- •П. К. Лопатин Интеллектуальные манипуляционные роботы
- •Предисловие
- •Введение
- •1. Кинематика манипуляторов
- •1.1. Манипулятор как система твердых тел
- •1.2. Кинематика произвольного движения тела,
- •1.3. Кинематика поступательного движения тела
- •1.4. Кинематика произвольного движения твердого тела
- •1.5. Характер связей между звеньями
- •1.6. Расстановка систем координат по алгоритму Денавита-Хартенберга
- •1.7. Вывод матрицы перехода от I-й к (I–1)-й системе координат
- •1.8. Уравнение кинематики манипулятора
- •1.9. Скорость и ускорение некоторой точки манипулятора
- •Правая часть (1.45), если k j, k I;
- •0, Если k j.
- •1.10. Прямая задача кинематики
- •1.11. Обратная задача кинематики
- •Примеры решения задач
- •Разделим уравнение (1.71) на (1.72). Получим
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Библиографический список
- •2.1. Уравнения Лагранжа II рода
- •2.2. Кинетическая энергия манипулятора
- •Поскольку интеграл – это сумма, то формулу (2.3) можно записать в виде уравнения
- •Из (1.36) следует, что
- •Из формулы (1.42) видно, что
- •2.3. Потенциальная энергия манипулятора
- •2.4. Уравнение динамики манипулятора
- •Примеры решения задач
- •Задачи для самостоятельного решения
- •3. Планирование путей, траекторий и управление манипуляторами
- •3.1. Понятие пространства обобщенных координат.
- •Постановки задачи
- •3.2. Планирование пути методом полиномиальной аппроксимации
- •Решая эту систему, получим
- •3.3. Планирование пути с учетом ограничений на положение, скорость и ускорение
- •3.4. Планирование траектории с учетом динамики манипулятора
- •Библиографический список
- •3.5. Исполнение траектории
- •Библиографический список
- •Библиографический список
- •3.6.1. Алгоритм полного перебора
- •Библиографический список
- •3.6.2. Алгоритм перебора в глубину
- •3.6.3. Алгоритм а*
- •Библиографический список
- •3.6.4. Алгоритм фронта волны
- •Библиографический список
- •3.6.5. Алгоритм полиномиальной апроксимации
- •Библиографический список
- •3.6.6. Диаграммы вороного
- •Библиографический список
- •3.6.7. Алгоритм разделения ячеек
- •1. Предварительный поиск маршрута
- •2. Разделение плоскости на свободные области
- •3. Соединение свободных областей
- •4. Объединение свободных соединенных областей
- •5. Соединение свободных областей на соседних плоскостях
- •6. Создание объединенных областей и проверка достижимости
- •7. Построение маршрута
- •8. Пример
- •Библиографический список
- •Примеры решения задач
- •3.7. Управление манипуляторами в среде с неизвестными препятствиями
- •Библиографический список
- •Алгоритм
- •3.8. Иерархия уровней Управления роботами
- •Примеры решения задач
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Заключение
- •Учебное издание
- •Учебное пособие
Министерство образования и науки РФ
Сибирский государственный аэрокосмический университет
имени академика М. Ф. Решетнева
П. К. Лопатин Интеллектуальные манипуляционные роботы
Красноярск
2010
УДК 519.713:007.52
ББК 32.816
Рецензенты:
Профессор кафедры информационно-управляющих систем Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф.Решетнева, д.т.н. А.В.Мурыгин,
Руководитель научно-учебной лаборатории систем автоматизированного проектирования кафедры систем искусственного интеллекта Сибирского федерального университета д.т.н., профессор С.А.Бронов,
Генеральный директор Сибирского научно-исследовательского института технологии машиностроения, к.т.н. В.В.Богданов
П. К. Лопатин
Интеллектуальные манипуляционные роботы учеб. пособ. / СибГАУ. Красноярск, 2010. – 121 с.
ISBN 5–86433–141–4
Изложены основы теории интеллектуальных манипуляционных роботов. Рассмотрены основные вопросы кинематики и динамики манипуляторов, подробно освещены различные постановки задач планирования траекторий и управления роботами в известной и неизвестной средах. В конце каждой главы даны задачи для самостоятельного решения. Для наиболее трудных задач приведены примеры решения.
Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров 230100 «Информатика и вычислительная техника» и 230200 «Информационные системы», магистерским программам 230100.68.16 «Информационное и программное обеспечение САПР», 230100.68.05 «Интеллектуальные системы», аспирантов технических вузов, специализирующихся в области робототехнических систем и систем искусственного интеллекта.
УДК 519.713:007.52
ББК 32.816
ISBN 5–86433–141–4 © Сибирский государственный аэрокосмический
университет имени академика М. Ф. Решетнева, 2010
Оглавление
Предисловие |
5 |
Введение |
7 |
1. Кинематика манипуляторов |
9 |
1.1. Манипулятор как система твердых тел |
9 |
1.2. Кинематика произвольного движения тела, имеющего одну общую точку с неподвижной системой координат |
11 |
1.3. Кинематика поступательного движения тела относительно неподвижной системы координат |
15 |
1.4. Кинематика произвольного движения твердого тела относительно неподвижной системы координат |
16 |
1.5. Характер связей между звеньями |
17 |
1.6. Расстановка систем координат по алгоритму Денавита-Хартенберга |
18 |
1.7. Вывод матрицы перехода от i-й к (i-1)-й системе координат |
22 |
1.8. Уравнение кинематики манипулятора |
25 |
1.9. Скорость и ускорение некоторой точки манипулятора |
27 |
1.10. Прямая задача кинематики |
30 |
1.11. Обратная задача кинематики |
31 |
Примеры решения задач |
33 |
Задачи для самостоятельного решения |
38 |
2. Динамика манипуляторов |
39 |
2.1. Уравнения Лагранжа II рода |
39 |
2.2. Кинетическая энергия манипулятора |
39 |
2.3. Потенциальная энергия манипулятора |
42 |
2.4. Уравнение динамики манипулятора |
44 |
Примеры решения задач |
50 |
Задачи для самостоятельного решения |
57 |
3. Планирование путей, траекторий и управление манипуляторами |
58 |
3.1. Понятие пространства обобщенных координат. Постановки задачи |
58 |
3.2. Планирование пути методом полиномиальной аппроксимации |
60 |
3.3. Планирование пути с учетом ограничений на положение, скорость и ускорение |
62 |
3.4. Планирование траектории с учетом динамики манипулятора |
66 |
3.5. Исполнение траектории |
73 |
3.6. Планирование пути в среде с известными препятствиями. Постановка задачи |
77 |
3.6.1. Алгоритм полного перебора |
82 |
3.6.2. Алгоритм перебора в глубину |
85 |
3.6.3. Алгоритм А* |
88 |
3.6.4. Алгоритм фронта волны |
90 |
3.6.5. Алгоритм полиномиальной аппроксимации |
95 |
3.6.6. Диаграммы Вороного……………………………………………….. |
100 |
3 препятствиями |
108 |
3.8. Иерархия уровней управления роботами |
115 |
Примеры решения задач |
116 |
Задачи для самостоятельного решения |
117 |
Заключение |
120 |