Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов



Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов
Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов
Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов
Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов
Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов
Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов
Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов
Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов
Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов
Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов
Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов

 

G05B19/00 - Системы программного управления (специальное применение см. в соответствующих подклассах, например A47L 15/46; часы с присоединенными или встроенными приспособлениями, управляющими какими-либо устройствами в течение заданных интервалов времени G04C 23/00; маркировка или считывание носителей записи с цифровой информацией G06K; запоминающие устройства G11; реле времени или переключатели с программным управлением во времени и с автоматическим окончанием работы по завершению программы H01H 43/00)

Владельцы патента RU 2572383:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)

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.

 

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, x 1 * , x 41 n , * ¯ 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, n = 1, N ¯ 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

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:

ncт.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+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 x 1 * , x 41 n * ¯ , 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

p n 1 = 1 N n = 1, N . ¯

Далее изменение значений p n k при условии Σ n = 1 m p n v k = 1 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.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к робототехнике. Технический результат заключается в создании мехатронно-модульного робота с многоальтернативной оптимизацией моделей их структурного синтеза для ориентации в окружающей среде.

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.

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании мехатронно-модульных роботов. Технический результат заключается в обеспечении многоальтернативной оптимизации моделей за счет автоматизации структурного синтеза мехатронно-модульных роботов.

Изобретение относится к средствам управления различными процессами технологического комплекса с обеспечением наилучших критериев качества при регулировании. Техническим результатом является обеспечение более точного и гибкого процесса регулирования.

Группа изобретений относится к области электротехники. Технический результат заключается в увеличении производительности и надежности грузовых платформ за счет локализации объектов в режиме реального времени внутри складских сооружений и за счет увеличения количества одновременно отслеживаемых на складе грузовых платформ.

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании мехатронно-модульных роботов. Технический результат заключается в повышении надежности и работы создаваемых мехатронно-модульных роботов.

Изобретение относится к робототехнике. Технический результат заключается в устранении указанных недостатков и создании 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 повысить эффективность ориентации в окружающей среде и надежность работы создаваемых мехатронных устройств, преимущественно мехатронно-модульных роботов.

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.

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.

Изобретение относится к способу и устройству управления модулем, выполненным, в частности, в виде прибора автоматизированной системы с интерфейсом связи на стороне модуля.

Изобретение относится к области автоматических устройств, а именно к цифровому оборудованию систем контроля и управления технологическими процессами. Техническим результатом является повышение надежности. Система логического управления (СЛУ) содержит модуль входов, логический модуль, модуль диагностики, модуль выходов, модуль оптической связи, соединенные между собой с помощью линий связи LVDS. СЛУ содержит оптические линии связи. СЛУ базируется на базовом шасси в двух комплектациях: простая - в шасси размещаются один логический модуль и один модуль диагностики; дублированная - в шасси размещаются два логических модуля (основной и резервный). Система логического управления основана на совместной работе модулей образуя: локальное ядро, разделенное ядро, гибридное ядро. 2 н. и 61 з.п. ф-лы, 41 ил.

Изобретение относится к системам аналитического контроля пульповых продуктов, растворов или суспензий в потоке, применяемых в горно-обогатительной и других отраслях промышленности. Автоматическая система включает автоматический пробоотборный комплекс 1, автоматический комплекс 10 циркуляционной пробоподачи и транспортные магистрали 30. Система дополнительно снабжена автоматическим комплексом 5 пробоподготовки, автоматическим комплексом 14 подготовки и подачи порошковых проб, аналитическим комплексом 20, комплексом 24 сетевого оборудования, центральной станцией 27 управления системой, серверами 28 системы, информационными магистралями 31. Выход пробоотборного комплекса 1 соединен с входом комплекса 5 пробоподготовки, который имеет два выхода, соединенные с комплексом 10 циркуляционной пробоподачи и комплексом 14 подготовки и подачи порошковых проб. Выходы комплекса 10 циркуляционной пробоподачи и комплекса 14 подготовки и подачи порошковых проб соединены с входами комплекса 20. Система управления каждого комплекса объединена в единую информационную сеть с центральной станцией 27 управления автоматической системой аналитического контроля и серверами 28 данной системы через комплекс сетевого оборудования. Комплекс 14 подготовки и подачи порошковых проб состоит из оборудования 15 подготовки порошковых проб, оборудования 16 шифровки/дешифровки порошковых проб, оборудования 17 перемещения порошковых проб, оборудования 18 хранения порошковых проб и устройства 19 управления комплексом. Комплекс 20 состоит из многокюветных поточных пульповых и порошковых анализаторов 22 и 21 физико-химических свойств проб и устройства 23 управления комплексом. Обеспечивается повышение эффективности системы путем повышения достоверности получаемой аналитической информации и расширения функциональных возможностей системы аналитического контроля пульповых продуктов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх