Основы управления манипуляционными роботами

Рассмотрены вопросы теории манипуляционных роботов и методы управления ими. Приведены основные кинематические соотношения, позволяющие определять положение манипуляционного механизма робота в рабочем пространстве, а также решать задачи о скоростях и ускорениях движения его звеньев. Подробно описаны способы и алгоритмы кинематического управления манипуляторами. Приведены основные сведения о динамике манипуляционных механизмов, математические модели движения и методика их анализа. Рассмотрены методы динамического управления, позволяющие организовать движение манипулятора с учетом сил и моментов, реально действующих на него в процессе работы, практические методы исследования и расчета исполнительной системы манипуляционного робота, а также логическое управление сложными робототехническими системами с использованием теории сетей и конечных автоматов. Даны примеры применения рассматриваемых методов, в конце каждой главы приведен список контрольных вопросов и заданий. Книга содержит основные математические сведения, необходимые для понимания материала учебника и выходящие за рамки обычной программы технического университета по математике и теоретической механике.

Содержание учебника соответствует курсу лекций, который авторы читают в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Для студентов технических университетов, обучающихся по специальности "Роботы и робототехнические системы" и другим специальностям, связанным с управлением сложными механизмами. Представляет интерес для аспирантов, преподавателей и специалистов.

Список литературы

1. Александров П.С. Лекции по аналитической геометрии. М.: Наука, 1968.
2. Алексеев А.А., Имаев Д.Х., Кузьмин Н.Н., Яковлев В.Б. / Теория управления: Учебник. Санкт-Петербург: Изд. СПбГЭТУ–ЛЭТИ, 1999.
3. Андреенко С.Н., Ворошилов М.С., Петров Б.Е. Проектирование приводов ма-нипуляторов. Л.: Машиностроение, 1975.
4. Арбиб М. Алгебраическая теория автоматов, языков и полугрупп: Пер. с англ. М.: Статистика, 1975.
5. Брауэр Б. Введение в теорию конечных автоматов: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1987.
6. Бурдаков С.Ф., Мирошник И.В., Стельмаков Р.З. Системы управления дви-жением колесных роботов. СПб.: Наука, 2001.
7. Верещагин А.Ф., Минаев Л.Н. Принципы построения специализированных вычислений для позиционного супервизорного управления манипуляционными ро-ботами // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1978. № 4. С. 56 –65.
8. Вертю Ш., Куафе Ф. Телеуправление роботами с помощью ЭВМ: Пер. с фр. под ред. А.С. Ющенко. М.: Мир, 1989.
9. Воробьев Е.И. и др. Механика роботов (в 3-х книгах) / Под ред. К.В. Фролова и Е.И. Воробьева. Учебн. пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1988.
10. Bукoбpaтович М., Стокич Д. Управление манипуляционными роботами: Пер. с англ. М.: Наука, 1985
11. Вукобратович М., Стокич Д., Кирчански Н. Неадаптивное и адаптивное управ-ление манипуляционными роботами: Пер. с англ. под ред. Е.П. Попова и А.С. Ющенко. М.: Мир, 1989.
12. Гавриш А.П., Ямпольский Л.С. Гибкие робототехнические системы: Учеб. Киев: Выща шк., 1989.
13. Галиуллин А.С. Методы решения обратных задач динамики: М.: Наука, 1986. 224 с.
14. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц, 4-е изд. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.
15. Глушков В.М. Теория автоматов и вопросы проектирования структур цифровых машин // Кибернетика, 1965. № 1. С. 3–11.
16. Голубев Ю.Ф. Основы теоретической механики: Учеб. М.: Изд. МГУ, 2000
17. Гopинeвcкuй Д.M., Формальский А.М., Шнейдер А.Ю. Управление манипу-ляционными системами на основе информации об усилиях. М.: Изд. фирма «Физи-ко-математическая литература», 1994.
18. Гориневский Д.М., Формольский А.М. Об устойчивости движений упругого манипулятора с обратной связью по силе // Механика твердого тела. 1985. № 3. С. 49 – 56.
19. Горнев В.Ф., Емельянов В.В., Овсянников М.В. Оперативное управление в ГПС. М.: Машиностроение, 1990.
20. Силовая обратная связь в системе управления манипулятором / В.С. Гурфин-кель, Е.А. Девялин, А.В. Ленский и др. // Механика твердого тела. 1984. № 6. С. 56 – 63.
21. Дистанционно управляемые роботы / Под ред. В.С. Кулешова и Н.А. Лакоты. М.: Машиностроение, 1986.
22. Закревский А.Д. Языки логического управления. Минск, 1988.
23. Зенкевич С.Л., Дмитриев А.А. Логическое управление адаптивным робототех-ническим комплексом // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1986. №3. С. 113 – 126
24. Зенкевич С.Л., Назарова А.В. Программное обеспечение робототехнических систем: Учеб. пособие. М.: МВТУ, 1988.
25. Иванов В.А., Ющенко А.С. Теория дискретных систем автоматического управ-ления: Учеб. пособие для вузов. М.: Наука, 1983.
26. Конечные автоматы: эквивалентность и поведение / Н.Н. Иванов, Г.И. Ми-хайлов, В.В. Руднев, А.А. Таль. М.: Наука, 1984
27. Казмиренко В.Ф., Лесков А.Г., Введенский В.А. Системы следящих приводов / Под ред. В.Ф. Казмиренко. М.: Энергоатомиздат, 1993.
28. Koбpuнcкuй A.A., Кобринский А.Е. Манипуляционные системы роботов. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.
29. Козлов Ю.М. Адаптация и обучение в робототехнике: М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990.
30. Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: Справочник. М.: Машиностроение, 1988.
31. Программный комплекс для автоматизированного исследования и проектиро-вания промышленных роботов / Е.А. Котов, А.И. Максимов, Д.А. Польский, Л.М. Сквор-цов. М.: Машиностроение, 1991.
32. Крутько П.Д. Управление исполнительными системами роботов. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991
33. Кудрявцев В.Б., Алешин С.В., Подколзин А.С. Введение в теорию автоматов. М.: Наука, 1985.
34. Кулешов В.С., Лакота Н.А. Динамика систем управления манипуляторами. М.: Энергия, 1971.
35. Лазарев В.Г., Пийль Е.И., Туруга Е.Н. Построение программируемых управ-ляющих устройств. М.: Энергоатомиздат, 1984.
36. Лазарев В.Г., Пийль Е.И. Синтез управляющих автоматов. М.: Энергоатом-издат, 1989.
37. Лесков А.Г., Ющенко А.С. Моделирование и анализ робототехнических сис-тем. М.: Машиностроение, 1992.
38. Манипуляционные системы роботов /Под ред. А.И. Корендясева. М.: Маши-ностроение, 1989.
39. Медведев В.С., Лесков А.Г., Ющенко А.С. Системы управления манипуляци-онных роботов. М.: Наука, 1978.
40. Мусхелишвили Н.И. Курс аналитической геометрии: Учеб. М.: Высш. шк., 1967.
41. Накано Э. Введение в робототехнику: Пер. с яп. под ред. А.М. Филатова. М.: Мир, 1988.
42. Основы проектирования следящих систем / Под ред. Н.А. Лакоты. М.: Ма-шиностроение, 1978.
43. Павлов В.А., Тимофеев А.В. Расчет и стабилизация программного движения манипулятора подвижного робота // Техническая кибернетика. 1976. №6. С. 91– 101
44. Письменный Г.В., Солнцев В.И., Воротников С.А. Системы силомоментного очувствления роботов. М.: Машиностроение, 1990.
45. Питерсон Дж.Л. Теория сетей Петри и моделирования систем: Пер. с англ. М.: Мир, 1984.
46. Пол P. Моделирование, планирование траекторий и управление движением робота-манипулятора: Пер. с англ. М.: Наука, 1976.
47. Польский В.А. Расчет электроприводов промышленных роботов: Учеб. по-собие. М.: МВТУ, 1989.
48. Польский В.А. Расчет регуляторов следящего электропривода на ПЭBM: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ, 1993.
49. Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управ-ления: Учеб. М.: Наука, 1989.
50. Попов Е.П., Верещагин А.Ф., Зенкевич С.Л. Манипуляционные роботы. Дина-мика и алгоритмы: М.: Наука, 1978.
51. Попов Е.П. Робототехника и гибкие производственные системы. М.: Наука, 1987.
52. Попов Е.П., Письменный Г.В. Основы робототехники. Введение в специаль-ность: Учеб. М.: Высш. шк., 1990.
53. Проектирование следящих систем двустороннего действия / Под ред. В.С. Куле-шова. М.: Машиностроение, 1980.
54. Робототехника и гибкие автоматизированные производства: Учеб. пособие / Под ред. И.М. Макарова. М.: Машиностроение, 1986 (в девяти книгах).
55. Робототехника: новый этап развития / Под ред. Е.П. Попова и А.С. Ющенко. М.: Наука, 1993.
56. Робототехнические системы и комплексы / Под ред. И.И. Мачульского: Учеб. пособие. М.: Транспорт, 1999.
57. Конечный автомат как объект управления // Автоматика и телемеханика, 1978. № 9. С. 15–23.
58. Системы технического зрения / Под ред. И.М. Макарова, Д.Е. Охоцимского и др. М.: Наука, 1981.
59. Системы очувствления промышленных роботов и гибких производственных систем / Под ред. И.М. Макарова и Е.П. Попова. М.: Наука, 1989.
60. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. Теория автоматического управления техническими системами: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ, 1993.
61. Стечкин С. Б., Субботин Ю. Н. Сплайны в вычислительной математике. М.: Наука, 1976.
62. Тимофеев А.В. Адаптивные робототехнические комплексы. Л.: Машинострое-ние, 1988.
63. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1986.
64. Тывес Л.И., Маркевич С.В. Управление движением робота по собственной траектории. М.: ИМАШ АН СССР. Препринт, 1985.
65. Тывес Л.И., Маркевич С.В. Планирование движений роботов с учетом дина-мических свойств исполнительных устройств. М.: ИМАШ АН СССР. Препринт, 1985
66. Управляющие системы промышленных роботов / Под ред. И.М. Макарова и В.А. Чиганова. М.: Машиностроение, 1984.
67. Фу К., Гонсалес Р., Ли К. Робототехника: Пер с. англ. под ред. В.Г. Градец-кого. М.: Мир, 1989.
68. Хорн Б.К.П. Зрение роботов: Пер. с англ. М.: Мир, 1989.
69. Черноусько Ф.Л., Болотник Н.А., Градецкий В.Г. Манипуляционные робо-ты. М.: Наука, 1989.
70. Шахинпур M. Kуpc робототехники: Пер. с англ. под ред. С.Л. Зенкевича. М.: Мир, 1990.
71. Эйрис Р., Миллер С. Перспективы развития робототехники: Пер. с англ. под ред. Е. П. Попова. М.: Мир, 1986.
72. Юревич Е.И. Основы робототехники: Учеб. Л.: Машиностроение, 1985.
73. Asada H., Youcef-Tourmi K. Direct-Drive Robotics. Theory and Practice. Cam-bridge, Massachusets. MIT Press, 1987.
74. Denavit J., Hartenberg R.S. Kinematic notation for Lower-Pair Mechanisms Ba-sed on Matrices // J. Appl. Mech. 77. P. 215–221, 1955.
75. Hollerbach J.M. Dynamic Scalling of Manipulator Trajectories: Trans. ASME // J. Dyn. Syst., Meas. and Con., 106. P. 102– 106, 1984.
76. Lee С.S,. Ziegler M.A. A Geometric Approach in Solving of Inverse Kinematics of PUMA Robots // IEEE Trans. Aero. and Electr. Systems, AES-20. No 6. P. 695– 706.
77. Lee Т.M., Yang D.С.H. On the Evaluation of Manipulator Workspace // Trans. ASME, J. Mech. Trans. Autom. Design, 105(5). P. 70–77, 1983.
78. Luh J.V.S., Lin C.S. Approximate Joint Trajectories for Control of Industrial Robots Along Cartesian Path // IEEE Trans. Sys. Man and Cyber. SMC-14. No 3. P. 444– 450, 1984.
79. Luh J.V.S., Walker M.W., Paul R.P. Resolved Acceleration Control of Manipula-tors // IEEE Trans. Aut. Control, AC-25. No 3. P. 486– 474, 1980.
80. Paul R.P. Robot Manipulators: Mathematics, Programming and Control. Cam-bridge, Mas. MIT Press, 1981
81. Paul R., Shimano B. Kinematic Control Equation for Simple Manipulators // IEEE Proc. of Confer. on Decision and Control. N-Y, 1979. P. 1398–1406.
82. Pieper D. L. The Kinematics of Manipulator under Computer Control // Artificial Intelligence Project Memo. No 72. Stanford University, 1968.
83. Stokic D., Vukobratovic M. Robustness of decentralized robot controller to payload variation // Journal of Robot Systems. V. 5. No 5. P. 471–495, 1988.
84. Vukobratovic M., Stokic D. Applied Control of Manipulation Robots. Berlin. Sprin-ger Verlag, 1989.
85. Vucobratovic M., Kircansky N. Real-Time Dynamics of Manipulation Robots. Berlin. Springer Verlag, 1984
86. Vukobratovic M., Potkonjak V. Dynamics of Manipulation Robot. Berlin. Sprin-ger Verlag, 1982.
87. Whitney D.E. The Mathematics of Coordinated Control of Prosthetic Arms and Mani-pulators // Trans. ASME, J. Dynamic Systems, Measur. and Control. 122. P. 303 – 309, 1972.
88. Yoshikawa T. Dynamic Manipulability of Robot Manipulators // Proc. 1985 IEEE Intern. Conf. on Robotics and Automation. St. Lois. P. 1033– 1038.
89. Yuan S. Dynamic decoupling of a remote manipulator system // IEEE Trans. on Automatic Control. V. 23. No 4. P. 713– 717, 1978.