- •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
5. Соединение свободных областей на соседних плоскостях
Соединение свободных областей на соседних плоскостях осуществляет объединение свободных областей между каждой парой соседних плоскостей. В результате будут найдены связи, через которые возможно соединение пары соседних плоскостей. Благодаря данной информации о связях на следующем этапе алгоритма будут созданы единые области (коридоры).
1) Рассмотрим строки матрицы ETFRj j-ой плоскости и строки матрицы ETFRj+1 j+1 плоскости, где j=1,…,m-1. Эти строки показывают объединенный маршрут на j-ой и j+1-ой плоскости, где значения обозначают номера строк путей матрицы LCR.
2) Сравним значения которые приведены в матрицах ETFRj и ETFRj+1 Для этого сравним значения таблиц TFRj и TFRj+1 сопоставляя свободные области в каждой ячейке:
2.1) Если найдены области свободные на двух плоскостях, тогда эти две плоскости считаются связанными через эти области, а именно:
2.1.1) Определим из матриц TFR для данных плоскостей координаты свободной области, через которую возможно объединение этих плоскостей путем сравнения свободных областей матриц TFRj и TFRj+1 по ячейкам. Могут возникнуть следующие условия:
- если свободная область (диапазон) в ячейках соответственно первой и второй плоскости равны друг другу, то записываются координаты этой свободной области и данный диапазон (подробнее об этом ниже);
- если свободная область (диапазон) в ячейках соответственно первой и второй плоскости не равны друг другу, то записываются координаты этой свободной области и меньший данный диапазон;
- если свободная область (диапазон) присутствует в ячейки одной из плоскостей, а в другой плоскости – отсутствует, то в матрицу ELCR в этом случае ничего не записывается;
2.1.2) Запишем в матрицу ELCR (Extension LCR) информацию в соответствующую строку (о 1-ой и 2-ой плоскости в 1-ую строку, о 2-ой и 3-ей плоскости во 2-ую строку и т.д.) об объединенных областях j и j+1 плоскости (номер строки, которые были определены в пункте 2.1.1) и координаты области соединения (которые были определены в пункте 2.1.3). А именно записывается:
- номер строки, в которую производится запись, говорит о том, что плоскость с этим номером связана с последующей плоскостью (1-ая и и 2-ая плоскость в первой строке, 2-ая и 3-я плоскость во второй строке и т.д.)
- в строку записываются координаты свободных областей, которые являются общими для i-ой и (i+1)-ой плоскости в формате (a,b)(c-d), где:
(a,b) – координаты свободной области;
a – номер ячейки (номер строки в матрице TFR);
b – номер пути (номер столбца в матрице TFR);
(с-d) – диапазон свободных узлов;
с – нижняя точка диапазона свободной области;
d – верхний точка диапазона свободной области;
2.1.3) Будем сравнивать все ячейки двух плоскостей между собой пока не будут проверены все соответствующие значения таблиц TFRj и TFRj+1 . В случае если не найдена ни одна общая свободная область между соседними плоскостями ни на одной ячейке, значит переход между этими плоскостями невозможен. В этом случае в матрицу ELCR записывается пустая строка.
Например, возьмем таблицы TFR1 , TFR2 и TFR3:
TFR1 |
TFR2 |
TFR3 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
Тогда матрица ELCR будет иметь вид:
2.2) Если проверены все значения таблиц TFRj и TFRj+1 ,то значение j увеличивается на единицу, пока не станет j=K-1, где K – количество плоскостей.
Рассмотрим пример матриц ELCR для трехмерного случая, который представлен на рисунке 4. Матрица TFR для этого случая приведена в Таблице 3. Соединение свободных областей на соседних плоскостях для каждой пары плоскостей представлено на рисунке 15.
Построим ELCR:
Рисунок 15 - Соединение свободных областей на соседних плоскостях