Разработка автоматизированного программно-аппаратного комплекса для исследования многокоординатных нелинейных механизмов на примере прецизионных триподов
Диссертация
Произведен синтез эффективного, по скорости вычисления, алгоритма, обеспечивающего оптимальную по времени стабилизацию движения по программной траектории, с учетом прецизионности и характеристик двигателей, без ресурсоемкой процедуры численного решения прямой задачи кинематики. Выполнение алгоритма происходит в лучшем случаем за два прохода по всем точкам траектории, в худшем случае — за два… Читать ещё >
Содержание
- 1. ОБЗОР НАПРАВЛЕНИЙ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ
- 1. 1. Обзор механизмов параллельной структуры
- 1. 2. Анализ свойств механизмов параллельной структуры
- 1. 3. Анализ математических моделей
- 1. 4. Обзор и анализ развития АСНИ
- 1. 5. АСНИ механизмов параллельной структуры
- Выводы
- 2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ АСНИ ПРЕЦИЗИОННЫХ МЕХАНИЗМОВ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ КИНЕМАТИКИ
- 2. 1. Постановка задачи исследования
- 2. 2. Выбор методов исследования
- 2. 3. Структурная схема АСНИ
- 2. 4. Модель объекта управления
- 2. 5. Подходы к автоматизации исследований
- 2. 6. Методики автоматизации образовательного процесса
- Выводы
- 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АСНИ ПРЕЦИЗИОННЫХ ТРИПОДОВ
- 3. 1. Моделирование структуры
- 3. 2. Моделирование кинематики
- 3. 3. Анализ конфигурационного пространства
- 3. 4. Моделирование динамических свойств
- 3. 5. Управляемость, методы оценки близости особых положений
- 3. 6. Оптимизация управления двигателями
- 3. 7. Планирование траекторий движения
- Выводы
- 4. ОСОБЕННОСТИ ПРОГРАММНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ КОМПЛЕКСА
- 4. 1. Компонентная архитектура системы
- 4. 2. Особенности прецизионного моделирования
- 4. 3. Конфигурация, сценарии управления
- Выводы
Список литературы
- Авдеев, О. Н. Моделирование систем : учебное пособие / О. Н. Авдеев, Л. В. Мотайленко. — СПб: Изд-во СПбГУТУ, 2001.
- Антонов, С. Е. Автоматизация моделирования прецизионных параллельных механизмов / С. Е. Антонов // Альманах научных работ молодых ученых XLI научной и учебно-методической конференции. — СПб: СПб НИУ ИТМО, 2012. — 315 е. —С. 6−13.
- ИТМО, 2012. — 142 с. — С. 130−134.
- Артоболевский, И. И. Теория механизмов и машин / И. И. Артоболевский. — М.: Наука, 1988. — 640 с.
- Афонин, В. Л. Механизмы параллельной структуры. Кинематика и динамика. / В. Л. Афонин. — М.: ИЦ МГТУ Станкин, 2005 г. — 180 с.
- Афонин, В. Л. Обрабатывающее оборудование на основе механизмов параллельной кинематики. / В. Л. Афонин, П. В. Подзоров, В. В. Слепцов. —М.: Машиностроение, 2006 г.
- Афонин, В. Л. Обрабатывающее оборудование на основе механизмов параллельной структуры.: учебное пособие / В. Л. Афонин, П. В. Подзоров, В. В. Слепцов- под общ. ред. В. Л. Афонина. — М.: Издательство МГТУ Станкин, Янус-К, 2006 г. — 452 с.
- Бушуев, В. В. Механизмы параллельной структуры в машиностроении. / В. В. Бушуев. — М.: Машиностроение, 2006.
- Вукобратович, М. Неадаптивное и адаптивное управление манипуляци-онными роботами : пер. с англ. / М. Вукобратович, Д. Стокич, Н. Кирчански.— М.: Мир, 1989. —376 с.
- Гаркавенко, Ю. Е. Аппарат для удлинения трубчатых костей с возможностью исправления многоплоскостных деформаций в автоматическом режиме. / Ю. Е. Гаркавенко, С. С. Киселев, А. А. Патлатов. // ВЕСТНИК ИТМО, — СПб.: СПб НИУ ИТМО, 2012 г.
- Глазунов, В. А. Особые положения (сингулярности) механизмов параллельной структуры / В. А. Глазунов, А. Ф. Крайнев, Р. М. Грунтович и др. // Сборник докладов межд. конф. по ТМ и ММ. Краснодар: Изд-во КГТУ, 2006. — С. 57−58.
- Глазунов, В. А. Об особенностях устройств относительного манипулирования. / В. А. Глазунов, А. Б. Ласточкин, А. Н. Терехова, Ву Нгок Бик // РАН. Проблемы машиностроения и надежности машин. — 2007 г. — № 2. — С. 77−85
- Глазунов, В. А. Пространственные механизмы параллельной структуры. / В. А. Глазунов, А. Ш. Колискор, А. Ф. Крайнев. — М.: Наука, 1991 г. 195 с.
- Гуляев, Ю. В. Автоматизированные системы для научных исследований 90-х годов / Ю. В. Гуляев // Научно-информационный журнал «ВЕСТНИК» Российского общества информатики и вычислительной техники. — 1993 г. — вып. 12.
- Данилин, П. О. Разработка и анализ механизмов параллельной структуры с групповой кинематической развязкой : автореф. дис. канд. техн. Наук: 05.02.18 / Павел Олегович Данилин.— М., 2011.— 21с.
- Диментберг, Ф. М. Метод винтов в прикладной механике / Ф. М. Димент-берг. — М.: Машиностроение, 1971. — 264 с.
- Диментберг, Ф. М. Теория пространственных шарнирных механизмов / Ф. М. Диментберг. — М.: Наука, 1982. — 85 с.
- Есина, М. Г. Кинематический и силовой анализ плоских механизмов параллельной структуры с учетом особых положений и алгоритмов управления: дисс. канд. техн. наук: 05.02.18 / Есина Марина Геннадьевна. — М., 2004. — 167 с.
- Журавлев, Е. Е. Современное состояние проблемы автоматизации научных исследований / Е. Е. Журавлев, А. Я. Олейников, Т. Д. Широбокова // Журнал «Радиотехника». — 2010 г.— № 9.
- Иванов, А. В. Обеспечение качественных показателей компоновки станка-манипулятора с параллельной кинематикой: дисс. канд. техн. наук: 05.03.01 / Иванов Александр Васильевич.— Хабаровск, 2006.— 115 с.
- Кобринский, А. А. Манипуляционные системы роботов: основы устройства, элементы теории / А. А. Кобринский, А. Е. Кобринский. — М.: Наука, 1985. — 344 с.
- Корендясев, А. И. Манипуляционные системы роботов / А. И. Корендя-сев, Б. J1. Саламандра, JI. И. Тывес и др.- под общ. ред. А. И. Корендясева. — М.: Машиностроение, 1989. —472 с.
- Крайнев, А. Ф. Механика (искусство построения) машин. Фундаментальный словарь / А. Ф. Крайнев. — М.: Машиностроение, 2000. — 904 с.
- Кузнецов, С. Е. Переносимость и интероперабельность информационных систем и международные стандарты / С. Е. Кузнецов // ComputerWorld. — 1996,—№ 4.
- Лебедев, Д. В. К задаче вычисления параметров движения твердого тела / Д. В. Лебедев // Известия. АН СССР. Механика твердого тела. — 1984. — № 1, —С. 170−172.
- Лоцманенко, В. В. Проектирование механизмов и машин : учебное пособие / В. В. Лоцманенко, Б. Е. Кочегаров.— Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2002. — 188 с.
- Лунев, В. В. Положения равновесия механизмов и способы их определения / В. В. Лунев, С. Ю. Мисюрин // Проблемы машиностроения и надежности машин, — 1996.—№ 1, —С. 12−17.
- Малиновский, Б. Н. Академик Виктор Глушков. Золотые вехи истории компьютерной науки и техники в Украине. / Б. Н. Малиновский. — Киев, «ВМУ-РоЛ», 2003, — 183 с.
- Международный коллоквиум «Новые информационные технологии»: Доклады. — М., 1991 г. — 21−26 октября.
- Мельников, В. П. Системы автоматизации научных исследований : лекционный курс по дисциплине: системы автоматизации и контроля технологических процессов / В. П. Мельников. — Минск: Белорусский национальный технический университет 2009 г.— 238 с.
- Общеотраслевые руководящие методические материалы по созданию автоматизированных систем научных исследований и комплексных испытаний образцов новой техники.— М.: Гос. ком. СССР по науке и технике: 1986 г. — 28 с.
- Овакимов, А.Г. Об особых положениях одноконтурных пространственных механизмов с несколькими степенями свободы / А. Г. Овакимов // Машиноведение,—1989.—№ 4. — с. 11−18.
- Подленко, О. Н. Параметрический синтез формообразующих систем станков на базе механизмов с параллельной кинематикой: дисс. канд. техн. наук: 05.03.01 / Подленко Олег Николаевич.— Хабаровск, 2005.— 145 с.
- Пожбелко, В.И. Возникновение переменной (изменяемой) структуры и области особых положений механизма с учетом зазоров и вырождения кинематических пар. / В. И. Пожбелко. // Теория Механизмов и Машин.— СПб, 2010.— № 2. Том 8.
- Понтрягин, JI.C. Избранные научные труды: в 3 т. Т.2: Дифференциальные уравнения. Теория операторов. Оптимальное управление. Дифференциальные игры / JI. С. Понтрягин. — М.: Наука, 1988. — 575 с.
- Попов, Е. Г1. Роботы и человек / Е. П. Попов, A.C. Ющенко. — М.: Наука, 1984,—112 с.
- Попов, Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления / Е. П. Попов. — М.: Наука, Гл. ред. физ. мат. Лит., 1978. — 256 с.
- Попов, Э.В. Открытые вычислительные системы на базе рабочих станций Sun / Э. В. Попов // В сб. Материалы семинара «Открытые Системы».— М.: Центральный Российский Дом знаний, 1992.— 10−16 с.
- Рыбак, JI.A. Эффективные решения задач кинематики и динамики робота станка параллельной структуры. / JI.A. Рыбак, В. В. Ержуков, А. В. Чичварин. — М.: Физматлит, 2011 г.— 148 с.
- Сергиенко, A.M. VHDL против Matlab’a. / A.M. Сергиенко // Argc&Argv. Программирование / информационные технологии / стандарты. — 2005.— № 1(58). —с. 40−46.
- Сюськина, Ю.Л. Особые положения технологического оборудования с параллельными приводами рабочего органа. / Ю. Л. Сюськина. // Вестник ЮурГУ. — 2009. — Вып. 14. — № 33 (166). — с. 66−71
- Тарабанин, В.Б. Структура механизмов. Классификация кинематических пар. Электронный ресурс. / В. Б. Тарабанин.— 2006.— Режим доступа: http://tmm-umk.bmstu.ru/lectures/lect2.htm
- Тарг, С. М. Конфигурационное пространство. Большая Советская Энциклопедия в 30 т. / С. М. Тарг. — М.: «Советская энциклопедия», 1969- 1978.
- Фомичев, Н.И. Автоматизированные системы научных исследований: Учеб. Пособие / Н. И. Фомичев.— Ярославль: Яросл. гос. Ун-т., 2001. — 112 с.
- Ширяева, В.Д. Принцип оптимальности. Уравнение Беллмана. Электронный ресурс. / В. Д. Ширяева.— 2010.— Режим доступа: http://www. math, mrsu. ru/text/courses/e-learn/7.2. htm
- Behi, F. Kinematic analysis for a six-degree-of-freedom 3-PRPS parallel mechanism. / F. Behi. // IEEE J. of Robotics and Automation. — 1988. — October, 4(5). —pp. 561 565.
- Bernier, D. A new parallel structure with six degree of freedom. / D. Bernier, J-M. Castelain, X. Li // In 9th World Congress on the Theory of Machines and Mechanisms.— Milan: 1995.— August 30- September 2. —pp. 8 12.
- Beyer, L. Calibration of Parallel Robots with ROSY. / L. Beyer, J.-P. Wulfsberg.— 3-rd Chemnitz Parallel Kinematics Seminar: Development Methods and Application Experience of Parallel Kinematics.— Chemnitz, 2002.— pp. 493−505.
- Byun, Y.K. Analysis of a novel 6-dof, 3-PPSP parallel manipulator. / Y.K. Byun and H-S. Cho // Int. J. of Robotics Research.— 1997.— December, 16(6).— pp. 859−872.
- Chen, Ch-T. On the Optimal Singularity-Free Trajectory Planning of Parallel Robot Manipulators. / Chun-Ta Chen and Te-Tan Liao. // Advances in Robot Manipulators.— 2010,—April.
- Chen, W-J. A novel 4-dof parallel manipulator and its kinematic modelling. / W-J. Chen and others. // In IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation. — Seoul: 2001. — May, 23−25 — pp. 3350−3355.
- Clavel, R. A new 5 dof parallel kinematics for production applications. / R. Clavel and others. // In Int. Symp. on Robotics.— Stockolm: 2002.— October, 9−11.
- Company, O. A new high speed 4-dof parallel robot. Synthesis and modeling issues. / O. Company, F. Marquet, F. Pierrot. // IEEE Trans, on Robotics and Automation. — 2003. — June 19(3). — pp. 411−420.
- Fang, Y. Structure synthesis of a class of 4-dof and 5-dof parallel manipulators with identical limb structures. / Y. Fang, L-W. Tsai. // Int. J. Of Robotics Research. — 2002. — September 21(9). — pp. 799−810.
- Fichter, E.F. A Stewart platform based manipulator: general theory and practical construction. / E.F. Fichter. // Int. J. of Robotics Research. — 1986. — Summer, 5(2).—pp. 157−181.
- Franci, R. A thee-step procedure for the modelling of human diathrodial joints. / R. Franci, V. Parenti-Castelli, N. Sancisi // Int. J. Mech. Control. — 2009. — 10(1). —pp. 3−12
- Gao, F. New kinematic structures for 2-, 3-, 4- and 5-dof parallel manipulator designs. / F. Gao and others. // Mechanism and Machine Theory. — 2002. — November, 37(11).—pp. 1395−1411.
- Goldberg, D. What Every Computer Scientist Should Know About Float -ing-Point Arithmetic: / D. Golberg. //Computing Surveys, Association for Computing Machinery, 1991. — March
- Gosselin, C.M. A Fully-Decoupled 3-DOF Translational Parallel Mechanic. / C.M. Gosselin, X. Kong, S. Foucault, I.A. Bonev.— 4-th Chemnitz Parallel Kinematics Seminar: Parallel Kinematics Machines in Research and Practice. — Chemnitz, 2004,—pp. 595−610.
- Gough, V.E. Universal tire test machine / V.E. Gouth, S.G. Whitehall. // Proceedings of the FISITA Ninth International Technical Congress.— 1962, May. — pp. 117−137
- Griibler, M. Gegtriebelehre. Eine Theorie des Zwanglaufes und der ebene Mechanismen. Berlin: Springer-Verlag, 1917.
- Gwinnett, J.T. Amusement devices US Patent № 1,789,680. — 1931 — January 20.
- Hara, A. Synthesis of parallel micromanipulators. / A. Hara, K. Sugimoto. // J. of Mechanisms, Transmissions and Automation in Design. — 1989. — March 111(1). — pp. 34−39.
- Higuchi, T. Application of multi-dimensional wire crane in construction. / T. Higuchi, A. Ming, Yu J. Jiang // In 5th Int. Symp. on Robotics in Construction.— Tokyo: 1988.—June, 6−8 —pp. 661−668.
- Hiller, M.. Design, analysis and realization of tendon-based parallel manipulators. / M. Hiller and others. // Mechanism and Machine Theory. — 2005.— April 40(4).— pp. 429−445.
- Honegger, M. Adaptive control of the Hexaglide, a 6 dof parallel manipulator. / M. Honegger, A. Codourey, E. Burdet // In IEEE Int. Conf. On Robotics and Automation.— Albuquerque: 1997. —April, 21- 28. —pp. 543 548.
- Ian Foster. The Grid / Ian Foster // Blueprint for a New Computing Infrastructure. — Morgan Kaufmann Publishers. — ISBN ISBN 1−55 860−475−8
- Jurgowski, A. Komputerowe systemy pomiarowe Cwiczenia laboratoryjne / A. Jurgowski, M. Makowski, S. Michalak, J. Paj^kowski, M. Warzyniak // Wydawnictwo Politechniki Poznanskiej. — Poznan 2007.
- Kawamura, S. High-speed manipulation by using parallel wire-drivenrobots. / S. Kawamura and others // Robotica. — 2000.— January 18(1).— pp. 13−21.
- Koevermans, W.P. Design and performance of the four d.o.f. motion system of the NLR research flight simulator. / W.P. Koevermans and others. // In AGARD Conf. Proc. — 1975, — October, № 198, Flight Simulation.— pp. 17−1/17−11- La Haye.— pp. 20−23.
- Koliskor, A. Sh. The 1-coordinate approach to the industrial robot design. / A. Sh. Koliskor. // In VIFAC/IFIP/IMACS /IFORS Symposium. — Suzdal, URSS: 1986.
- April, 22−25. — pp. 108−115.
- Kong, X. Type synthesis of 3T1R 4-d of parallel manipulators based on screw theory. / X. Kong and C.M. Gosselin. // IEEE Trans, on Robotics and Automation.— 2004,—April 20(2).—pp. 181−190.
- Kong, X. Type Synthesis of Parallel Mechanisms. / Xianwen Kong, Clement Gosselin. — Berlin: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007. —271 p.
- Krut, S. A high-speed parallel robot for Scara motion. / S. Krut and others. // In IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, — New Orleans: 2004.— April, 28−30pp. 4109−4115.
- Li, Q-C. Mobility analysis of a novel 3−5R parallel mechanism family. / Q-C Li, Z. Huang. // ASME J. of Mechanical Design.— 2004, — January 126(1).— pp.net O^l / y—OZ.
- Liu, X-J. Some new parallel mechanisms containing the planar four-bar parallelogram. / X-J. Liu, J. Wang. // Int. J. of Robotics Research. — 2003. — September, 22(9). —pp. 717−732.
- Marquet, F. Enhancing parallel robots accuracy with redundant sensors. / F. Marquet and others. // In IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation.— Washington: 2002,—May, 11−15.—pp. 4114−4119.
- McCallion, H. The analysis of a six degrees of freedom work station for mechanized assembly. / H. McCallion, D.T. Pham. // In Proc. 5th World Congress on Theory of Machines and Mechanisms. — Montr'eal: 1979. — July. — pp. 611−616.
- Merlet, J.-P. Parallel Robots (Second Edition) / J.-P. Merlet. — The Netherlands: Springer, 2006. — 401 p.
- Ming, A. Study on multiple degree of freedom positioning mechanisms using wires, Part 1, Concept, Design and Control. / A. Ming, T. Higuchi. // Int. J. Japan Soc. Prec. Eng. — 1994— June, 28(2).—pp.131−138.
- Open Systems Handbook. // A Guide to building Open Systems.— 1991.—1. DEC.
- Pierrot, F. Parallel mechanisms and redundancy. / F. Pierrot // In 1st Int. Colloquium, Collaborative Research Centre 562. — Braunschweig: 2002. — May, 29−30. — pp. 261−277.
- Podhorodeski, R. Three branch hybrid-chain manipulators. / R. Pod-horodeski // In ARK.— Ferrare: 1992, — September, 7−9. — pp. 150 155.
- Pritschow, G. Highly dynamic drives for parallel kinematic machines with constant arm length. / G. Pritschow, C. Eppler, W-D Lehner. // In 1st Int. Colloquium, Collaborative Research Centre 562. — Braunschweig: 2002. — May, 29−30. —pp. 199 -211.
- Rebman, J. Object manipulator. / J. Rebman.— Patent № 4,765,795 Lord Corporation, Eric, Pa.— United States: 1988.— August, 23.
- Reboulet, C. Hybrid control of a manipulator with an active compliant wrist. / C. Reboulet and A. Robert // In 3rd ISRR. — Gouvieux, France: 1985. — October, 7−11.—pp. 76−80.
- Shoham, M. Twisting wire actuator. / M. Shoham // ASME J. of Mechanical Design.— 2005, — May, 127(3).— pp. 441−445.
- Stewart, D. A platform with six degrees of freedom. / D. Stewar. // Proceedings of the FISITA Ninth International Technical Congress. — 1965/66 — V. 180, Pt. 1, № 15. —pp. 371−385
- Stoughton, R. A modified Stewart platform manipulator with improved dexterity. / R. Stoughton, T. Arai // IEEE Trans, on Robotics and Automation.— 1993.— April 9(2).—pp. 166−173.
- Tanev, T.K. Forward displacement analysis of a three legged fourde-gree-of-freedom parallelmanipulator. / T.K. Tanev. // InARK.— Strobl: 1998.— June 29- July 4,.—pp. 147−154.
- Wilczynski, D. Control Design Of Parallel Manipulator In Labview System. / D. Wilczynski, A. Auguscinski, M. Dudziak, K. Talaska. — Poznan University of Technology (Poland), Chair of Basis of Machine Design.— 2008.— 245 p.
- Wu, H. Design of parallel intersector weld/cut robot for machining processes in ITER vacuum vessel. / H. Wu and others. // Fusion Engineering and Design. — 2003, —69(1).—pp. 327−331.
- Zhang, D. Kinetostatic modeling of N-DOF parallel mechanisms with a passive constraining leg and prismatic actuators. / D. Zhang, C.M. Gosselin. // ASME J. of Mechanical Design. — 2001. — September, 123(3). —pp. 375−384.
- Zlatanov, D. A family of new parallel architectures with four degrees of freedom. / D. Zlatanov, C.M. Gosselin. // In F.C. Park C.C. Iurascu, editor, Computational Kinematics.— EJCK, 2001,—May, 20−22,—pp. 57−66.