Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Копия в рио.doc
Скачиваний:
14
Добавлен:
09.11.2019
Размер:
9.1 Mб
Скачать

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

© П. К. Лопатин, 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

3.7. Управление манипуляторами в среде с неизвестными

препятствиями

108

3.8. Иерархия уровней управления роботами

115

Примеры решения задач

116

Задачи для самостоятельного решения

117

Заключение

120