Основы проектирования робототехнических систем

Содержание

Слайд 2

Лекции ОПР Цель дисциплины: Знакомство со структурой роботов и методиками проектирования

Лекции ОПР
Цель дисциплины:
Знакомство со структурой роботов и методиками проектирования облика.
Основные

вопросы:
Роботы. Основные понятия. Виды роботов. Состояние, перспективы. Классификации. Структуры.
Беспилотные робототехнические системы (наземные, авиационные, водные).
Этапы проектирование (ТПр – тех. предложение, ЭП – эскизные проект, ТП – технический проект, РП – рабочий проект). Требования, результаты.
Принципы системного подхода. Показатели качества и критерии.
Функциональные показатели качества (ПК). Точность управления процессами. Производительность.
Функциональные показатели качества (ПК). Надежность.
Системы автоматического управления (САУ) роботов. Ручное, полуавтоматическое, автоматическое, автономное управление.
Мобильные платформы. Структура. Решаемые задачи. Управление, навигация.
Манипуляторы. Кинематические схемы. Захватные устройства. Прямая и обратная позиционные задачи
Информационные системы роботов.
Системы технического зрения (СТЗ) роботов.
Взаимодействие робота с Человеком и внешним миром.
Человеко-машинные системы (ЧМС). Эргономика. Коботы
Обзор тем 5 семестра
Слайд 3

Робот: Исполнительное устройство с двумя или более программируемыми степенями подвижности, обладающее

Робот: Исполнительное устройство с двумя или более программируемыми степенями подвижности, обладающее определенным

уровнем автономности и способное перемещаться во внешней среде с целью выполнения поставленных задач.
Робототехническое устройство: Исполнительное устройство, обладающее свойствами промышленного или сервисного робота, но у которого отсутствует требуемое число программируемых степеней подвижности или определенный уровень автономности.
Промышленный робот: Автоматически управляемый, перепрограммируемый, многоцелевой манипулятор, программируемый по трем и более осям. Он может быть либо зафиксирован в заданном месте, либо может иметь возможность передвижения для выполнения промышленных задач по автоматизации.
Примечание 1 - Промышленный робот включает: - манипулятор, включая исполнительные механизмы; - контроллер, включая подвесной пульт обучения и интерфейс связи (электронное оборудование и программное обеспечение).
Примечание 2 - Данный объект может иметь дополнительные интегрированные оси.
Робототехническая система: Система, включающая роботов, рабочие органы роботов, а также машины, оборудование, устройства и датчики, поддерживающие роботов во время работы.
Промышленная робототехническая система: Система, включающая промышленных роботов, рабочие органы роботов, машины, оборудование, устройства, внешние вспомогательные оси и датчики, поддерживающие роботов во время работы.
ГОСТ Р ИСО 8373-2014 Роботы и робототехнические устройства. Термины и определения
Слайд 4

Слайд 5

Структурная схема промышленного робота

Структурная схема промышленного робота

Слайд 6

Эволюция роботов Мы изменяем роботов и среду, а они меняют нас.

Эволюция роботов

Мы изменяем роботов и среду, а они меняют нас.
У

человека, среды и роботов могут возникнуть или уже существуют антагонистические противоречия.
Роботы захватывают мир и мы им помогаем.
Слайд 7

Промышленные роботы (ПР) Стационарные роботы – манипуляторы Мобильный манипулятор

Промышленные роботы (ПР)

Стационарные роботы – манипуляторы

Мобильный
манипулятор

Слайд 8

Использование роботизированных устройств, в частности, роботов-манипуляторов, позволяет выполнять работу в случаях,

Использование роботизированных устройств, в частности, роботов-манипуляторов, позволяет выполнять работу в случаях,

когда привлечение космонавта по тем или иным причинам нецелесообразно.
Применение манипуляционных систем возможно:
при удаленной работе в местах, где нахождение человека может быть опасным или невозможным;
для выполнения тяжелых работ, например, по стыковке космических кораблей, при перемещения тяжелой научной аппаратуры и пр.;
при необходимости выполнения космонавтом нескольких различных работ;
при информационной перегруженности космонавта;
для выполнения рутинных работ, технология выполнения которых известна и пр.
Примерами использования роботов-манипуляторов в космосе является сборка орбитальных станций (МИР, МКС), обслуживание телескопа Хаббл, стыковка космического корабля к орбитальной станции, перемещение грузов, обслуживание научных экспериментов, перемещение космонавтов в труднодоступные зоны на внешней поверхности космического аппарата и др.
Ведутся исследования по разработке роботов для внутрикабинной деятельности.
Слайд 9

1959 г. - Первый аппарат на Луне 1966 г. - Первый

1959 г. - Первый аппарат на Луне
1966 г. - Первый в

мире перелёт на другую планету (Венера - 3)
Мягкая посадка на Луну
1970 г. – Посадка на Луну (Луна - 16) и возвращение на Землю
Дистанционно управляемый Луноход-1 (17.11.70г. - 14.09.71г.)
1971 г. - Первая мягкая посадка на Марс (Марс-3)

Космические роботы СССР

Луноход-1 функционировал 11 месяцев, прошел расстояние более 10 км, обследовал 80 000 кв. м. поверхности Луны, передал на Землю 211 лунных панорам и 25 тысяч фотографий.
Управления – лунный день (14 суток).
Временная задержка сигнала – около 4 с.

Слайд 10

Космические роботы

Космические роботы

Слайд 11

Сервисные роботы Робот-”игрушка” Для детей, малоподвижных пациентов, одиноких, пожилых людей. Речевое

Сервисные роботы Робот-”игрушка”

Для детей, малоподвижных пациентов, одиноких, пожилых людей.

Речевое общение

Психологическая помощь в

домашних условиях.
Информационная помощь (напоминания, поиск).
Развлечение, общение, обучение.

Распознавание речи
Понимание смысла
Ведение диалогов
Информация, команды

Тактильное общение

Восприятие прикосновений
Рефлексы «стимул - реакция»

Эмоции

Слайд 12

Сервисный Робот – информационный ассистент

Сервисный Робот – информационный ассистент

Слайд 13

Мобильные помощники Мобильность Передвижение по комнате Манипуляторы Физическое взаимодействие с человеком

Мобильные помощники

Мобильность

Передвижение по комнате

Манипуляторы

Физическое взаимодействие с человеком
Оценка состояния человека
Помощь в бытовых

задачах
Развлечение, PR, информационная помощь

Жестикуляция
Перемещение предметов

Расширяемость функций

Слайд 14

Использование роботов в мире ПР

Использование роботов в мире

ПР

Слайд 15

Робот «Маша» (МАИ, 2020г.)

Робот «Маша» (МАИ, 2020г.)

Слайд 16

Принципы системного подхода при исследовании и проектировании роботов. Облик. Цель проектирования

Принципы системного подхода при исследовании и проектировании роботов.
Облик. Цель проектирования

(модернизация (улучшение, адаптация, …), изобретение, открытие).
Показатели качества и критерии.
Что должны уметь студенты.

2. Исследование и проектирование роботов

Слайд 17

Системный подход Системный подход — направление методологии научного познания, в основе

Системный подход

Системный подход — направление методологии научного познания, в основе которого лежит

рассмотрение объекта как системы: целостного комплекса взаимосвязанных элементов; совокупности взаимодействующих объектов; совокупности сущностей и отношений.
Основные принципы системного подхода
Целостность, позволяющая рассматривать одновременно систему как единое целое и в то же время как подсистему для вышестоящих уровней.
Иерархичность строения, то есть наличие множества (по крайней мере, двух) элементов, расположенных на основе подчинения элементов низшего уровня элементам высшего уровня.
Структуризация, позволяющая анализировать элементы системы и их взаимосвязи в рамках конкретной организационной структуры. Как правило, процесс функционирования системы обусловлен не столько свойствами её отдельных элементов, сколько свойствами самой структуры.
Множественность, позволяющая использовать множество кибернетических, экономических и математических моделей для описания отдельных элементов и системы в целом.
Системность, свойство объекта обладать всеми признаками системы.
Слайд 18

Основные определения Система — совокупность взаимосвязанных элементов, образующих целостность или единство.

Основные определения

Система — совокупность взаимосвязанных элементов, образующих целостность или единство.
Структура — способ взаимодействия

элементов системы посредством определенных связей (картина связей и их стабильностей).
Процесс — динамическое изменение системы во времени.
Функция — работа элемента в системе.
Состояние — положение системы относительно других её положений.
Системный эффект — такой результат специальной переорганизации элементов системы, когда целое становится больше простой суммы частей.
Структурная оптимизация — целенаправленный итерационный процесс получения серии системных эффектов с целью оптимизации прикладной цели в рамках заданных ограничений. Структурная оптимизация практически достигается с помощью специального алгоритма структурной переорганизации элементов системы. Разработана серия имитационных моделей для демонстрации феномена структурной оптимизации и для обучения.
Слайд 19

Используемые аспекты системного подхода системно-элементного или системно-комплексного, состоящего в выявлении элементов,

Используемые аспекты системного подхода

системно-элементного или системно-комплексного, состоящего в выявлении элементов, составляющих

данную систему;
системно-структурного, заключающегося в выяснении внутренних связей и зависимостей между элементами данной системы и позволяющего получить представление о внутренней организации (строении) исследуемой системы;
системно-функционального, предполагающего выявление функций, для выполнения которых созданы и существуют соответствующие системы;
системно-целевого, означающего необходимость научного определения целей и подцелей системы, их взаимной увязки между собой;
системно-ресурсного, заключающегося в тщательном выявлении ресурсов, требующихся для функционирования системы, для решения системой той или иной проблемы;
системно-интеграционного, состоящего в определении совокупности качественных свойств системы, обеспечивающих её целостность и особенность;
системно-коммуникационного, означающего необходимость выявления внешних связей данной системы с другими, то есть, её связей с окружающей средой;
системно-исторического, позволяющего выяснить условия во времени возникновения исследуемой системы, пройденные ею этапы, современное состояние, а также возможные перспективы развития.
Слайд 20

Структурная схема промышленного робота, Облик. Как устроен робот Облик – технический,

Структурная схема промышленного робота,

Облик. Как устроен робот

Облик – технический, эксплуатационный, экономический

и т.д.
Технический облик – программно-аппаратный состав, структура, выполняемые функции, возможности, ограничения, показатели качества.
Слайд 21

Пример аппаратной структуры

Пример аппаратной структуры

Слайд 22

Вычислительная система

Вычислительная система

Слайд 23

Системы управления роботами - манипуляторами

Системы управления роботами - манипуляторами

Слайд 24

Подсистемы мобильного робота Скорость, проходимость, грузоподъемность, маневренность – МОБИЛЬНАЯ ПЛАТФОРМА (МП)

Подсистемы мобильного робота Скорость, проходимость, грузоподъемность, маневренность – МОБИЛЬНАЯ ПЛАТФОРМА (МП)

Шагающие

Это изображение,

автор: Неизвестный автор, лицензия: CC BY-SA
Слайд 25

Манипулятор Разработка манипулятора с учётом грузоподъемности Разработка захватного устройства (схвата) Управление манипулятором Очувствление манипулятора

Манипулятор

Разработка манипулятора с учётом грузоподъемности
Разработка захватного устройства (схвата)
Управление манипулятором
Очувствление манипулятора

Слайд 26

Варианты захватного устройства Высокоточные приводы Системы параллельного, согласованного управления Датчики положения Очувствление манипулятора

Варианты захватного устройства

Высокоточные приводы
Системы параллельного, согласованного управления
Датчики положения
Очувствление манипулятора

Слайд 27

Зрение робота Видео/мультиспектральные камеры Сенсоры глубины Лазерные сканеры Прочие датчики

Зрение робота

Видео/мультиспектральные камеры
Сенсоры глубины
Лазерные сканеры
Прочие датчики

Слайд 28

Распознавание объектов

Распознавание объектов

Слайд 29

Речевое общение

Речевое общение

Слайд 30

Безопасность человека – основа робототехники Коллаборативные роботы - коботы Факторы, влияющие

Безопасность человека – основа робототехники Коллаборативные роботы - коботы

Факторы, влияющие на безопасность

человека:
- допустимые усилия (силы, давление), возникающие при квази – статических контактах;
- допустимые усилия, возникающие при динамических контактах (transient contact);
- допустимая передача энергии от робота человеку.

При проектировании автономных роботов необходимо руководствоваться указаниями международного стандарта ISO/TS 15066 “Robot and Robotic Devices – Collaborative robots”, предусматривающего меры по обеспечению безопасности людей при их взаимодействии с роботами.

Слайд 31

Что должны уметь студенты Тестировать параметры, выявлять неисправности систем и подсистем

Что должны уметь студенты

Тестировать параметры, выявлять неисправности систем и подсистем (Задача

диагностики, анализа, исследования);
Проводить настройку и регулировку систем и подсистем (Задача диагностики, анализа, исследования);
Оценивать и сравнивать параметры и показатели качества различных робототехнических систем и их подсистем (Задача оценки, анализа, исследования);
Формировать программно-аппаратный облик робототехнической системы (Задача проектирования);
Разрабатывать алгоритмы и программы контроля и управления робототехническими системами (Задача проектирования).
Слайд 32

3. Критерии, показатели качества Критерий (W∑) – признак, основание, правило принятия

3. Критерии, показатели качества

Критерий (W∑) – признак, основание, правило принятия решения

по оценке чего-либо на соответствие предъявленным требованиям.
Показатель качества (продукции) (Wi) — это количественная оценка одного или нескольких свойств продукции, входящих в её качество.
Показатели назначения (функциональные требования). Характеризуют способность продукции эффективно выполнять свою функцию. Их можно разделить на следующие группы:
требования производительности. Включают показатели необходимой мощности, грузоподъемности, развиваемой скорости и другие, которые характеризуют выполняемую функцию;
требования эффективности. Характеризуют степень эффективности использования изделия по назначению, например, показатели энергетические (КПД, потери), кинематические (точность перемещения), силовые (стабильность нагрузки) и т. п.;
конструктивные требования. Характеризуют достоинства выбранной конструкции.
Например, функциональные ПК: ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, ТОЧНОСТЬ.
Пример общего критерия с ограничениями:
W0∑ = max (или min) W∑ (Wi) при Wj < Wjз (ограничения)
Слайд 33

Скалярные критерии Аддитивный критерий Если повышение качества соответствует увеличению значения ПК, то критерий максимизируется.

Скалярные критерии Аддитивный критерий

 

Если повышение качества соответствует увеличению значения ПК, то критерий

максимизируется.
Слайд 34

Скалярные критерии Мультипликативный критерий

Скалярные критерии Мультипликативный критерий

 

Слайд 35

Скалярные критерии Аддитивно - мультипликативный критерий

 

 

Скалярные критерии Аддитивно - мультипликативный критерий

Слайд 36

Векторные критерии Использование векторных критериев позволяет выбрать веса критериев без участия

Векторные критерии
Использование векторных критериев позволяет выбрать веса критериев без участия оператора.

Векторные критерии основаны на анализе данных полученных после проведения расчетов поиска оптимального пути с применением различных весов частных критериев. Это значит, что при использовании векторных критериев будут затрачены большие вычислительные ресурсы относительно вычисления оптимального пути на основе весов, заданных оператором.

Метод ограничений. Выбор одного ПК, остальные – в ограничения
Метод последовательных уступок. Оптимизация 1-го ПК – уступка (назначается), оптимизация 2-го – уступка, … (возможно ранжирование)
Метод назначения допусков (областей допустимых решений)
Метод Парето

Методы расчета

Слайд 37

Метод ограничений По методу изменения ограничений одну из целевых функций оставляют

 
Метод ограничений
По методу изменения ограничений одну из целевых функций оставляют в

качестве целевой, а остальные превращают в ограничения. То есть, пусть fr будет целевой, а остальные f1..fr-1 представим как ограничение неравенства:

при условии:

где εi – допустимые значения для f1..fr-1.
Для использования данного критерия необходимо выбрать частный критерий, который будет основным, что может не подходить по условиям поставленной задачи.

Слайд 38

Метод последовательных уступок Данный метод применяется в случае, когда частные критерии

Метод последовательных уступок
Данный метод применяется в случае, когда частные критерии могут

быть упорядочены в порядке убывающей важности, все критерии должны быть максимизированы и пронумерованы в порядке убывания их важности. Алгоритм:
Вначале определяется максимальное значение первого по важности критерия Z1
Назначается, исходя из практических соображений и принятой точности, величина допустимого отклонения δ1 > 0 и отыскивается максимальное значение второго критерия Z2, при условии, что значение первого должно отклоняться от максимального не более чем на величину допустимой уступки
Снова назначается величина уступки δ2 > 0 и отыскивается максимальное значение третьего критерия Z3
…
Слайд 39

Метод назначения допусков (областей допустимых решений) Вначале определяется область допуска для

Метод назначения допусков (областей допустимых решений)

Вначале определяется область допуска для первого

по важности критерия ;
Соответствующая область ∆x1 проецируется на следующий критерий и в ней выделяется допуск ;
Если используется 3 критерия, то в области ∆x2 находится минимальное значение f 3

∆f1

∆f2

Слайд 40

Оптимизация по Парето Оптимальность по Парето — такое состояние некоторой системы,

Оптимизация по Парето
Оптимальность по Парето — такое состояние некоторой системы, при котором

значение каждого частного показателя, характеризующего систему, не может быть улучшено без ухудшения других.
Рассмотрим алгоритм поиска оптимального решения по Парето:
Пусть имеется n критериев, найдем некоторое решение задачи. Обозначим его через х и предположим, что существует другое решение х2, такое, что для всех критериев fi(x2) имеют место неравенства
f(x2) > f(х) (i = l,n),
причем хотя бы одно неравенство строгое.
В этом случае решение х2 приоритетнее, чем х. Поэтому все х, которые удовлетворяют указанному неравенству, надо отбросить и в дальнейшем следует анализировать только те х2, для которых не существует х, чтобы выполнялось указанное неравенство.
Множеством Парето при n критериях fi(x) на максимум называется множество таких х, для которых не существует такого х2, чтобы выполнялось неравенство
f(х2)>f(х),
причем хотя бы одно неравенство строгое.
Слайд 41

Оптимум по Парето подразумевает, что суммарное благосостояние общества достигает максимума, а

Оптимум по Парето подразумевает, что суммарное благосостояние общества достигает максимума, а распределение благ и

ресурсов становится оптимальным, если любое изменение этого распределения ухудшает благосостояние хотя бы одного субъекта экономической системы.
Парето-оптимальное состояние рынка — ситуация, когда нельзя улучшить положение любого участника экономического процесса, одновременно не снижая благосостояния как минимум одного из остальных.
Согласно критерию Парето (критерию роста общественного благосостояния), движение в сторону оптимума возможно лишь при таком распределении ресурсов, которое увеличивает благосостояние по крайней мере одного человека, не нанося ущерба никому другому.
Слайд 42

Оценка частных показателей качества Wi Wi → max Wi → min Рабочий диапазон Рабочий диапазон

Оценка частных показателей качества Wi

Wi → max

Wi → min

Рабочий
диапазон

Рабочий
диапазон

Слайд 43

Производительность, быстродействие систем

Производительность, быстродействие систем

Слайд 44

Критерий производительности Wпр → max, при Wj W0∑ = max (или

Критерий производительности

Wпр → max, при Wj < Wjз

W0∑ = max

(или min) W∑ (Wi) при Wj < Wjз (ограничения)

Например 1, максимизация производительности систем уборки робота-пылесоса
Wпр = Vн*Bу → max , при чистоте уборки не менее 8 баллов,
где Vн – скорость носителя, Bу – ширина убираемой полосы

Например 2, максимизация скорострельности
Wпр = N → max , при точности стрельбы не хуже ±3σ≥ 2м на расстоянии не менее 1500 м

Слайд 45

Надежностью называется свойство объекта (изделия) выполнять заданные функции, сохраняя во времени

Надежностью называется свойство объекта (изделия) выполнять заданные функции, сохраняя во времени

значения установленных эксплуатационных показателей в требуемых пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.
К основным понятиям надежности относятся работоспособность и отказ.
Работоспособность состояние объекта, при котором он способен выполнять требуемые функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных документацией.
Событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта, называется отказом. Отказы классифицируются:
по объему: полный, частичный, катастрофический, постепенный частичный;
по характеру изменений: постепенный, внезапный, перемежающийся;
по нагрузке: зависимый, независимый;
по времени появления: приработочный, случайный, в результате старения, систематический;
по причине возникновения: конструкционный, производственный, эксплуатационный.
Постепенные отказы, характеризуются постепенным изменением погрешности выходного сигнала. Основными причинами постепенных отказов являются износ и старение элементов ТС.
Под внезапными отказами понимаются отказы, сопровождаемые скачкообразным изменением погрешности выходного сигнала на величину, превышающую допустимую. Причинами подобных отказов могут быть механические поломки деталей, заклинивание, обрывы или короткие замыкания электрических цепей, отключение источников питания и пр.

4. ПК. Надежность ТС

Слайд 46

Основные свойства объектов Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в

Основные свойства объектов

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение

некоторого времени или некоторой наработки
Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждение и обнаружению возможных причин возникновения отказа, повреждения и устранение последствий возникшего отказа или повреждения путем ремонта или технического обслуживания.
Сохраняемость – свойство непрерывно находится в исправном состоянии при хранении или транспортировании.
Прочность (вибропрочность, ударная прочность и пр.) – И (изделие) сохраняет работоспособность после воздействия.
Устойчивость (виброустойчивость, ударная устойчивость и пр.) – И сохраняет работоспособность во время воздействия.
Слайд 47

Основными показателями надежности являются: P(t) – вероятность безотказной работы за время

Основными показателями надежности являются:
P(t) – вероятность безотказной работы за время t;


Q(T) – вероятность отказов;
λ(t) – интенсивность отказов;
f(t) – плотность распределения наработки на отказ;
T – средняя наработка на отказ (математическое ожидание наработки объекта до первого отказа).
Влияние условий эксплуатации учитывается поправочным коэффициентом (увеличивающим фактическое значение интенсивности отказов), который в лабораторных условий принимается приблизительно равным – 1, в стационарных надежных условиях – 10, на автомобильном транспорте – 25, на летательных аппаратах – 120...1000.

Показатели надежности

Слайд 48

 

Слайд 49

 

 

Слайд 50

Перечисленные важнейшие свойства надежности характеризуют определенные технические состояния объекта. Различают пять

Перечисленные важнейшие свойства надежности характеризуют определенные технические состояния объекта.
Различают пять

основных видов технического состояния объектов.
Исправное состояние – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и проектной документации.
Неисправное состояние – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и проектной документации.
Работоспособное состояние – состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и проектной документации.
Неработоспособное состояние – состояние объекта, при котором значения хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и проектной документации.
Предельное состояние – состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.
Слайд 51

При расчете надежности приборов используются заранее известные значения интенсивностей отказов для

При расчете надежности приборов используются заранее известные значения интенсивностей отказов для

отдельных элементов и соединений. В качестве примера ниже приведены некоторые значения максимальных, средних и минимальных значений интенсивности отказов для электрических, электромагнитных и механических элементов и соединений [1/млн.ч] (1 млн.ч. – более 100 лет):
Слайд 52

Надежность системы Для последовательного соединения Для параллельного соединения

Надежность системы

Для последовательного соединения

Для параллельного соединения

 

 

Слайд 53

Поиск неисправностей N 1 2 1 2 1 2 3 4

Поиск неисправностей

N

1

2

1

2

1

2

3

4

При большом количестве элементов поиск неисправностей (диагностика), в частности, случайных

отказов, становится дорогостоящим и трудоемким.
Слайд 54

Пусть известны априорные вероятности отказов всех элементов (подсистем) P(Xi) и можно

Пусть известны априорные вероятности отказов всех элементов (подсистем) P(Xi) и можно

рассчитать вероятности P(Xo|Xi), где Xi – отказ i-го элемента, Xo – отказ всей системы.
Оптимальный маршрут поиска неисправностей (метод дихотомии) при отказе системы строится по следующему алгоритму:
Построение интегрального закона PΣ(Xo|Xi) при i = 1,2, …,N;
Деление PΣ(Xo|Xi) пополам (на 1-м шаге выбирается точка (iп) на PΣ(Xo|Xi) = 0,5);
В точке (iп) определяются работоспособная и неработоспособная области;
Неработоспособная область PΣ(Xo|Xi) делится пополам (выбирается очередная точка (iп));
Пункты 3, 4 повторяются до выявления отказавшего элемента.

Поиск неисправностей

Слайд 55

Маршрут поиска неисправностей PΣ(Xo|Xi) PΣ(Xo|Xi) PΣ(Xo|Xi)

Маршрут поиска неисправностей

PΣ(Xo|Xi)

PΣ(Xo|Xi)

PΣ(Xo|Xi)

Слайд 56

Методы повышения надежности Выделяют три группы методов: 1. Конструктивно-технологические методы, включающие

Методы повышения надежности

Выделяют три группы методов:
1. Конструктивно-технологические методы, включающие мероприятия,

учитывающие условия работы ТС. Например, защита от воздействия влаги, пыли, песка, пониженного давления, ослабления тепловых режимов (теплоотводом, охлаждением) и т.д.. Конструктивное улучшение условий работы наименее надежных элементов: ослабление механических напряжений в наиболее нагруженных элементах конструкции, исключение трущихся деталей, разгрузка мест пайки и пр..
2. Методы технической диагностики основаны на применении различных систем контроля функционирования ТС, позволяющих диагностировать отказы ТС: через определенные интервалы времени (регламентный контроль); перед началом эксплуатации, перед полетом ЛА (предстартовый или предполетный контроль); в процессе эксплуатации, полета ЛА (встроенный контроль).
Важным направлением среди методов технической диагностики является разработка и внедрение автоматических средств встроенного контроля (в том числе дистанционных, например, акустических, вибрационных и пр.), которые помогают не только выявлять отказы ТС, но также определять и ликвидировать возможные причины появления отказов, существенно повышая надежность ТС.
Слайд 57

3. Структурные методы делятся на две подгруппы: Методы, основанные на оптимизации

3. Структурные методы делятся на две подгруппы:
Методы, основанные на оптимизации структуры

ТС без применения функциональной избыточности. Например, использование отрицательных обратных связей в системах для повышения стабильности их работы.
Методы, основанные на введении функциональной избыточности (резервирование, комплексирование и др.).
Например, для обеспечения заданной надежности ТС может включать один основной элемент и (m-1) параллельно включенных резервных элементов. При этом если резервные элементы постоянно выполняют заданные функции, то говорят о нагруженном (горячем) резервировании, а если основной элемент заменяется резервным только при наличии отказа, то имеет место ненагруженный (холодный) резерв.

Методы повышения надежности

Слайд 58

 

Слайд 59

Исходная система Поэлементное резервирование Системное резервирование

Исходная система

Поэлементное резервирование

Системное резервирование

Слайд 60

Одним из вариантов синтеза подобной ТС является следующий: 1. Определение количества

Одним из вариантов синтеза подобной ТС является следующий:
1. Определение количества (m1)

резервных элементов для рабочего элемента 1.
Для обеспечения условия Qr1 < Q0 , определим
Q1 = 1 - P1 = 0,1.
В рассматриваемом примере, если к рабочему элементу 1 добавляется один резервный элемент (m1=2), то условие Qr i < Q0 выполняется
Q12 = 0,01 < 0,05.
2. Определение количества (m2) резервных элементов для рабочего элемента 2.
Требуемая вероятность безотказной работы оставшейся части ТС (без учета 1-го рабочего элемента) определяются как
P01 = P0/Pr1 ,
откуда с точностью до 4-го знака получим
Q01 = 1 - P01 = 1 - 0,95 / 0,99 = 1 - 0,9596 = 0,0404.
Используя вероятность отказов Q01 вместо Q0, находим условия обеспечения надежности для рабочего элемента 2: Qr 2 < Q01.
Выполняя действия аналогичные п.1, получим при m2=2,
Qr 2 = 0,0025 < 0,0404.
3. Для элемента 3.
Требуемая вероятность отказов для оставшейся части ТС (без 1-го и 2-го элементов) равна
Q02 = 1 - 0,9595/ 0,96 = 1 - 0,9996 = 0,0004.
Заданная требуемая надежность всей ТС обеспечивается при m3 = 3, так как в этом случае удовлетворяется условие
Qr3 = 0,000125 < 0,0004.
Слайд 61

Примеры Построить схемы резервирования ТС (поэлементную, системную); Рассчитать количество резервных элементов

Примеры
Построить схемы резервирования ТС (поэлементную, системную);
Рассчитать количество резервных элементов для каждой

схемы;
Cравнить количество резервных элементов;
Выбрать наилучший вариант.
Слайд 62

Испытания Контроль: входной, операционный, выходной, приемочный; сплошной, выборочный

Испытания

Контроль: входной, операционный, выходной, приемочный; сплошной, выборочный

Слайд 63

5. ПК. Точность технических систем (ТС) Точность Изготовление Измерение Управление

5. ПК. Точность технических систем (ТС)

Точность

Изготовление

Измерение

Управление

Слайд 64

Точность изготовления Структура деталей и сборок; Базирование и силовое замыкание; Направляющие

Точность изготовления

Структура деталей и сборок;
Базирование и силовое замыкание;
Направляющие движения. Заклинивание;
Конструктивные цепи;
Сборка.

Взаимозаменяемость: полная, частичная, селективная;
Сборка с компенсацией.
Слайд 65

6-7. Точность управления Точность управления. Переходный процесс. Гармонические колебания. Качество процессов;

6-7. Точность управления

Точность управления. Переходный процесс. Гармонические колебания. Качество процессов;
Элементарные звенья.

Физические аналоги. Уравнение движения;
ЛАФЧХ;
Управление. Обратная связь;
Контур управления: точность и устойчивость;
Коррекция управления. ПИД – регулятор.
Слайд 66

7. Системы автоматического управления Обеспечение точности и быстродействия движения робота В

7. Системы автоматического управления Обеспечение точности и быстродействия движения робота

В ТАУ

можно выделить две характерные задачи: 1) в заданной системе автоматического управления (САУ) найти и оценить переходные процессы (или параметры установившегося режима) - это задача анализа САУ; 2) по заданным переходным процессам и основным показателям разработать САУ - это задача синтеза САУ.
Вторая задача сложнее в виду своей неоднозначности, многое определяется творческими способностями проектировщика. Поэтому обычно задача синтеза САУ ставится ограниченно. Считается, что основная часть системы уже задана, что обычно имеет место. Требуется синтезировать корректирующие звенья, то есть выбрать их схему и параметры. При этом необходимо, чтобы в результате коррекции САУ обеспечивался требуемый запас устойчивости; точность управления в установившихся режимах и качество управления в динамических режимах.
Слайд 67

Ошибки управления

Ошибки управления

Слайд 68

Элементарные звенья

Элементарные звенья

 

Слайд 69

Элементарные звенья t Идеальное W(s) = 1/s

Элементарные звенья

t

Идеальное W(s) = 1/s

Слайд 70

Элементарные звенья Реальное W(s) = Ts + 1.

Элементарные звенья

Реальное W(s) = Ts + 1.

Слайд 71

Элементарные звенья

Элементарные звенья

Слайд 72

Элементарные звенья -180

Элементарные звенья

-180

Слайд 73

8. Контур САУ Соединения звеньев Вид передаточной функции объекта зависит от

8. Контур САУ

Соединения звеньев
Вид передаточной функции объекта зависит от последовательности соединения

звеньев:
1) Последовательное соединение.
Wоб = W1.W2.W3 
При последовательном соединении звеньев их передаточные функции перемножаются.
2) Параллельное соединение.
Wоб = W1 + W2 + W3 + …
При параллельном соединении звеньев их передаточные функции складываются.
3) Обратная связь
Передаточная функция по заданию (х): + отриц. связь, - полож. связь
Слайд 74

Разомкнутые и замкнутые системы

Разомкнутые и замкнутые системы

Слайд 75

ЛАФЧХ замкнутой системы

ЛАФЧХ замкнутой системы

Слайд 76

ЛАФЧХ разомкнутой системы

ЛАФЧХ разомкнутой системы

Слайд 77

Переходный процесс При нулевых начальных условиях динамический режим описывается переходной характеристикой

Переходный процесс

При нулевых начальных условиях динамический режим описывается переходной характеристикой h(t)

= ∆y(t) = y(t) - y0 = - e(t).
1. Статическая ошибка eуст = y0 - yуст = - hуст - это разность между предписанным и действительным значением управляемой величины в установившемся режиме. Для статических систем статическая ошибка отлична от нуля и пропорциональна величине возмущающего фактора f (в линейных САУ) и коэффициенту передачи системы по данному возмущению, а для астатических - равна нулю.

 

Статическая система

Астатическая система

Слайд 78

.

.

Слайд 79

Показатели качества переходного процесса При создании САУ допустимые значения показателей качества

Показатели качества переходного процесса

При создании САУ допустимые значения показателей качества оговариваются

техническими условиями, что можно представить в виде диаграммы показателей качества. Это область, за границы которой не должна выходить переходная характеристика
Слайд 80

Устойчивые и неустойчивые системы Исследование переходных процессов носит частный характер. Более

Устойчивые и неустойчивые системы

Исследование переходных процессов носит частный характер.
Более общие результаты

получаются при исследовании систем частотными методами.
Например, на основе исследования логарифмических амплитудно-фазовых частотных характеристик ЛАФЧХ.
Слайд 81

Устойчивость и качество процессов по ЛАФЧХ Звенья: Апериодическое Апериодическое Колебательное Дифференцирующее

Устойчивость и качество процессов по ЛАФЧХ

Звенья:
Апериодическое
Апериодическое
Колебательное
Дифференцирующее (реал.)
Апериодическое

Главные проблемы:
1. Определение условий обеспечения устойчивости;
2. Оценка

быстродействия по полосе пропускания;
3. Оценка точности по коэффициенту усиления и астатизму.
Слайд 82

9. ПД-регулятор Законом регулирования называется математическая зависимость, в соответствии с которой

9. ПД-регулятор

Законом регулирования называется математическая зависимость, в соответствии с которой

управляющее воздействие на объект вырабатывалось бы безынерционным регулятором.
Простейшим из них является пропорциональный закон регулирования, при котором
  u(t) = Ke(t) (рис. а),
где u(t) - это управляющее воздействие, формируемое регулятором, e(t) - отклонение регулируемой величины от требуемого значения, K - коэффициент пропорциональности регулятора Р.
Слайд 83

То есть для создания управляющего воздействия необходимо наличие ошибки регулирования и

То есть для создания управляющего воздействия необходимо наличие ошибки регулирования и

чтобы величина этой ошибки была пропорциональна возмущающему воздействию f(t). Другими словами САУ в целом должна быть статической.
Такие регуляторы называют П-регуляторами.
Так как при воздействии возмущения на объект управления отклонение регулируемой величины от требуемого значения происходит с конечной скоростью (рис. б), то в начальный момент на вход регулятора подается очень малая величина e , вызывая при этом слабые управляющие воздействия u. Для повышения быстродействия системы желательно форсировать процесс управления. Для этого в регулятор вводят звенья, формирующие на выходе сигнал, пропорциональный производной от входной величины, то есть дифференцирующие или форсирующие звенья.
Такой закон регулирования называется пропорционально - дифференциальным:u(t) = K1e(t) + K2de(t)/dt.
В соответствии с ним работают ПД-регуляторы.
Слайд 84

Интегральный закон регулирования реализуется И-регулятором Этот регулятор наращивает управляющее воздействие до

Интегральный закон регулирования реализуется И-регулятором
Этот регулятор наращивает управляющее воздействие до тех

пор пока управляемая величина отличается от требуемого значения, то есть пока e(t) ≠ 0.
И-регулятор обеспечивает астатическое регулирование.
При малых e управляющее воздействие изменяется с малой скоростью, поэтому данный регулятор очень инерционный.

И-регулятор

Слайд 85

Чтобы увеличить быстродействие обычно последовательно с ним включают усилитель, это дает

Чтобы увеличить быстродействие обычно последовательно с ним включают усилитель, это дает

пропорционально-интегральный закон регулирования (ПИ-регулятор), его формула:
Первое слагаемое обеспечивает быстродействие, второе - астатичность, то есть точность регулирования.
Еще большее быстродействие обеспечивается при добавлении слагаемого, пропорционального производной от отклонения управляемой величины de/dt, такой закон регулирования обеспечивается ПИД-регулятором, его формула:

ПИД-регулятор

Слайд 86

Устойчивость и качество процессов по ЛАФЧХ Звенья: Апериодическое Апериодическое Колебательное Дифференцирующее

Устойчивость и качество процессов по ЛАФЧХ

Звенья:
Апериодическое
Апериодическое
Колебательное
Дифференцирующее (реал.)
Апериодическое

Главные проблемы:
1. Определение условий обеспечения устойчивости;
2. Оценка

быстродействия по полосе пропускания;
3. Оценка точности по коэффициенту усиления и астатизму.
Слайд 87

Системы управления роботами Командное управление Оператор задает команды управления, в т.ч. в виде программ

Системы управления роботами

Командное управление

Оператор задает команды управления, в т.ч. в виде

программ
Слайд 88

Копирующее управление Робот-манипулятор копирует (всеми звеньями) движения оператора

Копирующее управление

Робот-манипулятор копирует (всеми звеньями) движения оператора

Слайд 89

Полуавтоматическое управление Оператор управляет только схватом

Полуавтоматическое управление

Оператор управляет только схватом

Слайд 90

Автоматическое управление

Автоматическое управление

Слайд 91

10. Информационные системы роботов Козырев Ю.Г. Промышленные роботы. Справочник. – М.:

10. Информационные системы роботов

Козырев Ю.Г. Промышленные роботы. Справочник. – М.: Машиностроение,

… (различные издания)
Информационные системы роботов можно разделить по функциональному признаку на две группы.
Датчики состояния робота (1-я группа) – датчики положения, скорости, крутящего момента.
Системы очувствления (2-я группа) – сенсорные устройства.

Для управления роботом необходимо получать текущую информацию

Слайд 92

Информационные системы роботов Контроль состояния Р, Диагностика и прогнозирование состояния, Оценка

Информационные системы роботов
Контроль состояния Р,
Диагностика и прогнозирование состояния,
Оценка положения и

скорости Р,
Безопасность Р.
Сенсорные системы для формирования «Моделей мира»,
Системы технического зрения.
Системы автоматического управления
Приводы с датчиками состояния, например, датчиками положения,
Контуры САУ, обратные связи,
Корректирующие звенья,

Обеспечение точности управления

Слайд 93

Слайд 94

Система оценки положения и скорости В общем случае для оценки положения

Система оценки положения и скорости

В общем случае для оценки положения и

скорости роботов (Р) используются традиционные навигационные системы: спутниковая навигация, ИНС, навигация по информационным полям и пр.
Основными требованиями, предъявляемыми к датчикам системы, являются надежность, малые габаритные размеры и масса, помехоустойчивость и устойчивость к воздействию окружающей среды, простота юстировки, возможность отсчета абсолютных значений и низкая стоимость.
Для манипуляторов (М) со следящими приводами в состав системы входят датчики обратной связи по положению и скорости перемещения звеньев по отдельным степеням подвижности.
В качестве датчиков обратной связи по скорости применяют серийно выпускаемые тахогенераторы либо двигатели постоянного тока серии ДПМ.
В качестве датчиков обратной связи по положению могут быть использованы проволочные потенциометры, индуктивные и индукционные датчики типа вращающихся трансформаторов, индуктосинов (бесконтактная информационная машина без магнитопровода с печатными первичной и вторичной обмотками), резольверов (как ВТ, но с двумя обмотками статора).
Наиболее компактными датчиками, которые используются в обратных связях приводов, являются датчики Холла, емкостные и оптические датчики.
Слайд 95

Оптические датчики Емкостные датчики Датчики Холла Большинство магнитных энкодеров с датчиками

Оптические датчики

Емкостные датчики

Датчики Холла

Большинство магнитных энкодеров с датчиками Холла использует специальное

колесо, прикрепленное к валу двигателя. По периметру данного колеса располагаются полюса с северным и южным направлениями намагничивания. Такая конструкция представляет собой магнитный аналог кодирующего диска оптических энкодеров. Колесо обычно изготавливают из феррита, литого под давлением, в который встроен массив намагниченных элементов. Типичное колесо имеет 32 полюса (16 северных и 16 южных), поэтому разрешение оказывается намного меньше, чем для оптических энкодеров или резольверов, но зачастую этого достаточно для многих приложений.

Используется повторяющийся выгравированный рисунок из проводников на движущейся и неподвижной частях энкодера. При вращении энкодера относительная емкость между двумя частями увеличивается или уменьшается, и это изменение емкости детектируется, что несколько похоже на работу фототранзисторов в оптическом энкодере. 

Датчик положения, в котором используется источник света (светодиод), два фотодатчика, смещенных друг относительно друга на 90°, и стеклянный или пластиковый диск между ними. На диске вырезаны тонкие щели, исходящие из центра. При вращении диска датчики видят чередование светлых и темных полос.
Количество щелей на диске и некоторые другие параметры определяют разрешение датчика, которое обычно составляет 1024, 2048 или даже 4096 отсчетов на оборот.

основаны на возникновении разности потенциалов на краях проводника, помещённом в поперечное магнитное поле, при протекании тока, перпендикулярному полю.

Датчики обратной связи

Слайд 96

Системы контроля состояния роботов обеспечивают требуемые эксплуатационные характеристики, включая эксплуатационную надежность

Системы контроля состояния роботов

обеспечивают требуемые эксплуатационные характеристики, включая эксплуатационную надежность Р,

и участвует в организации требуемых параметров его движения. Поэтому она должна содержать систему оценки положения и скорости движения Р, включая М, обеспечивающую регистрацию фактического его состояния в каждый момент времени и сравнение с требуемыми параметрами движения; систему аварийной блокировки, обеспечивающую предотвращение поломок как механической системы Р так и обслуживаемого им технологического оборудования при появлении случайных сбоев; систему диагностики и прогнозирования ресурса Р, предназначенную для сокращения времени восстановления работоспособности Р и уменьшения числа отказов путем проведения соответствующих профилактических работ.
Слайд 97

Системы контроля состояния роботов Система диагностики должна также включать, в зависимости

Системы контроля состояния роботов

Система диагностики должна также включать, в зависимости от

уровня автономности робота и условий функционирования, сенсорные системы для формирования «Моделей мира».
Например, температурные датчики, датчики влажности, перегрузок, вибраций и пр., служащие не только для оценки внешних воздействий, но и для обеспечения безопасности робота.
Сенсорные системы для оценки окружающей среды, в т.ч. текстуры поверхности (опорной и геометрической проходимости) (в частности могут использоваться системы технического зрения (СТЗ)), необходимые для обхода препятствий, предотвращения столкновений, планирования маршрутов движения.
Модели собственного состояния, использующие информацию от сенсорных систем робота должны включать локальные модели надежности всех подсистем и элементов робота, включая прогнозируемые или текущие отказы.
Слайд 98

Сенсорные устройства роботов

Сенсорные устройства роботов

Слайд 99

Локационные системы Локационные системы характеризуются отсутствием непосредственного контакта с объектами внешней

Локационные системы

Локационные системы характеризуются отсутствием непосредственного контакта с объектами внешней среды

и оперируют с их геометрическими параметрами. Значительное распространение получили локационные системы с акустическими датчиками, оптическими, пневматическими датчиками.

Схема захвата манипулятора с фотодатчиками расстояния и направления: 1 — излучатель; 2 — захват; 3 — датчик; 4 — рука; 5 — фотодиод (приемник); 6 — объект

Схемы размещения резонансного УЗ датчика

Слайд 100

Системы искусственного осязания Особенностью работы систем искусственного осязания является наличие контакта

Системы искусственного осязания 

Особенностью работы систем искусственного осязания является наличие контакта датчиков

с поверхностью объекта. С их помощью могут быть решены следующие задачи: поиск, обнаружение предметов и определение их положения; схватывание и манипулирование с неориентированными объектами; распознавание формы предметов и их классификация; определение физических свойств объектов (масса, твердость, шероховатость поверхности, температура, тепло- и электропроводность и т. п.); надежное захватывание и удержание объекта с контролем усилия зажима (с целью предотвращения разрушения хрупких и легкодеформируемых предметов); контроль за микроперемещениями деталей при выполнении некоторых сборочных операций; контроль смещений объекта в захватном устройстве ПР при воздействии на него динамических нагрузок.
Слайд 101

Примеры использования систем искусственного осязания

Примеры использования систем искусственного осязания

Слайд 102

Примеры пропорциональных датчиков, объединенных в матрицы

Примеры пропорциональных датчиков, объединенных в матрицы

Слайд 103

Датчики регистрации перемещений

Датчики регистрации перемещений

Слайд 104

Датчики усилий (моментов) Датчики усилий (моментов) применяют в роботах, осуществляющих манипулирование

Датчики усилий (моментов)

Датчики усилий (моментов) применяют в роботах, осуществляющих манипулирование хрупкими

и легкодеформируемыми предметами или выполняющих простые операции сборки.
В первом случае датчики усилий позволяют регулировать усилие схвата пропорционально массе захватываемых объектов. Такие датчики обычно устанавливают в захвате, и поэтому они должны быть небольших размеров.
Применяют два способа измерения усилий: по упругой деформации чувствительного элемента и по перемещению подвижной части чувствительного элемента.
Для измерения малых усилий пригодны различные конструкционные решения с использованием проволочных И полупроводниковых тензометров сопротивления или токопроводящих полимеров. Для измерения больших усилий применяют магнитоупругие элементы, а для точных измерений - градуированные пружины и другие упругочувствительные элементы.
Слайд 105

Силомоментный датчик

Силомоментный датчик

Слайд 106

Размещение датчиков на схвате

Размещение датчиков на схвате

Слайд 107

11. Системы технического зрения Основные задачи Зрение – основной источник информации

11. Системы технического зрения

Основные задачи

Зрение – основной источник информации (у человека

– 70 – 80% информации об окружающем мире).

Параметры систем наблюдения: направление и угол поля зрения, разрешение,
чувствительность и пр. определяются решаемыми целевыми задачами

Слайд 108

Схема комплексной системы наблюдения В промышленных роботах преобразования и анализ изображения

Схема комплексной системы наблюдения

В промышленных роботах преобразования и анализ изображения осуществляются

ЭВМ, входящей в состав СТЗ. В частности, выделяются точки контура деталей или точки, подчеркивающие различные особенности одной детали, например отверстия, ребра и т.п. В дальнейшем выполняется анализ связности, т.е. определяется принадлежность каждой точки тому или другому контуру, являющемуся замкнутой кривой, и осуществляется сегментация изображения, представляющая собой процедуру выделения на изображении отдельных не связанных и не соприкасающихся объектов.
Слайд 109

Решаемые задачи КСН (Системы технического зрения – КСН, компьютерное зрение, зрение роботов)

Решаемые задачи КСН (Системы технического зрения – КСН, компьютерное зрение, зрение

роботов)
Слайд 110

Улучшение изображений Смаз Дефокусировка Восстановление

Улучшение изображений

Смаз

Дефокусировка

Восстановление

Слайд 111

Улучшение качества изображений путем локальной обработки с помощью выделения различных участков

Улучшение качества изображений путем локальной обработки с помощью выделения различных участков

интереса на исходном изображении специальным окном.
Задачи локальной обработки: фильтрация и формирование обработанных изображений, расширение (наращивание) – сжатие объектов интереса, выделение характерных черт (признаков) и пр.

Локальные методы обработки изображений

Слайд 112

Выделение краев Алгоритмы: Робертса, Собела, Превитта, Канни и др.

Выделение краев

Алгоритмы:
Робертса,
Собела,
Превитта,
Канни и др.

Слайд 113

Сжатие изображений Обычно принимаемые изображения содержат большой объем избыточной информации. Избыточность

Сжатие изображений

Обычно принимаемые изображения содержат большой объем избыточной информации. Избыточность изображений

проявляется в наличии корреляционной связи между яркостями отдельных (в частности, смежных) пикселей: обычно основная площадь изображения занята областями, имеющими постоянную или мало изменяющуюся яркость.
Эта избыточность приводит к существенным экономическим потерям, связанным с необходимостью необоснованного расширения полосы пропускания информационных каналов, хранением в памяти ненужной информации, уменьшением эффективности или скорости решения многих прикладных задач.

Сжатие изображений может реализовываться с потерей и без потери информации.
В первом случае, в процессе сжатия отбрасывается наименее важная (с точки зрения решаемой задачи) информация. При этом можно заранее задавать требуемые коэффициенты сжатия исходных изображений. При увеличении коэффициентов сжатия качество восстановленных изображений будет ухудшаться.

КОДЕК

Слайд 114

Дискретное косинусное преобразование (DCT) Алгоритмы и стандарты: - RLE, LZ, DCT,

Дискретное косинусное преобразование (DCT)

Алгоритмы и стандарты:
- RLE, LZ, DCT, Хаффмана, вейвлет-

преобразования, ДКИМ, ….
- JPEG, MPEG, …
Слайд 115

Восстановление 3D изображений. Пример: стереозрение Восстановление рельефа Прокладка маршрута Могут использоваться:

Восстановление 3D изображений. Пример: стереозрение

Восстановление рельефа
Прокладка маршрута

Могут использоваться: дальномеры различных типов, в

т.ч. лазерные сканеры, системы со структурированной подсветкой, методы, основанные на анализе оптического потока и др.

Идентификация сопряженных точек

Слайд 116

Дополненная и виртуальная реальность

Дополненная и виртуальная реальность

Слайд 117

Поиск и обнаружение

Поиск и обнаружение

Слайд 118

Обнаружение (захват), слежение

Обнаружение (захват), слежение

Слайд 119

Поисковые ситуации Кооперативный поиск Поиск на площади, антагонистический поиск Вторичный поиск Антагонистический поиск нарушителя, слежение

Поисковые ситуации

Кооперативный поиск

Поиск на площади,
антагонистический поиск

Вторичный поиск

Антагонистический поиск нарушителя, слежение

Слайд 120

Распознавание Распознавание лиц Распознавание пород рыб Распознавание предметов

Распознавание

Распознавание лиц

Распознавание пород рыб

Распознавание предметов

Слайд 121

Анализ и прогноз ситуаций (понимание ситуаций) Что происходит? Что произойдет? Можно

Анализ и прогноз ситуаций (понимание ситуаций)

Что происходит?
Что произойдет?
Можно ли решить целевую задачу?
Какие

объекты и связи важные?
Слайд 122

12. Мобильные роботы Планирование маршрута (движение в заданную точку, район); Обход

12. Мобильные роботы

Планирование маршрута (движение в заданную точку, район);
Обход препятствий;
Поиск объектов

(ориентиров, целевой точки, мобильных объектов)
Слежение, сопровождение;
Наведение;
Уход, отклонение от встречи, отступление.
Слайд 123

Организация движением МР X, Y, Z

Организация движением МР

X, Y, Z

Слайд 124

Навигация роботов Основная проблема – накопление ошибок в ИНС СНС –

Навигация роботов

Основная проблема – накопление ошибок в ИНС

СНС – не работает

в помещениях, в воде, в некоторых областях, ограничена помехозащищенность

Комплексирование – на основе фильтра Калмана

Слайд 125

Система управления и навигации на примере БЛА ИНС

Система управления и навигации
на примере БЛА

ИНС

Слайд 126

Задачи, решаемые БЛА (БПЛА) Мониторинг; Разведка (скрытность, маскировка, обход ПВО и

Задачи, решаемые БЛА (БПЛА)

Мониторинг;
Разведка (скрытность, маскировка, обход ПВО и пр.);
Транспорт;
Доставка

грузов;
Поиск объектов, слежение, сопровождение;
Наведение;
Ликвидация пожаров;
…….

Показатели качества (ПК) и особенности планирования определяются целевыми задачами (ЦЗ)

Слайд 127

МОБИЛЬНАЯ ПЛАТФОРМА (МП) Шагающие Это изображение, автор: Неизвестный автор, лицензия: CC

МОБИЛЬНАЯ ПЛАТФОРМА (МП)

Шагающие

Это изображение, автор: Неизвестный автор, лицензия: CC BY-SA

Различные показатели

качества (ПК) по скорости, проходимости, грузоподъемности, маневренности, стоимости, экономичности
Слайд 128

Навигация мобильной платформы (определение координат и ракурса) Стратегическое и локальное планирование

Навигация мобильной платформы (определение координат и ракурса)

Стратегическое и
локальное
планирование маршрута

Основная проблема

– точность оценки координат

Требуется установка меток или сложные вычисления

Слайд 129

13, 14. Манипулятор Разработка манипулятора с учётом грузоподъемности Разработка схвата Управление манипулятором Очувствление манипулятора

13, 14. Манипулятор

Разработка манипулятора с учётом грузоподъемности
Разработка схвата
Управление манипулятором
Очувствление манипулятора

Слайд 130

Манипуляторы Основные понятия; Классификация манипуляторов по управлению; Кинематические схемы; Степени подвижности.

Манипуляторы

Основные понятия;
Классификация манипуляторов по управлению;
Кинематические схемы;
Степени подвижности. Движения;
Конструкции;
Коэффициент сервиса;
Построение системы координат.
Манипуляционным

роботом называют техническое устройство (ма­шина), предназначенное для выполнения работ универсального ха­рактера, исполнительными устройствами которого служат манипу­ляторы (механические руки).
Слайд 131

Число степеней подвижности манипулятора – сумма возможных координатных движений объекта манипулирования

Число степеней подвижности манипулятора – сумма возможных координатных движений объекта манипулирования относительно

опорной системы (стойки, основания) робота.
Рабочее пространство манипулятора – пространство, в котором может находиться исполнительный орган робота в момент работы.
Зона обслуживания манипулятора – часть рабочего пространства, где полностью сохраняются заданные (паспортные) значения технических характеристик манипулятора.
Достижимость –представляет количественную оценку величины объема рабочего пространства.
Границы достижимости манипуляционной системы – границы рабочего пространства, т.е. границы до которых робот может дотянуться своей характерной точкой (исполнительным органом).
Манипулятивность– свойство манипулятора правильно ориентировать захватное устройство. По мере приближения захвата к границам рабочего пространства, свойство манипулятивности уменьшается, а на границе достижимости полностью утрачивается.
Мобильность - свойство манипулятора, оценивающее достижимую скорость перемещения характерной точки захвата в рабочем пространстве. В каждой конфигурации манипуляционной системы достижимые скорости захвата составляют определенный интервал, ограничиваемый возможностями приводов отдельных звеньев.
Приемистость – свойство, оценивающее ускорение характерной точки захвата манипулятора в момент его трогания из положения покоя. Достижимые ускорения, как и достижимые скорости, в каждой конфигурации манипуляционной системы составляют определенный интервал.
Точность (Погрешность позиционирования) – отклонение заданной позиции исполнительного механизма от фактической при многократном позиционировании (повторении движения). Погрешность отработки траектории рабочего органа манипулятора – отклонение фактической траектории от заданной по программе.
Податливость – свойство исполнительной системы реагировать на управляющие воздействия. Это свойство сильно влияет на точность манипулятора.
Грузоподъемность манипулятора – наибольшая масса объектов манипулирования (включая массу захватного устройства), которые могут перемещаться манипулятором при заданных условиях (при максимальной или минимальной скорости, при максимальном разворачивании звеньев и т.д.).
Экономность 
Быстродействие 
Слайд 132

В зависимости от степени участия человека в управлении манипуляционные роботы подразделяются

В зависимости от степени участия человека в управлении манипуляционные роботы подразделяются

на три тина: автоматические, биотехнические и интерактивные.
В автоматических манипуляционных роботах выделяют три разновидности в зависимости от связи с человеком-оператором: программные, адаптивные и интеллектуальные.
Программные роботы работают по жесткой программе, зало­женной в устройстве памяти, однако их можно перенастраивать на работу с другой жесткой программой действий. Их также называют автоматическими программными манипуляторами или промыш­ленными роботами. Простота изменения программы, т. е. возмож­ность переобучения промышленных роботов новым операциям, сделала эти роботы достаточно универсальными и гибко перенаст­раиваемыми на различные классы задач.
Адаптивные роботы отличаются от программных большим ко­личеством внешних (оптических, телевизионных, тактильных) и внутренних датчиков. Важной частью адаптивных роботов является их развитое программное обеспечение, предназначенное для об­работки информации, поступающей от внешних и внутренних дат­чиков и оперативного изменения программы движения. Благодаря способности воспринимать изменения во внешней среде и приспосабливаться к существующим условиям функционирования адаптив­ные роботы могут манипулировать с неориентированными деталя­ми произвольной формы и производить сборочные операции.
Интеллектуальные роботов могут вести диалог с человеком, распознавать и анализи­ровать сложные ситуации, планировать движения манипулятора и осуществлять их реализацию в условиях ограниченной инфор­мации о внешней среде. Все это обеспечивается совершенством управляющих систем, включающих в себя элементы искусственного интеллекта, способность к обучению и адаптации в процессе ра­боты.
Слайд 133

Автоматический манипуляционный робот

Автоматический манипуляционный робот

Слайд 134

Биотехнические манипуляционные роботы Различают три разновидности управления биотехническими манипуляционными роботами: копирующее,

Биотехнические манипуляционные роботы

Различают три разновидности управления биотехническими манипуляционными роботами: копирующее,

командное и полуавтома­тическое.
Копирующее управление осуществляется с помощью за­дающего устройства, кинематически подобного исполнительной ру­ке робота. Такие системы называют копирующими манипулятора­ми. Человек-оператор перемещает задающее устройство, а манипу­лятор повторяет эти движения одновременно по всем степеням подвижности.
В случае командного управления оператор с команд­ного устройства дистанционно задает движение звеньям манипуля­тора путем поочередного включения соответствующих приводов.
При полуавтоматическом управлении оператор, манипулируя упра­вляющей рукояткой, имеющей несколько степеней свободы, задает движение схвата манипулятора. ЭВМ по сигналу от управляющей рукоятки формирует сигналы управления на приводы всех звеньев манипулятора.
Существуют также биотехнические системы, в кото­рых управление манипулятором осуществляется при помощи био­импульсов от соответствующих мышц человеческой руки.
Слайд 135

Интерактивные манипуляционные роботы отличаются активным участием человека в процессе управления, которое

Интерактивные манипуляционные роботы

отличаются активным участием человека в процессе управления, которое

выражается в различных формах взаимодействия его с ЭВМ.
Раз­личают три разновидности управления: автоматизированное, супервизорное и диалоговое.
При автоматизированном управлении простые операции робот выполняет без управляющего воздействия со стороны оператора, а остальные - при участии оператора в биотехническом режиме.
Супервизорное управление отличается тем, что весь цикл операций разбивается на части, выполняемые манипуляционным роботом автоматически, но переход от одной части к другой осуществляется оператором путем подачи соответствующих команд.
При диалого­вом управлении оператору и ЭВМ представляется возможность совместно принимать решения и управлять манипулятором в слож­ных ситуациях.
Слайд 136

Кинематические типы манипуляторов Декартовый тип Цилиндрический тип Сферический тип Ангулярный тип

Кинематические типы манипуляторов


Декартовый тип Цилиндрический тип


Сферический тип Ангулярный тип

Слайд 137

Выбор кинематической схемы манипулятора В процессе выполнения операций с объектами манипулирования

Выбор кинематической схемы манипулятора

В процессе выполнения операций с объектами манипулирования в

большинстве случаев манипуляторы имитируют движение рук человека. Поэтому структурная схема манипулятора должна об­ладать кинематическими характеристиками, аналогичными характеристикам руки человека.
Слайд 138

Формула Сомова-Малышева Оценка степени по­движности Структурная формул кинематической цепи общего вида

Формула Сомова-Малышева

Оценка степени по­движности
Структурная формул кинематической цепи общего вида
+W=6n–p1–2p2–3p3–4p4–5p5,
где n

– число подвижных звеньев кинематической цепи,
pi – число пар i-го класса
Для руки:
Плечевой сустав — три степени свободы (p3),
Локтевой сустав — одна степень свободы (p5),
Предплечье — (p5),
Лучезапястный сустав (p4),.
W = 7
Слайд 139

Движения манипулятора Выделяют три основные группы движений: глобальные, региональные и локальные.

Движения манипулятора

Выделяют три основные группы движений: глобальные, региональные и локальные.
Глобальные

движения осуществляются путем перемещения подвижного основания робота с помощью двигательной системы. В стационарных роботах глобальные движения отсутствуют. Их станины неподвижно крепятся к полу, кронштейну или потолку возле технологического оборудования.
Региональные движения - перемещения схвата робота в различные зоны рабочего пространства, определяемого размерами звеньев манипулятора.
Локальные  движения - перемещения схвата, соизмеряемые  с  его размерами, в частности ориентация в малой зоне рабочего пространства.
Слайд 140

Конструкции манипуляторов Максимальная точность

Конструкции манипуляторов

Максимальная точность

 

Слайд 141

Конструкции манипуляторов Минимальная точность

Конструкции манипуляторов

Минимальная точность

Слайд 142

Подвижность схвата

Подвижность схвата

Слайд 143

Коэффициент сервиса

Коэффициент сервиса

Слайд 144

Построение системы координат Построение СК Денавита-Хартенберга для манипулятора с N степенями

Построение системы координат

Построение СК Денавита-Хартенберга для манипулятора с N степенями свободы

(N-1 звеньев)
Построение абсолютной системы координат.
Построить правую ортогональную систему координат (СК) O0X0Y0Z0, направив Z0 вдоль оси первого сочленения в направлении схвата.
2. Инициализация и цикл.
Для всех i = 1, 2, …, N выполнить шаги 3-6.
3. Построение Zi
Направить ось Zi вдоль оси (i+1)-го шарнира. При i=N (т.е. для схвата) выберем ось ZN в направлении оси ZN-1 .
4. Построение начала i-й системы координат.
Выбрать начало i-й СК в точке пересечения осей Zi-1 и Zi или в точке пересечения оси Zi и общей нормали к осям Zi-1 и Zi (если оси Zi-1 и Zi не пересекаются).
5. Построение оси Xi.
Направить ось Xi вдоль общей нормали к осям Zi-1 и Zi (вдоль вектора zi-1 x zi , где zi-1 и zi - орты соответствующей системы координат).
Слайд 145

6. Построение оси Yi. Направить ось Yi так, чтобы полученная в

6. Построение оси Yi.
Направить ось Yi так, чтобы полученная в результате

СК OiXiYiZi была правосторонней.
7. Нахождение параметров.
Для всех i = 1, 2, …, N выполнить шаги 8-11.
8. Нахождение di.
Параметр di равен расстоянию от начала (i – 1)-й СК до точки пересечения осей Zi-1 и Xi , измеренному в направлении оси Zi-1. Если i -е сочленение телескопическое, то di является обобщенной координатой.
9. Нахождение ai.
Параметр ai равен расстоянию от точки пересечения осей Zi-1 и Xi до начала i- й СК, измеренному в направлении оси Xi.
10. Нахождение qi
Параметр qi равен углу поворота оси Xi-1 вокруг оси Zi-1 до совпадения с осью Xi . Если i -е сочленение вращательное, то qi являет ся обобщенной координатой.
11. Нахождение αi.
Параметр αi равен углу поворота оси Zi-1 вокруг оси Xi до ее совпадения с осью Zi.
12. Конец.

Построение системы координат

Слайд 146

Системы координат манипуляторов

Системы координат манипуляторов

Слайд 147

Управление манипуляторами Однородные преобразования; Прямая позиционная задача; Обратная позиционная задача; Выбор двигателя; Захватные устройства.

Управление манипуляторами

Однородные преобразования;
Прямая позиционная задача;
Обратная позиционная задача;
Выбор двигателя;
Захватные устройства.

Слайд 148

Однородные координаты и преобразования Лит-ра: Зенкевич С.Л., Ющенко А.С. Основы управления

Однородные координаты и преобразования

Лит-ра: Зенкевич С.Л., Ющенко А.С. Основы управления манипуляционными

роботами: Учебник для вузов. – 2-е изд. исправ. и доп.. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2004. – 480 с.: ил. (Робототехника. Под ред. С.Л. Зенкевича, А.С. Ющенко).
Однородными преобразованиями точки с координатами (a, b, c) в системе координат 0XYZ называют четверку чисел (x, y, z, w), такую что справедливы следующие соотношения
x = aw, y = bw, z = cw;
x2 + y2 + z2 + w2 = 0.
Однородные координаты определены неоднозначно. Если (a, b, c, d) – однородные координаты некоторой точки, то (λa, λb, λc, λd) – однородные координаты той же точки (λ≠0).
Слайд 149

Однородные координаты Примеры Найти однородные координаты точек (0, 0, 0). (0,

Однородные координаты

Примеры
Найти однородные координаты точек
(0, 0, 0). (0, 0, 0, w), где

w ≠ 0 – произвольный параметр.
(1,1, 1). (w, w, w, w), где w ≠ 0.
(5, 0, 0). (5w, 0, 0, w), где w ≠ 0.
Найти декартовы координаты точек
(5, 6, 10, 2). (5/2, 3, 5).
(1, 1, 0, 3). (1/3, 1/3, 0).
(2w, 6w, 7w, w ). (2, 6, 7), при w ≠ 0. Если w = 0, то т. не существует.
Слайд 150

Однородные преобразования

Однородные преобразования

 

Слайд 151

Однородные преобразования Примеры

Однородные преобразования Примеры

 

Слайд 152

Однородные преобразования

 

Однородные преобразования

Слайд 153

Прямая позиционная задача

Прямая позиционная задача

 

Слайд 154

Преобразования координат Вид матриц Ai зависит от способа выбора систем координат.

Преобразования координат

Вид матриц Ai зависит от способа выбора систем координат.
При использовании

представления Денавита – Хартенберга выполняется следующая последовательность операций:
Поворот вокруг оси Zi-1 на угол qi (оси Xi-1 и Xi параллельны).
Сдвиг вдоль оси Zi-1 на di (оси Xi-1 и Xi совпадают).
Сдвиг вдоль оси Xi-1 на ai (начала координат 0i-1 и 0i совпадают).
Поворот вокруг оси Xi-1 на угол αi (системы координат 0iXiYiZi и
0i-1Xi-1Yi-1Zi-1 совпадают).
Слайд 155

Преобразования координат Поворот вокруг Zi на qi Поворот вокруг Xi на

 

Преобразования координат

Поворот вокруг Zi на qi

Поворот вокруг Xi на αi

Сдвиг вдоль

Zi на di

Сдвиг вдоль Xi на ai

Слайд 156

Прямая позиционная задача

 

Прямая позиционная задача

Слайд 157

Решение прямой задачи для двухзвенного плоского манипулятора Матрицы перехода имеют вид

Решение прямой задачи для двухзвенного плоского манипулятора

Матрицы перехода имеют вид

Матрицы Ti

, определяющие положение звеньев в абсолютной системе координат
T1 = A1,

 

 

Координаты центра схвата 02
x = a1c1 +a2c12, y = a1s1 + a2s12. с

Ориентация осей x2, y2
x2x = c12 x2y = s12
y2x = -s12 y2y = c12

Слайд 158

Обратная позиционная задача При заданном положении ориентации схвата s = s*

Обратная позиционная задача

При заданном положении ориентации схвата s = s* или

TN = TN* найти обобщенные координаты
q = (q1*, q2*, …, qN* ).
Если обозначить
s = fs(q)
или
TN = fT(q),
то искомые углы будут задаваться соотношением
q* = f-1s(s*)
или
q* = f-1s(TN*).
Решение сводится к решению нелинейной тригонометрической системы шести уравнений с N неизвестными.
Решение сводится к решению нелинейной тригонометрической системы шести уравнений с N неизвестными. Не существует общего метода решения этой системы в явном виде.
Системы могут:
не иметь ни одного решения;
иметь единственное решение;
иметь более одного решения (несколько или бесконечно много).
Слайд 159

Слайд 160

Существуют различные методы решения обратной задачи, в частности: 1. Метод обратных

Существуют различные методы решения обратной задачи, в частности:
1. Метод обратных

преобразований;
2. Итерационный метод;
3. Тригонометрический подход;
4. Нейросетевой подход:
- формирование вариантов решения прямой задачи по всему рабочему пространству (с заданной дискретностью),
- выбор оптимальных вариантов (по выбранным критериям),
- нейросетевая аппроксимация q = (q1*, q2*, …, qN* ).

Обратная позиционная задача

Слайд 161

Метод обратных преобразований Матрица, определяющая положение и ориентацию схвата имеет вид

Метод обратных преобразований
Матрица, определяющая положение и ориентацию схвата имеет вид
TN =

A1A2… AN-1 AN,
где Ai = Ai(qi) – матрица перехода от i-й к (i-1)-й системе координат манипулятора.
Тогда, умножая на A1-1 (матрицы Ai невырожденные),имеем
A1-1(q1)TN = A2… AN-1 AN.
Т.к. матрица TN известна, то получено решение относительно q1.
Если удается найти q1, то процесс повторяется для q1, q2, …, qN.

Обратная позиционная задача

Слайд 162

Обратная позиционная задача Численные методы решения обратной задачи. Метод Ньютона Рассматривается

Обратная позиционная задача

Численные методы решения обратной задачи. Метод Ньютона
Рассматривается задача поиска

корня уравнения
f(q) = s*,
где s* - заданное положение схвата.
Если для решения некоторого скалярного уравнения
φ(x) = 0

x1
выбрать некоторое начальное приближение x0 и построить следующее приближение x1 как точку пересечения касательной к графику функции φ(x) = 0 в точке x0 с осью X, то полученное значение x1 будет «ближе» к корню x*, чем x0.

Слайд 163

Выбор мощности приводов для обеспечения требуемых движений манипулятора

Выбор мощности приводов для обеспечения требуемых движений манипулятора

 

Слайд 164

При выборе траектории необходимо, чтобы компоненты скорости vi не превышали (по

При выборе траектории необходимо, чтобы компоненты скорости vi не превышали (по

модулю) максимальные скорости vimax, которые могут развить приводы подвижных сочленений манипулятора
|vi| ≤ vimax.
Если это условие не выполняется, то необходимо увеличивать время управления (t1 – t0), что не всегда возможно по условиям выполнения поставленной задачи.
Кроме того, необходимо учитывать возможное влияние величины нагрузки, в частности, массы объекта манипулирования, на развиваемую скорость привода под нагрузкой.
В случае, если манипулятор не может реализовать заданные движения (из-за повышенных требованиям к нагрузке, скоростям или ускорениям), то необходимо увеличивать мощность используемых приводов.
Таким образом, определение требуемой мощности привода является важной задачей проектирования манипуляторов, определяющей физическую реализуемость поставленных задач.

Выбор мощности приводов для обеспечения требуемых движений манипулятора

Слайд 165

Выбор мощности приводов для обеспечения требуемых движений манипулятора

 

Выбор мощности приводов для обеспечения требуемых движений манипулятора

Слайд 166

Линии 1, 2 на рисунке соответствуют механическим характеристикам двух различных электродвигателей.

Линии 1, 2 на рисунке соответствуют механическим характеристикам двух различных электродвигателей.


Характеристика 1 покрывает область эллипса, не пересекая его границ. Следовательно, привод, реализованный на электродвигателе 1, обеспечивает требования по мощности для данного режима работы.
Характеристика 2 пересекает границы эллипса нагрузки, что показывает нереализуемость заданных моментов и сил.
В реальных условиях превышение механической характеристики двигателя должно учитывать КПД двигателя и редуктора.

Выбор мощности приводов для обеспечения требуемых движений манипулятора

На рис. представлен эллипс нагрузки, полученный при необходимости выполнять рассматриваемым звеном манипулятора заданные гармонические колебания. Необходимо отметить, что в силу необходимости смены направления движений и гармонических изменений ускорений и скоростей, данный режим является одним из наиболее сложных для реализации.

Слайд 167

Методика выбора двигателя включает: Определение требуемых компонент движения звеньев манипулятора; Определение

Методика выбора двигателя включает:
Определение требуемых компонент движения звеньев манипулятора;
Определение параметров нагрузки

(масс или моментов инерции) для каждого звена;
Построение эллипса нагрузки путем вычисления формулы (1) с подстановкой траектории вида s(t) = Asin(ωt), расчет зависимостей v(t) и a(t), где A, ω – задаваемые параметры;
Выбор двигателя, механическая характеристика которого проходит выше и правее границ эллипса нагрузки (рис.).

Выбор мощности приводов для обеспечения требуемых движений манипулятора

Слайд 168

Захватные устройства Захватные устройства (ЗУ) промышленных роботов (ПР) и манипуляторов (М)

Захватные устройства

Захватные устройства (ЗУ) промышленных роботов (ПР) и манипуляторов (М) служат

для захватывания и удержания в определенном положении объектов манипулирования.
ПР и М комплектуют набором типовых (для данной модели) ЗУ, которые можно менять в зависимости от требований конкретного рабочего задания.
При необходимости ПР оснащают специальными ЗУ, предназначенными для выполнения определенных операций.
К числу обязательных требований относятся надежность захватывания и удержания объекта, стабильность базирования, недопустимость повреждений или разрушения объектов. При обслуживании одним ПР нескольких единиц оборудования применение широкодиапазонных ЗУ или их автоматическая смена может оказаться единственно возможным решением, если одновременно обрабатываются детали различных конфигурации и массы. Поэтому к ЗУ для ПР, работающих в условиях серийного производства, предъявляются дополнительные требования: широкодиапазонность (возможность захватывания и базирования деталей в широком диапазоне массы, размеров и формы), обеспечение захватывания близко расположенных деталей, легкость и быстрота замены (вплоть до автоматической смены ЗУ).
В ряде случаев необходимо автоматическое изменение усилия удержания объекта в зависимости от массы детали.
Слайд 169

Классификация захватных устройств (ЗУ) Различают ЗУ по принципу действия Схватывающие ЗУ

Классификация захватных устройств (ЗУ)

Различают ЗУ по принципу действия
Схватывающие ЗУ удерживают объект благодаря

кинематическому воздействию рабочих элементов (губок, пальцев, клещей и т. п.) с помощью сил трения или комбинации сил трения и запирающих усилий. Все схватывающие ЗУ активного типа подразделяются на две группы: механические (клещи, тиски, шарнирные пальцы) и с эластичными рабочими камерами, деформирующимися под действием нагнетаемого внутрь воздуха или жидкости.
В поддерживающих ЗУ для удержания объекта используют нижнюю поверхность, выступающие части объекта или имеющиеся в его корпусе отверстия. К этим ЗУ относят крюки, петли, вилки, лопатки и захваты питателей, не зажимающие заготовок.
Удерживающие ЗУ обеспечивают силовое воздействие на объект благодаря использованию различных физических эффектов. Наиболее распространены вакуумные и магнитные ЗУ. Встречаются ЗУ, использующие эффект электростатического притяжения, адгезии, ЗУ с липкими накладками и т. п
Слайд 170

По характеру базирования захватные устройства делят на пять групп. Способные к

По характеру базирования захватные устройства делят на пять групп.
Способные к перебазированию

объекта ЗУ изменяют положение удерживаемой детали благодаря управляемым действиям рабочих элементов. Этим свойством обладают антропоморфные ЗУ с управляемыми шарнирными пальцами.
Центрирующие ЗУ определяют положения оси или плоскости симметрии захватываемого объекта. К ним прежде всего относят механические ЗУ, оснащенные кинематически связанными рабочими элементами, имеющие губки в виде призм и др. Иногда это могут быть ЗУ с эластичными камерами.
Базирующие ЗУ определяют положение базовой поверхности (или поверхностей). Такой принцип базирования характерен для поддерживающих ЗУ. Однако он часто применяется и в схватывающих ЗУ.
Фиксирующие ЗУ сохраняют положение объекта, которое тот имел в момент захватывания.
По характеру крепления к руке ПР все ЗУ можно разделить на четыре группы.
Несменяемые ЗУ - устройства, являющиеся неотъемлемой частью конструкции робота, замена которых не предусматривается.
Сменные ЗУ - устройства, представляющие собой самостоятельные узлы с базовыми поверхностями для крепления к роботу. При этом их крепление не предусматривает быстрой замены (например, установка на фланце с помощью нескольких винтов).
Быстросменные ЗУ - сменные ЗУ, у которых конструкция базовых поверхностей для крепления ЗУ к роботу обеспечивает их быструю смену (например, исполнение в виде байонет-ного замка).
Пригодные для автоматической смены ЗУ - устройства, у которых конструкция базовых поверхностей обеспечивает возможность их автоматического закрепления на руке робота.
Слайд 171

По виду управления ЗУ подразделяют на четыре группы Неуправляемые ЗУ -

По виду управления ЗУ подразделяют на четыре группы
Неуправляемые ЗУ - пружинные механические

устройства с постоянными магнитами или с вакуумными присосками без принудительного разрежения. Для снятия объекта с таких ЗУ требуется усилие большее, чем усилие его удержания.
Командные ЗУ управляются только командами на захватывание или отпускание объекта. К этой группе относят ЗУ с пружинным приводом, оснащаемые стопорными устройствами и срабатывающие через такт. Разжимаются и зажимаются губки пружинных ЗУ благодаря взаимодействию их с объектом манипулирования или элементами внешнего оборудования (аналогично механизмам, используемым в некоторых конструкциях шариковых авторучек).
Жесткопрограммируемые ЗУ управляются СУ ПР. Величина перемещения губок, взаимное расположение рабочих элементов, усилие зажима в таких ЗУ могут меняться в зависимости от заданной программы, которая может управлять и действием вспомогательных технологических приспособлений.
Адаптивные ЗУ - программируемые устройства, оснащенные различными датчиками внешней информации (определения формы поверхности и массы объекта, усилия зажима, наличия проскальзывания объекта относительно рабочих элементов ЗУ и т. п.).
Слайд 172

Слайд 173

Неприводные ЗУ Неприводные ЗУ со стопорными механизмами, обеспечивающими чередование циклов зажима

Неприводные ЗУ

Неприводные ЗУ со стопорными механизмами, обеспечивающими чередование циклов зажима и разжима

деталей, являются автономными, не требуют специальных команд от системы управления и дополнительного подвода энергии.

Неуправляемые ЗУ

Слайд 174

Широкодиапазонные механические ЗУ с рычажными передаточными механизмами и пневматическим приводом

Широкодиапазонные механические ЗУ с рычажными передаточными механизмами и пневматическим приводом

Слайд 175

Широкодиапазонные центрирующие ЗУ с реечными передаточными механизмами для деталей типа тел вращения

Широкодиапазонные центрирующие ЗУ с реечными передаточными механизмами для деталей типа тел

вращения
Слайд 176

Центрирующие широкодиапазонные механические ЗУ с параллельным перемещением губок, осуществляемым комбинацией реечных и рычажных передач

Центрирующие широкодиапазонные механические ЗУ с параллельным перемещением губок, осуществляемым комбинацией реечных

и рычажных передач
Слайд 177

Элементы вакуумных и электромагнитных ЗУ

Элементы вакуумных и электромагнитных ЗУ

Слайд 178

ЗУ с эластичными камерами

ЗУ с эластичными камерами

Слайд 179

Адаптивные ЗУ

Адаптивные ЗУ

Слайд 180

15. Человек - робот Задачи Выполнение роботом тяжелых, рутинных операций; Помощь

15. Человек - робот

Задачи
Выполнение роботом тяжелых, рутинных операций;
Помощь при выполнении сложных

операций (удаленое рабочее место, дополнительная рука и пр.);
Помощь человеку в области социальных, медицинских, информационных услуг;
Психологическая помощь;
Работа в опасных условиях;
……………………………………..
Слайд 181

Виды взаимодействия Ч - Р

Виды взаимодействия Ч - Р

Слайд 182

Системы управления роботами - манипуляторами

Системы управления роботами - манипуляторами

Слайд 183

Каналы связи Ч - Р

Каналы связи Ч - Р

Слайд 184

Инженерная психология Комплексы, объединяющие работу ТС (в т.ч. роботов) и человека,

Инженерная психология

Комплексы, объединяющие работу ТС (в т.ч. роботов) и человека, называются

эргатическими или системой “человек - машина” (СЧМ).
Проблема оптимального синтеза СЧМ решается с использованием методов инженерной психологии.
Основные задачи инженерной психологии:
- анализ функций человека в СЧМ
- изучение процессов преобразования информации человеком при приеме, переработке, принятии решений и выполнении управляющих воздействий;
- разработка принципов построения рабочих мест операторов;
- изучение влияния психологических факторов на эффективность СЧМ;
- разработка принципов и методов профессиональной подготовки операторов в СЧМ;
- разработка теории инженерно - психологического проектирования и ее использование при разработке СЧМ.
Слайд 185

Проектирование СЧМ Эффективность работы СЧМ зависит от согласованности действий человека -

Проектирование СЧМ

Эффективность работы СЧМ зависит от согласованности действий человека -

оператора и отдельных подсистем ТС.
Человек – оператор (в дальнейшем, оператор) может выполнять различные функции, в частности:
постановка целевых задач (определение критериев, рисков и пр.);
планирование (стратегическое, оперативно-тактическое) управлений;
непосредственное (или интерактивное) управление Р;
контроль работы ТС и т.д.
Слайд 186

Структура СЧМ Информация о состоянии объекта управления (ОУ), например, манипулятора, выдается

Структура СЧМ

Информация о состоянии объекта управления (ОУ), например, манипулятора, выдается устройством

преобразования и обработки информации (УПОИ) на средства индикации (СИ) (в общем случае - средства воспроизведения информации). Информация может выдаваться в виде изображения наблюдаемой сцены, координат захватного устройства и т.д.
Человек-оператор (Ч-О) воспринимает информацию с помощью рецепторов (Р). Решения, принимаемые человеком, реализуются в виде соответствующих действий с помощью эффекторов (Э) - органов движения или речи, воздействующих на средства ввода (СВ). Например, может быть принято решение о переводе захватного устройства в другую область рабочего пространства.
Устройства отображения информации (УОИ) - технические средства, используемые для создания динамических информационных моделей управляемых или контролируемых объектов.
Слайд 187

Схема СЧМ Человек: производительность, точность, надежность, ……. Робот: производительность, точность, надежность, …….

Схема СЧМ

Человек:
производительность,
точность,
надежность,
…….

Робот:
производительность,
точность,
надежность,
…….

Слайд 188

Характеристики оператора При проектировании СЧМ оператор рассматривается как одно из звеньев

Характеристики оператора

При проектировании СЧМ оператор рассматривается как одно из звеньев данной

системы (Ч – Р, Ч – М, …).
Входными характеристиками звена являются характеристики анализаторов.
К одной из основных характеристик анализаторов человека относится чувствительность.
Нижний абсолютный порог чувствительности характеризует минимальную величину раздражителя, вызывающую ощущение.
Верхний абсолютный порог чувствительности - максимальная величина раздражителя, нарушающая деятельность анализатора или вызывающая боль.
Абсолютная чувствительность анализатора вычисляется по формуле
δ = 1/ J,
где J - величина интенсивности раздражителя, соответствующая нижнему абсолютному порогу чувствительности.
Человек ощущает звуки в области частот от 16 - 20 Гц до 20 - 22 кГц и цветовые сигналы в диапазоне длин волн от 380 до 760 нм. Наибольшая чувствительность глаз лежит в спектре от 500 до 600 нм.
Дифференциальный порог чувствительности (ДПЧ) анализатора (порог различения) определяется минимальной разницей между интенсивностями двух раздражителей, когда в ощущении они отражаются как различные. ДПЧ в известной степени характеризуют разрешающую способность анализатора.
Слайд 189

Основными характеристиками человека-оператора являются: быстродействие и пропускная способность оператора, определяющие его

Основными характеристиками человека-оператора являются: быстродействие и пропускная способность оператора, определяющие его

производительность, а также точность, надежность и психическая напряженность.
Быстродействие характеризует время решения задачи оператором от момента появления сигнала до окончания выполнения управляющих действий.
В простых случаях это время вычисляется как Т0 = a + bI, где a - затраты времени от момента поступления информации до реализации решения, b - время, необходимое на переработку единицы информации, I - количество перерабатываемой информации.
Выполнение определенного действия в ответ на известный, но внезапно появившейся сигнал, реализуется на основе простой сенсомоторной реакции. Время решения подобной задачи складывается из латентного периода реакции (от момента появления сигнала до начала движения) и моторного компонента, в течении которого выполняется ответное действие.
Латентный период для тактильного анализатора простой сенсомоторной реакции составляет 90 - 200 мс, для зрительного - 150 - 220 мс, для слухового -120 -180 мс, а при температурном воздействии 280 -1600 мс.
Слайд 190

Если оператору предъявляется один из n заранее известных сигналов и он

Если оператору предъявляется один из n заранее известных сигналов и он

должен выбрать соответствующее движение, то латентный период такой дизъюнктивной реакции (реакции выбора) рассчитывается как Тр = а + b log n1, где а - коэффициент, эквивалентный времени простой реакции при наличии временной неопределенности в экспериментальной ситуации, b - коэффициент, учитывающий прирост времени реакции с увеличением стимульной неопределенности, n1 - число вариантов выбора.
Оценка пропускной способности (С) оператора, характеризующей скорость приема и переработки информации, связана с решением ряда проблем. В частности, пропускная способность зависит от психофизиологических особенностей конкретного человека, сложности деятельности, условий работы, вида принимаемой и перерабатываемой информации и т.д..
Например при считывании символьной информации С = I/T = (n log2R) / T, где I - объем принимаемой информации [бит], n - число правильно считанных символов, R - длина алфавита, T - время считывания и отображения всех символов.
Средняя пропускная способность человека при чтении “про себя” равна 45 бит/с, при громком чтении -30 бит/с, при сложении или умножении двух цифр -12 бит/с, при счете предметов - 3 бит/с. При одноактном опознании букв или цифр С ≅ 55 бит/с.
В рабочих условиях при опознании предъявляемой информации реальная пропускная способность оператора не превышает 5,5 бит/с, а при необходимости переработки и передачи информации пропускная способность уменьшается в десятки раз.
Слайд 191

Динамические модели оператора

Динамические модели оператора

 

Слайд 192

Точность работы оператора Точность определяет степень соответствия выполнения опреатором определенных функций

Точность работы оператора

Точность определяет степень соответствия выполнения опреатором определенных функций

предписанному алгоритму. Показатель точности может относиться к различным параметрам. Так, под точностью работы оператора может пониматься степень соответствия считанного значения параметра значению, отображаемому на индикаторе, или на самолете - степень выдерживания курса (скорости, высоты).
Точность работы оператора зависит от его психофизиологических характеристик, степени его обученности (тренированности), сложности выполняемых задач, условий работы и других факторов.
Количественной оценкой точности являются погрешности.
Систематические погрешности оператора могут устраняться поправками. Случайные погрешности оцениваются среднеквадратической погрешностью.
Слайд 193

Надежность оператора Надежность оператора - это способность выполнять в полном объеме

Надежность оператора
Надежность оператора - это способность выполнять в полном объеме возложенные

на него функции при определенных условиях работы.
Надежность оператора оценивается показателями, аналогичными показателям надежности ТС [разд. Надежность].
Вероятность безошибочного выполнения оператором заданного алгоритма работы в течении времени t вычисляется по формуле
Pч(t) = Pб P(Tа ≤ t),
где Pб - вероятность безошибочного выполнения алгоритма, P(Tа ≤ t) - вероятность своевременного выполнения алгоритма.
Точность и надежность работы оператора в существенной степени зависят от его психической напряженности. При определении напряженности оператора учитываются: коэффициент загруженности, период занятости, длина очереди (заявок на обработку информации), время пребывания информации на обработке, скорость поступления информации.
Для комфортной работы оператора необходимо, чтобы коэффициент загруженности
 η = τ0 /Tд ≤ 0,75,
где τ0 - время, в течении которого оператор занят обработкой информации, Tд - общее время дежурства.
Рекомендуется, чтобы время непрерывной работы (период занятости) оператора не превышало 15 мин.
Слайд 194

Безопасность человека – основа робототехники Коллаборативные роботы - коботы Факторы, влияющие

Безопасность человека – основа робототехники Коллаборативные роботы - коботы

Факторы, влияющие на безопасность

человека:
- допустимые усилия (силы, давление), возникающие при квази – статических контактах;
- допустимые усилия, возникающие при динамических контактах (transient contact);
- допустимая передача энергии от робота человеку.

При проектировании автономных роботов необходимо руководствоваться указаниями международного стандарта ISO/TS 15066 “Robot and Robotic Devices – Collaborative robots”, предусматривающего меры по обеспечению безопасности людей при их взаимодействии с роботами.

- Предыдущая
Аттестационная работа. Эссе о значении включения в программу занятий, освоенных в рамках курсов повышения квалификации
Следующая -
Живопись. Виды

Похожие презентации

20160131_politika_moskovskoy_rusi_na_severnom_kavkaze
Световое решение эстакады на пересечении улиц Чистопольская-Амирхана
Cпособы первичного вскрытия продуктивных пластов
ДОКЛАД МИНИСТРА 19 АВГУСТА
Храм.(часть 1)
00.Sissejuhatus+füüsikasse
Очередная безумная идея
ЗДОРОВЫЙ ОБРАЗ ЖИЗНИ
Развитие станкостроения
Органолептичні методи оцінки якості харчової продукції. (Тема 2)
Формируем отношение к проблемам: препятствие или побуждение к действию?
королева
Лексическая типология
Учет и аудит расчетов с бюджетом в ООО Спецтранс-82
Поведенческая стратегия и тактика. Вербальные способы общения
Технологический процесс работы участковой железнодорожной станции
Контроль и сортировка деталей при ремонте
d85930defc008f6e25cab28bdb56 (1)
Понятие о резьбе
Современные технологические смазки для процессов горячей деформации в производстве бесшовных труб
Эко день в библиотеке
internet-zhurnalistika
Семь чудес Сургутского района. Автомобильный вантовый мост через Обь
Области профессиональной деятельности и профессиональные компетенции обучающихся (2 часа)
Всероссийского конкурса Моя малая родина: природа, культура, этнос
Физики шутят
20130109_cygany_kak_romanticheskaya_poema
поделка из макарон бусы
Вы можете прислать нам Вашу презентацию и мы опубликуем ее на сайте.
Обратная связь
Для правообладателей
Email: Нажмите что бы посмотреть