких отдельных модулей, соединенных между собой по свободным интерфейсным площадкам, и образующий фигуру в виде квадрата, на фиг.4 - мехатронно-модульный робот, состоящий из нескольких отдельных модулей, соединенных между собой по свободным интерфейсным площадкам, и образующий фигуру в виде ломаного 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.

При создании мехатронно-модульного робота может быть использован следующий способ оптимизации его конструкции.

Рассматривается множество проектных элементов и вводятся соответствующие альтернативные переменные путем представления дискретных чисел, соответствующих этим элементам, в двоичном исчислении.

Обозначается количество модулей 2, объединяемых в один мехатронно-модульный робот 1, без четко выраженной структуры, n = 1, N ¯ . Тогда в двоичном исчислении получается при N≤16, где N - количество сторон, n - количество возможный итераций.

n=1+х1+2х2+4x3+8х4,

где x 1, x 4 ¯ = { 1, 0.

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 nст принимают четыре значения n=1 - север, n=2 - восток, n=3 - юг, n=4 - запад и представляют через альтернативные переменные:

ncm.n=1+x5n+2x6n,

где n = 1, N ¯ , x 5 n , x 6 n = { 1, 0.

Номер площадки, выбираемой для стыковки n-го модуля в двоичном исчислении, записывают в следующем виде:

ncm.n=1+x7n+2x8n+4x9n,

где n = 2, N ¯ , x 7 n , x 9 n ¯ = { 1, 0.

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 x 1 * , x 41 n * ¯ , обеспечивающих максимальное значение функции.

f = [ y ( x 1 , x 41 n ¯ ) ] 2 + [ z ( x 1 , x 41 n ¯ ) ] 2 N ( x 1 , x 4 n ¯ ) N c ( x 10, x 41 n ¯ ) max

при ограничениях n=1, N

| A 1 ( x 10, x 12 n ¯ ) + B 1 ( x 14 n , x 17 n ¯ ) | y max ,

| A 2 ( x 26, x 29 n ¯ ) + B 2 ( x 30 n , x 33 n ¯ ) | z max

x 1, x 41 n ¯ = { 1, 0,

где ymax, zmax - максимально допустимые отклонения обобщенной координаты модуля относительно ее нулевого значения.

Для нахождения максимального значения функции 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, M с вероятностью pn. На первом шаге получают

p n 1 = 1 N n = 1, N ¯ .

Далее изменение значений p k n при условии n = 1 M p n ν k = 1 осуществляют следующим образом. Определяют значение случайной величины n ˜ . Пусть n ˜ = ν . Тогда скорости изменения координат на (k+1)-м шаге вычисляются:

ν m n r + 1 = { υ m n r , n = 1, N ¯ , n υ , p B m n r + 1 [ q z m n r æ ( 1 m F ) p z m n r æ ( 1 m n F ) , n = υ

а значение вероятностей pn:

p n k + 1 = { p n k 1 + ε k + 1 n = 1, N ¯ , n ν , p n k + ε k + 1 1 + ε k + 1 , n = ν .

При этом величина ε>0 определяет степень рекордности движения ν-й частицы в направлении к экстремуму оптимизируемой функции.

Использование предложенного технического решения позволит создать мехатронно-модульный робот путем проведения синтеза 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.

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+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=A+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 выбирают значения альтернативных переменных x 1 * , x 41 n * ¯ , обеспечивающих максимальное значение функции
f = [ y ( x 1 , x 41 n ¯ ) ] 2 + [ z ( x 1 , x 41 n ¯ ) ] 2 N ( x 1 , x 4 n ¯ ) N c ( x 10 , x 41 n ¯ ) max
при ограничениях n=1, N
| A 1 ( x 10 , x 12 n ¯ ) + B 1 ( x 14 n , x 17 n ¯ ) | y max ,
| A 2 ( x 26 , x 29 n ¯ ) + B 2 ( x 30 n , x 33 n ¯ ) | z max
x 1, x 41 n ¯ = { 1, 0,
где ymax, zmax - максимально допустимые отклонения обобщенной координаты модуля относительно ее нулевого значения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системе датчиков и, в частности, к системе обнаружения, содержащей множество датчиков, которые координируются друг с другом для того, чтобы исполнять один или более сервисов, требующихся системе обнаружения и видеонаблюдения.

Данная группа изобретений относится к средствам конфигурирования энергетического устройства автоматизации. Технический результат заключается в повышении качества, скорости процесса конфигурирования энергетического устройства автоматизации, а также в уменьшении ошибок.

Данная группа изобретений относится к средствам контроля за процессами обеспечения безопасности. Технический результат заключается в повышении надежности контроля.

Изобретение относится к системе управления с управляющим вычислительным устройством, которое предусмотрено для обмена данными с по меньшей мере одним периферийным устройством, и по меньшей мере одним другим управляющим вычислительным устройством, которое с упомянутым управляющим вычислительным устройством связано каналом связи и выполнено с возможностью принятия на себя по меньшей мере части функциональности упомянутого управляющего вычислительного устройства.

Изобретение относится к полевым приборам, которые, в частности, используются в промышленности для эксплуатации управления процессом, таким как процесс переработки нефти.

Изобретение относится к компьютерным системам автоматического контроля/управления сортировочными станциями железнодорожных сетей, а именно к способам аттестации таких систем.

Изобретение относится к вычислительной технике. .

Изобретение относится к вычислительной технике. .

Изобретение относится к машиностроению, а именно, к робототехнике, и может быть использовано при создании мехатронно-модульных роботов. Технический результат - ускорение процесса синтеза, повышение надежности работы мехатронно-модульных роботов.

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано в манипуляционных системах автоматизированных технологических комплексов, где требуется точное перемещение деталей заготовок по сложным криволинейным или сферическим поверхностям для сварки, резки, поверхностной закалки и т.п.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для шлифования, полирования, фрезерования пространственно-сложных поверхностей деталей, в частности лопастей гребных винтов, рабочей части лопаток газовой, паровой или гидротурбины.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к изготовлению дистанционирующих решеток тепловыделяющих сборок ядерных реакторов с использованием роботизированного модуля для контактной точечной сварки.

Изобретение относится к устройствам контактной точечной сварки для изготовления дистанционирующих решеток тепловыделяющих сборок ядерных реакторов. .

Изобретение относится к манипуляторам, предназначенным для выполнения загрузочно-разгрузочных операций в кузнечно-прессовом производстве, и может быть использовано для укладки (извлечения) деталей в рабочей зоне обрабатывающей машины.

Изобретение относится к робототехнике. .

Изобретение относится к сварке и предназначено для изготовления дистанционирующих решеток тепловыделяющих сборок атомных станций. .

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано в манипуляционных системах автоматизированных технологических комплексов, где требуется точное перемещение деталей заготовок по сложным криволинейным или сферическим поверхностям для сварки, резки, поверхностной закалке и т.п.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в энергетических системах. Технический результат заключается в улучшении управления сетями электроэнергетической системы. Интеллектуальная энергосистема для улучшения управления энергосистемой общего пользования включает в себя использование датчиков на различных участках энергосистемы общего пользования, с применением технологии передачи данных и компьютерной технологии, таких как дополнительные структуры шины, для обновления электроэнергетической системы таким образом, чтобы она могла работать более эффективно и надежно, и для поддержания дополнительных услуг для потребителей. Интеллектуальная энергосистема может включать в себя распределенное интеллектуальное средство в энергосистеме общего пользования (отдельное от интеллектуальных средств центра управления), включающее в себя устройства, которые генерируют данные на разных участках энергосистемы, анализируют сгенерированные данные и автоматически модифицируют работу участка электроэнергетической системы. 6 н. и 40 з.п. ф-лы, 37 ил.
Наверх