Control Algorithms for Motors of Anthropomorphic Gripping with Group Drive

Full Text

АКТУАЛЬНОСТЬ

Основная тенденция современной робототехники – создание антропоморфных роботов (АР) обладающих функциональными возможностями присущими человеку. Взаимодействие АР с объектами внешней среды осуществляется через рабочий орган – антропоморфный захват. При разработке АР, задача создания антропоморфного захвата (АЗ) является приоритетной, как составляющей, непосредственно реализующая его назначение. Кинематические и силовые характеристики АЗ аналогичны значениям присущим кисти человека и обеспечиваются исполнительными группами звеньев, каждая из которых идентична пальцу руки человека.

Как правило, каждая исполнительная группа звень-ев (ИГЗ) имеет три выходных звена и три степени подвижности. АЗ, обладая девятью и более степенями подвижности, является сложным объектом, не имеющим ранее разработанных аналогов, как по конструктивному исполнению, так и по системе управления. Сложности в их реализации, обусловленные большим числом исполнительных двигателей, определили тенденцию в построении ИГЗ – переход от индивидуального привода, по каждой степени подвижности, к групповому. Это позволяет реализовать движение по трем степеням подвижности с параллельными осями движения от одного двигателя.

Анализ возможных типов группового привода показал, что вариант с кинематически зависимым движением выходных звеньев не обеспечивает требования предъявляемым к АЗ. Обоснован переход к групповому приводу со структурной схемой, изменяющейся в процессе обхвата за счет взаимодействия выходных звеньев с внешним объектом (ВО). Это свойство определяет переменность объектов управления (выходные звенья последовательно от проксимального к дистальному), и параметров управления.

В настоящее время разработаны алгоритмы и реализующие их системы управления для стадии удержания ВО. Предпочтение отдается созданию контролеров импеданса при удержании ВО обладающих податливостью, с симметричным положением относительно оппозитных ИГЗ. При этом отсутствуют исследования стадии обхвата ВО. Это определило актуальность разработки алгоритма управления ИГЗ на стадии обхвата и учитывающего: исходную неопределенность контура поверхности ВО, положение относительно продольной оси АЗ, возможность смещения под действием выходных звеньев.

Исследована стадия обхвата, закрепленного и незакрепленного на опоре ВО. Разработан алгоритм одновременного, адаптивного управления двигателями оппозитных ИГЗ на основе анализа регистрируемых углов относительного поворота выходных звеньев и моментов, развиваемых двигателем. Предложенный подход позволяет выполнять обхват ВО без изменения его исходного положения и взаимодействием с ним всех выходных звеньев. Это обеспечивает надежный обхват и последующее удержание ВО за счет создания распределенного по его поверхности силового воздействия со стороны выходных звеньев ИГЗ.

Современное развитие техники позволяет решать многие практические задачи с использованием роботов. Их номенклатура расширилась с промышленных до сервисных. Последние предназначены для действий с ВО, преимущественно относящихся к инфраструктуре человека. Это определило необходимость создания нового типа концевых эффекторов – АЗ способных взаимодействовать с изначально недетерминированными ВО [1]. АЗ должны обладать кинематическими и силовыми характеристиками аналогичными кисти руки человека [2; 3]. В самой простой вариации АЗ имеет три ИГЗ – аналоги пальцев. Каждая ИГЗ включает три выходных звена (i = 3) соединенных между собой вращательными парами и образующих основную кинематическую цепь (ОКЦ) с параллельными осями вращения (рис. 1, а).

Взаимодействие ИГЗ с ВО включает несколько последовательно реализуемых стадий: обхват, удержание, освобождение [4]. Можно выделить стадию предварительного формирование положения звеньев ИГЗ перед обхватом ВО – предпозиционирование. В этом случае, в зависимости от формы объекта, выбирается рациональное исходное положение звеньев ИГЗ. Однако действие в пределах этой стадии реализуется только при использовании индивидуального привода каждого выходного звена.

Разделение на стадии при взаимодействии с ВО имеет существенное значение, так как на каждой из них используется собственный алгоритм управления выходными звеньями. При этом изменяются как объекты, так и параметры управления.

 

Рис. 1. Структурная схема ОКЦ (а) и схемы группового привода с зависимыми (Ь), с не зависимыми движениями (с) выходных звеньев

Fig. 1. Block diagram of the main kinematic circuit (a) and the group drive diagram with dependent (t>), and with independent movements (c) of output links

 

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

В ИГЗ используются две базовые схемы построения приводов выходных звеньев: с индивидуальным двигателем для каждого звена, и общим двигателем, обеспечивающим движение нескольких звеньев – групповой привод.

В конструкциях реализующих первую схему двигатель размещается на приводимом в движении звене или ему предшествующем. Управление движением выходных звеньев осуществляется по традиционной схеме в автоматическом или копирующем режимах, с использованием перчаток управления, регистрирующих углы поворота фаланг пальцев оператора.

В силу ограниченности размеров звеньев в приводе применяются негабаритные двигатели, например, пьезоэлектрические. Как следствие, усилия, развиваемые в таких АЗ, незначительны и существенно меньше создаваемых кистью человека.

Увеличение установочной мощности двигателей достигается при их вынесении на звено манипулятора. Однако в этом случае усложняется конструкция привода и система управления [5].

Необходимость обеспечения компактности АЗ, и создания значительных усилий на выходных звеньях, определило переход ко второй базовой схеме – групповому приводу [6].

Схемы управления двигателями, обеспечивающими групповой привод принципиально отличается от варианта с индивидуальным приводом, и являются более сложными. Для их упрощения в ряде технических решений выполнено сочетание индивидуального и группового принципа построения приводов выходных звеньев. В захвате, разработанном и исследованном в Hanyang University ERICA (респ. Кореа) реализован групповой привод для медиального и дистального звеньев, а проксимальное звено выполнено с индивидуальным приводом [7].

Упрощение системы управления было достигнуто в АЗ с двумя ИГЗ созданном в School of Mechanical Engineering (Китай) [8]. В двух оппозитных ИГЗ с индивидуальными двигателями для каждого выходного звена используются три режима управления: линейно параллельный (SLIP) захват, адаптивный (SA) и комбинированный. В последнем варианте режимы управления одной ИГЗ – в вариации SLIP, оппозитной – адаптивный SA. Выбор режима осуществляется так же после идентификации формы ВО.

Подходы, реализованные в конструкциях АЗ [7] не обеспечивают в полной мере требования уменьшения числа используемых двигателей и упрощения конструкции. В связи с этим в создании АЗ определилась четкая тенденция на переход к системам с групповым приводом выходных звеньев и переменной структурой ОКЦ.

В этом случае один двигатель реализует последовательно движение всех выходных звеньев ИГЗ. За счет снижения числа двигателей обеспечивается компактность конструкций, при создании значительных усилий на выходных звеньях. Используемая схема привода, не имеющая более ранних аналогов, определила необходимость разработки принципиально новых алгоритмов и принципов построения системы управления [8; 9]. Особенностью группового привода ИГЗ с переменной структурной схемы является: изменяемость объектов и параметров управления в процессе обхвата и удержания ВО. Это определяет необходимость разработки специальных алгоритмов управления двигателями АЗ на всех этапах обхвата ВО.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГРУППОВЫХ ТИПОВ ПРИВОДОВ ИГЗ

Групповой привод может выполняться по одному из двух типов, отличающихся схемой построения СПД.

Особенностью первого типа (далее тип А) является то, что ОКЦ в процессе работы не меняется и имеет одну степень подвижности (рис. 1, b). Движение с двигателя передается непосредственно на выходное звено 1. СПД реализует кинематическое соединение выходных звеньев между собой и основанием. Двигатель обеспечивает одновременное движение всех выходных звеньев. Пространственное положение выходных звеньев определяется одной обобщенной координатой β₁ [10]. Система управления идентична используемой в схемах с индивидуальным приводом.

Во втором типе (далее тип Б) двигатель напрямую не связан с выходными звеньями (рис. 1, c) [11]. Движение им передается через звенья СПД расположенные параллельно ОКЦ. В типе Б обеспечивается независимые движения выходных звеньев [6].

В групповом приводе типа Б число степеней подвижности структурной схемы ИГЗ равно трем (см. рис. 1, с). Пространственное положение выходных звеньев определяется тремя независимыми обобщенными координатами: φ₁, φ₂, φ₃. На стадии обхвата, в каждый момент времени, обеспечивается движение только одного звена, последовательно: проксимального – 1, медиального – 2, дистального – 3 [1]. Это свойство группового привода типа Б реализуется за счет организации системных связей между звенья СПД и ОКЦ – введения дополнительных связей функционирования (ДСФ) выполняемых в виде пружин [1]. Фактором, вызывающем изменение структуры, является контакт выходного звена с ВО, т.е. изменение внешних условий в процессе работы. При этом датчиками, фиксирующими изменения внешних условий, выступают энкодеры установленные в кинематических парах ИГЗ. Число последовательно реализуемых структурных схем, в процессе обхвата ВО, совпадает с числом выходных звеньев, вступивших с ним в контакт [3].

Основные особенности двух типов построения группового привода представлены в табл. 1.

 

Таблица 1

Основные особенности типов группового привода ИГЗ с тремя (i = 3) звеньями [Main features of the types of the group drive of the links executive group with three (i = 3) links]

Характеристика [Characteristic]		Тип А (рис. 1, b) [Type A (Fig. 1, b)]	Тип Б (рис. 1, c) [Type B (Fig. 1, c)]
Параметр, определяющий положение выходного звена привода [Parameter that determines the position of the drive output link]		β1	γ
Общий вид зависимости угла поворота выходных звеньев [General view of the dependence of the angle of rotation of the output links]		β1 = f(t), β2 = f(β1), β3 = f(β1),	φ1 = f1(t), φ2* = f2(t), φ3* = f3(t),
Структурная схема ОКЦ [Block diagram of the main kinematic chain]		Постоянная [Constant]	Переменная [Variable]
Число звеньев, контактирующих с ВО при обхвате [Number of links contacting EO during girth]		I = 1	I = 1, 2, 3
Зависимость момента, приведенного к валу двигателя [Dependence of the torque applied to the motor shaft]		T = f(β1, k, [F])	T = f(φ1, φ2*, φ3*, t, [F])
Схема управления [Control circuit]	Обхват [Girth]	Разомкнутая [Open]	Разомкнутая [Open]
	Удержание [Closed]	Замкнутая [Closed]	Замкнутая [Closed]

^* При условии контакта предшествующего звена (i – 1) с ВО, где k – звено, контактирующее с ВО; t – число звеньев, контактирующих с ВО; [F] – допустимые усилия на поверхности ВО. [^* Provided that the preceding link (i – 1) is in contact with the EO, where k is the link in contact with the EO; t – is the number of links in contact with the EO; [F] is the permissible forces on the surface of the EO.]

 

В групповом приводе типа А, двигатель приводит в движение проксимальное звено 1, изменяя угол β₁ и далее через звенья СПД, обеспечивается одновременное движение выходных звеньев 2 и 3. Звенья СПД работают на растяжение, что обеспечивает передачу значительных усилий. Изменение угла β₁ прекращается после достижения поверхности ВО любым из выходных звеньев. Одновременный контакт двух или трех выходных звеньев возможен только для одного размера ВО и при строго определенном его положении относительно основания захвата.

Надежность удержания ВО захвате определяется числом взаимодействующих с ним выходных звеньев ИГЗ. В ИГЗ с групповым приводом типа Б, число точек контакта, в общем случае, равно числу выходных звеньев. Это определило активное развитие данного типа привода и обеспечивающих систем управления.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

В ГОСТ Р 60.0.0.2–2016 «Роботы и робототехнические устройства. Классификация» введено определение: «роботы с адаптивным управлением – роботы, снабженные датчиками для восприятия внешней среды, обеспечивающими автоматическое изменение последовательности команд в программе, определяющей действия и движения робота…». Определение, является интерпретацией термина, введенного ранее в ISO 8373: 2012, 5.36 «адаптивное управление – схема управления, при которой параметры системы управления регулируются в зависимости от условий, обнаруженных в процессе».

ИГЗ с переменной структурой является объектом с адаптивным управлением. На каждом этапе обхвата, чередуется объект управления – выходные звенья [3]. Параметрами управления, на этапах обхвата, поочередно являются углы поворота выходных звеньев: φ₁, φ₂, φ₃. При этом процесс обхвата являются общими для всех приводов типа Б и независим от конструкции СПД и способов введения ДСФ.

Следует отметить, что в известных работах, посвященных управлению ИГЗ с групповым приводом типа Б, преимущественно исследуется стадия удержания ВО. При этом наряду с общепринятым прямым регулированием силы на поверхности ВО на основе обратной связи по усилию, активно используется непрямое управление силой – через контролера импеданса [12–15]. В этом случае приоритетным является обеспечение динамического поведения звена, контактирующего с ВО. В основу подходов, по которым осуществляется управление через контролера импеданса, положены теория равновесного точечного управления.

Типичная схема управления с использованием контролера импеданса представлена в работе, выполненной в Beihang University (Китай) [8] (рис. 2). Настройка контролера импеданса осуществляется на основе регистрации усилия создаваемого в точке контакта и ее перемещения. По этим параметрам реализуется корректировка момента на двигателе. При этом предполагается деформируемость ВО под действием сил со стороны симметрично расположенных оппозитных ИГЗ. Адаптация программы управления при неопределенных характеристиках ВО выполняется на основе минимизации критерия, учитывающего текущие значения: силы, скорости и перемещения точки контакта.

 

Рис. 2. Краткая запись схемы адаптивного управления АЗ на этапе удержания: оценка параметров объекта, модель импеданса, захват с захватным предметом

Fig. 2. Brief record of the adaptive control scheme of the anthropomorphic gripper at the stage of retention: object parameters estimation, desired impedance model, underactuated gripper with grasper object

 

Процесс обхвата ВО ИГЗ изучен значительно меньшей степени. В частности, в работе [16] рассматривается обхват закрепленного ВО четырьмя ИГЗ в среде MATLAB Programming.

В известных работах стадия обхвата исследуется с момента силового взаимодействия дистального выходного звена и ВО. Предшествующие стадии контакта проксимального и медиального звеньев с ВО не рассматриваются. Такой подход является правомочным при взаимодействии с закрепленным ВО, или при его симметричном положении относительно оппозитных ИГЗ. Однако более общим является случай взаимодействия с незакрепленным ВО, и произвольным его положением относительно оппозитных ИГЗ.

В связи с этим является актуальной задача формирования алгоритма управления двигателями оппозитных ИГЗ для общего случая.

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ВО НА ОПОРЕ

При обхвате АЗ изначально не идентифицированного ВО следует иметь алгоритм управления, позволяющий определить его положение на опоре: фиксированное или не фиксированное.

Фиксированное состояние характеризуется отсутствием смещения ВО по опоре под действием сил, создаваемых выходными звеньями на этапе обхвата. Их величина определяется конструкцией СПД, используемым типом механизма (канатный, рычажный), способом введения ДСФ [1]. Силы, действующие со стороны выходных звеньев на ВО, могут привести к недопустимому его смещению по опоре. Этот фактор следует учитывать при разработке алгоритма управления двигателями на стадии обхвата.

Идентификация «состояния ВО на опоре» выполняется на основе анализа информации о наличии контакта одного из выходных звеньев, и изменения обобщенной координаты, определяющей положение этого звена. Процедура может выполняться при реализации движения одной ИГЗ или двух одновременно. Алгоритм процедуры идентификации представлен на рис. 3.

 

Рис. 3. Краткая запись схемы алгоритма идентификации положения ВО на опоре

Fig- 3. Brief record of the scheme of the algorithm for identifying the position of an external object on a support

 

На рис. 3 и далее γ_t – текущее значение угла поворота выходного звена 1_d привода (см. рис. 1, c), Δγ – приращение угла поворота выходного звена привода, Δγ_{min –} приращение угла отработки выходного звена привода после контакта звена ИГЗ с ВО, φ_it – текущее значение угла поворота i выходного звена ИГЗ, φ_id – допустимая величина угла относительного поворота i выходного звена.

После завершения процедуры идентификации фиксированности ВО осуществляется реализация одного из двух алгоритмов.

Для реализации процесса идентификации положения ВО на опоре кинематические пары оснащаются энкодерами, а выходные звенья датчиками регистрации контакта с ВО.

АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ ИГЗ С ГРУППОВЫМ ПРИВОДОМ ТИПА Б ПРИ ОБХВАТЕ ФИКСИРОВАННОГО ВО

Фиксированное положение ВО позволяет осуществлять взаимодействие каждого из оппозитных ИГЗ не зависимо друг от друга. При этом процесс обхвата оппозитными ИГЗ может идти одновременно или последовательно.

Стадия обхвата ВО реализуется в общем случае в три этапа при непрерывной работе двигателя γ(t). При этом на каждом этапе осуществляется движение только одного выходного звена. На первом этапе происходит поворот в кинематической паре А (рис. 4, а).

 

Рис. 4. Этапы обхвата выходными звеньями поверхности неподвижного ВО: а - начальная фаза первого этапа; b - переход ко второму этапу; с - второй этап; d - переход к третьему этапу; е - третий этап; f- завершение обхвата

Fig. 4. Stages of grasping the output links of the surface of a stationary external object: a - the initial phase of the first stage; b - the transition to the second stage; c - the second stage; d - the transition to the third stage; e - the third stage; f- the completion of grasping

 

Угол φ₁ изменяется соответственно углу поворота выходного звена 1.1 СПД (см. рис. 1, c). Этап завершается при достижении звеном 1 поверхности ВО (рис. 4, b). Обобщенная координата, определяющая положение звена 1, принимает фиксированное значение φ_1К. Далее реализуется движение звена 2 – второй этап (рис. 4, c). Обеспечивается изменение угла φ₂. Этап завершается при остановке звена 2 на поверхности ВО (рис. 4, d) – фиксируется значение угла φ_2К. При неизменных значениях углов φ_1К и φ_2К реализуется поворот звена 3 – третий этап (рис. 4, e). Обхват завершается после достижения звеном 3 поверхности ВО (рис. 4, f). В процессе обхвата последовательно меняется объект управления – выходное звено.

Стадия обхвата, фиксированного на опоре ВО завершена. Углы поворота выходных звеньев φ_iК определяются контуром поверхности ВО, т.е. условиями, возникшими в процессе обхвата.

Алгоритм обхвата реализуется в одно действие без организации обратной связи переменных параметров: φ₁, φ₂, φ₃ и угла поворота выходного звена привода.

АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯМИ ОППОЗИТНЫХ ИГЗ ПРИ ОБХВАТЕ НЕ ФИКСИРОВАННОГО НА ОПОРЕ ВО

В общем виде задача формулируется в виде: разработать алгоритм управления двигателями двух оппозитных ИГЗ (j = 2) при обхвате не фиксированного на опоре ВО. Возможность смещения ВО по опоре исключает использование алгоритма, представленного в п. 5. Очевидно, что в данном случае следует реализовать согласованное движение оппозитных ИГЗ.

На этапе обхвата усилия, создаваемые выходными звеньями не контролируются. В отличии от этапа удержания, на котором следует обеспечить создание усилия, не превышающие допустимые. Для этого ИГЗ оснащается устройствами регистрации момента, создаваемого в кинематических парах. Они используются и на этапе обхвата.

При оценке технических характеристик ИГЗ определяется момент сопротивления движению в каждой кинематической паре при движении в среде функционирования [Т_ij] приведенный к валу двигателя (выходному звену привода).

На рис. 5 отображена блок-схема алгоритма управления двигателями оппозитных ИГЗ реализуемая на этапе обхвата. В табл. 2 представлены принятые идентификаторы.

 

Рис. 5. Блок-схема алгоритма управления двигателями оппозитных ИГЗ на этапе обхвата ВО, не фиксированного на опоре

Fig. 5. Block diagram of the motor control algorithm of the oppositional executive groups of links at the stage of circumference of an external object not fixed on a support

 

Таблица 2

Принятые идентификаторы [Accepted identifiers]

Символ [Symbol]	Определение [Definition]
γjt	Текущее значение угла поворота выходного звена j ИГЗ [Current value of the output link rotation angle j EGL]
φij	Угол поворота i выходного звена j СПД [Angle of rotation i of the output link j SPD]
[Тij]	Тестовое значение сопротивления движению i звена в кинематической паре СПД (при i = 1, пара А; i = 2, пара В; i = 3, пара С) [Test value of the resistance to movement of the i link in the kinematic pair of SPDs (with i = 1, pair A; i = 2, pair B; i = 3, pair C)]
Тij	Текущее значение момента на двигателе (выходном звене) j ИГЗ при движении i звена [The current value of the torque on the motor (output link) j EGL when the i link moves]
[φid]	Предельно допустимый угол поворота i выходного звена [Maximum permissible angle of rotation i of the output link]
φijК	Значение угла поворота выходного звена j ИГЗ соответствующее остановке звена: на ВО, или при достижении предельно допустимого значения [φid] [The value of the rotation angle of the output link j EGL corresponding to the stop of the link: at EO, or when the maximum permissible value [φid] is reached]
Δγj	Изменение (увеличение) угла выходного звена привода j ИГЗ [Changing (increasing) the angle of the output link of the drive j EGL]

 

Алгоритм основан на непрерывном контроле и анализе изменения двух типов параметров: углов относительного поворота выходных звеньев, моментов в кинематических парах. Обхват, в общем случае, завершается после достижения поверхности ВО тремя звеньями каждой ИГЗ. Это определяется выполнением цикла, по параметру i.

В пределах каждого цикла выполняется контроль достижения ВО очередным звеном. Условие достижения определяется по величине соотношения момента сопротивления движению, действующего в кинематической паре к тестовому значению.

Стратегия обхвата, заложенная в алгоритме, обеспечивает последовательный контакт i звена каждой ИГЗ. Отображение выполняемых решений в соответствии с алгоритмом представлено в табл. 3.

 

Таблица 3

Интерпретация этапов управления двигателями [Interpretation of the motor control stages]

Этап [Stage]	Выполняемые действия [Actions Performed]	Принятые решения
		Да [Yes]	Нет [No]
k1	Одновременная работа приводов ИГЗ 1, 2. Движение i звеньев [Simultaneous operation of drives EGL 1, 2. Movement of i links ]	Переход на этап а [Go to stage а]
a	Анализ достижения i звеном ИГЗ 1 предельных углов поворота [Analysis of whether the i link EGL 1 reaches the maximum rotation angles]	Предельный угол поворота. Остановка привода ИГЗ 1, переход к этапу е [Limit angle of rotation. Stop EGL 1 drive, go to step e]	Переход к b. Контроль достижения i звеном ИГЗ 1, 2 ВО [Go to stage b. Monitoring the achievement of link i EGL 1, 2 EO]
b	Анализ достижения i звеном ИГЗ 1 ВО [Analysis of achievement of the i link EGL 1 EO]	i звено ИГЗ 1 достигло ВО. Останов привода, переход к этапу с [i link EGL 1 has reached EO. Stop the drive, go to step с]	Переход к этапу d [Go to stage d]
c	Анализ достижения i звеном ИГЗ 2 ВО [Analysis of achievement of the i link EGL 2 EO]	i звенья на ВО. Останов двигателей. Переход к блоку g [i звенья на EO. Stop EGL 1 drive, go to step g]	Переход к блоку k2. Останов движения привода ИГЗ 1 [Go to stage k2. Stopping the movement of the EGL 1 drive]
d	Анализ достижения i звеном ИГЗ 2 ВО [Analysis of achievement of the i link EGL 2 EO]	Останов привода ИГЗ 2. Переход на этап k3 [Go to stage f. Checking whether link i has reached EGL 2 EO]	Продолжение движения i звеньев [Continuation of movement of i links]
е	Анализ достижения i звеном ИГЗ 2 предельного положения [Analysis of reaching the limit position by link i EGL 2]	Работа приводов ИГЗ 1, 2. Переход к движению i + 1 звеньев [Operation of EGL 1, 2 drives. Transition to movement of i + 1 link]	Переход к этапу d Контроль достижения звеном ИГЗ 2 ВО [Go to stage d. Monitoring the achievement of the EGL 2 EO link]
k2	Работа привода ИГЗ 2. Привод ИГЗ 1 остановлен [EGL 2 drive running. EGL 1 drive stopped]	Переход на этап f. Проверка достижения i звеном ИГЗ 2 ВО [Go to stage f. Checking whether link i has reached EGL 2 EO]
f	Анализ достижения звеном ИГЗ 2 ВО [Analysis of achievement of the i link EGL 2 EO]	Восстановление базового режима движения приводов. Переход к движению i + 1 звеньев ИГЗ 1, 2. [Restoring the basic mode of movement of the drives. Transition to movement i + 1 of links EGL 1, 2]	Переход к блоку l. Контроль достижения i звеном ИГЗ 2 предельного угла [Go to stage l. Monitoring the achievement of the EGL 2 EO link]
l	Анализ достижения i звеном ИГЗ 2 предельного угла [Analysis of whether the i link EGL 2 reaches the maximum rotation angles]	i звенья на ВО. Останов двигателей. Переход к блоку g [i links on EO. Stopping engines. Go to block g]	Переход на k3. Движение i звена ИГЗ 2 [Go to stage k3 Movement of the i link EGL 2]
g	Контроль Завершения движения всеми звеньев ИГЗ 1, 2 [Control of completion of movement of all links EGL 1, 2]	Обхват завершен [The girth is complete]	Переход на k1. Восстановление базового режима движения приводов [Go to stage k1. Restoring the basic mode of movement of the drives]
r	Анализ движения i звена ИГЗ 1 [Analysis of the movement of the i link EGL 1]	i звенья на ВО. Останов двигателей. Переход к блоку g [i links on EO. Stopping engines. Go to block g]	Переход на этап k3. Движение i звена ИГЗ 1 [Go to stage k3. Movement of the i link EGL 1]
k3	Работа привода ИГЗ 1 [EGL 1 drive operation]	Переход на этап n [Go to stage n]
n	Анализ достижения i звеном ИГЗ 1 ВО [Analysis of achievement of the i link EGL 1 EO]	i звенья на ВО. Переход к блоку g [i links on EO. Go to block g]	Переход на этап m. Контроль достижения предельного угла [Go to stage m. Control of reaching the limit angle]
m	Анализ достижения i звеном ИГЗ 1 предельных углов поворота [Analysis of whether the i link EGL 1 reaches the maximum rotation angles]	i звенья на ВО. Останов двигателей. Переход к блоку g [i links on EO. Stopping engines. Go to block g]	Переход k3. Движение i звена ИГЗ 1 [Go to stage k3. Movement of the i link EGL 1]

 

Представленная работа является развитием ранее выполненной работы [3], обладает следующими отличиями: сформирован алгоритм идентификации положения ВО на опоре, алгоритм управления двигателями оппозитных ИГЗ распространен на конструкции, включающие по три выходных звена, разработаны критерии определяющие последовательность работы двигателей в зависимости от условий взаимодействия каждого из выходных звеньев с ВО. В дополнении к известным положениям выполнен анализ двух типов построения группового привода, что позволило обосновать преимущество варианта построения ИГЗ с переменной структурой.

ВЫВОДЫ

Анализ известных публикаций показал, что для нового типа АЗ с групповым приводом и переменной структурой разработаны преимущественно алгоритмы управления на этапе удержания ВО [8; 16]. Алгоритмы управления на этапе обхвата представлены в меньшей степени. Особенность группового привода – последовательное введение в контакт с ВО всех звеньев ИГЗ. Этот фактор не позволяет применять популярный в последнее время импеденсный способ управления [18; 19], из-за не реализуемости совмещенного движения выходных звеньев и ВО. Представленные разработки формируют алгоритмическое обеспечение управления двигателями оппозитных ИГЗ позволяющие выполнять обхват ВО с сохранением его исходного положения. Аппаратная реализация предполагает использование минимального дополнительного оснащения: энкодеров, датчиков контакта.

Алгоритмы учитывают особенность функционирования группового привода – изменение объектов управления в процессе обхвата. Последовательность включения двигателей оппозитных ИГЗ формируется на основе анализа изменении условий взаимодействия с ВО и оценке внутренних параметров.

Предложенные алгоритмы применимы к АЗ с ИГЗ с любым вариантом реализации группового привода.

About the authors

Yulia I. Zhdanova

MIREA – Russian Technological University

Author for correspondence.
Email: zhdanova_yu@mirea.ru
ORCID iD: 0000-0002-3161-2646

senior lecturer, Department of Systems Engineering, Deputy Director at the Institute of Artificial Intelligence

Russian Federation, Moscow

Vladimir V. Moshkin

MIREA – Russian Technological University

Email: mvv56@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0002-5421-5029

Cand. Sci., associate professor, Department of Systems Engineering

Russian Federation, Moscow

Mikhail P. Romanov

MIREA – Russian Technological University

Email: m_romanov@mirea.ru
ORCID iD: 0000-0003-3353-9945

Doct. Sci., Professor, Department of Control Problems, Director of the Institute of Artificial Intelligence

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files