Область наук:
  • Електротехніка, електронна техніка, інформаційні технології
  • Рік видавництва: 2002
    Журнал: Известия Південного федерального університету. Технічні науки

    Наукова стаття на тему 'Алгоритмічні проблеми застосування мікропроцесорних засобів в робототехніці'

    Текст наукової роботи на тему «Алгоритмічні проблеми застосування мікропроцесорних засобів в робототехніці»

    ?4. Калман Р., Фалбі П., Арбиб М. Нариси з математичної теорії систем. -М .: Світ, 1971.

    5. Воронов А. А. Введення в динаміку складних керованих систем. -М: Наука. Гл. ред. фіз.-мат. лит, 1985.

    6. Куо Б. Теорія і проектування цифрових систем управління: Пер. з англ. -М .: Маші-

    ностроеніе, 1986.

    Н.С. Амішів, І.М. Булатникова, М.М. Гершуніна

    Алгоритмічні ПРОБЛЕМИ ЗАСТОСУВАННЯ МІКРОПРОЦЕСОРНИХ ЗАСОБІВ У робототехніки

    Засоби автоматизації на базі роботів і робототехнічних систем розвивалися двома шляхами: використання універсальних засобів і створення спеціалізованих систем.

    Універсальність диктувалася математичної складністю завдання управління, необхідністю адаптації до різнотипова обладнання і прагненням скоротити терміни розробки [1,2].

    Так з'явилися системи програмного управління, які вимагали попереднього програмування (позиційного або алгоритмічного). Причому, простота програмування досягалася за рахунок складності апаратного забезпечення і навпаки.

    Виникла суперечність між апаратним та програмним забезпеченнями стримувало широке впровадження робототехніки в якості засобів високого рівня автоматизації.

    Це протиріччя ще більше посилилося після появи мікропроцесорів з їх вельми (особливо в перший період) обмеженими обчислювальними можливостями (розрядна сітка, обсяг пам'яті, та прогнозоване введення команд і т.д.).

    Вирішення цієї суперечності - в розробці особливого алгоритмічного забезпечення, максимально адаптованого до мікропроцесорної реалізації основних обчислювальних процедур, типових для робототехнічних систем.

    В основі такого забезпечення лежить новий ідеологічний підхід до мікропроцесора як до інструменту кібернетичному, а не математичному.

    Він дозволяє побудувати обчислювальний процес не на основі аналітичних виразів і алгоритмів, їм відповідних, а на основі цифрового моделювання переміщень (і положень - як накопичений результат) кінематичних вузлів (шарнірів і кінематичних пар) в тривимірному просторі, з урахуванням їх інерційності і кінематичних обмежень [ 3,4].

    Інша особливість застосування МП в роботах - здатність до вбудовування в апаратуру [5] вимагає, щоб алгоритми моделювання могли допускати просту апаратну реалізацію, що також забезпечується за рахунок (а можна сказати, створює передумови для) розпаралелювання обчислювальних процесів.

    Перш ніж перейти до викладу принципів побудови алгоритмів моделювання, відзначимо, що багато обчислювальні завдання простіше вирішуються геометричним способом, ніж, наприклад, алгебри. До таких завдань належить задача побудови трикутника за трьома сторонами (тобто трьом числам, що задає довжини його сторін).

    У нарисної геометрії для цього достатньо циркуля і лінійки, замість яких можна використовувати процедури лінійної і кругової інтерполяції. Їх машинні алгоритми дуже прості, не містять "довгих" операцій (множення, ділення) і тому дуже швидкодіючі.

    Про потенційно більшому швидкодії такого моделювання (геометричні побудови) красномовно говорить такий приклад. Маємо шарнірнозвенний робот-маніпулятор з двома ступенями свободи (рис.1). Для його управління потрібно знайти дві узагальнені координати (а і Ь -кути силових приводів), що забезпечують потрапляння схвата в точку С (хс, ус), задану своїми координатами в області досяжності робота.

    Формули перерахунку координат - дуже складні:

    а = аг ^ (ус / хс) + arccos ((a2 -Ь2 + х; С + у; 2) / 2 ^^ х2 + "у2Г, (1)

    Ь = Р агссо8 ((А2 - Ь2 + х2 + у;?) / 2 ^ ХС + УС - ((Ь2 - А2 + х ;? + УС) / 2'д / ХС + УС • (2)

    У той же час геометрично задача перерахунку координат (зворотна задача) може бути вирішена досить просто - з використанням алгоритмів кругової цифрової інтерполяції двох кіл радіусом а і Ь з центрами в точках А і С, відповідно. Буде знайдена точка їх перетину В (аналогія із зарубками циркулем при геометричному побудові трикутника АВС). Одночасно з цифровою інтерполяцією ведеться відлік поточного кута, утвореного радіус-вектором з віссю X. За ним легко розраховуються кути а і Ь .

    Прості і швидкодіючі алгоритми (зауважимо, цілочисельні) лінійної, кругової інтерполяції та обчислення при цьому кутових переміщень радіус-векторів розроблені нами спеціально для цих застосувань [6,7].

    Пояснимо, за рахунок чого досягається виграш у швидкодії. Розрахунок за формулами (1) і (2) в існуючих мікропроцесорних системах виробляється для нової точки кожен раз заново.

    У наших же алгоритмах проводиться тільки відстеження нової точки, коли робот до цього знаходився в близькому від неї положенні. Інерційність робота не дозволяє як би проскакувати через проміжні положення. Алго-

    ритми і МП досить швидкодіючі, щоб працювати в реальному масштабі часу, навіть якщо за 1 крок приймається величина допустимої похибки позиціонування робота (близько 0,1 мм).

    На закінчення відзначимо, що поява мікропроцесорів і Геометричний-построітельних методів розрахунку кінематичних зв'язків в роботах, верстатах і інших механізмах створило перспективу розвитку нового наукового напрямку -електронний кінематика. Завдання належних положень робочого органу (схват, різець, зварювальний електрод і т.п.) здійснюється за рахунок потрібних функціональних перетворень вихідних даних (наказів), а не за рахунок складних кінематичних зв'язків, кінематичних пар, технологія виготовлення яких дорожча, трудо- і времяемкая, ніж розробка МП системи із змінною програмою.

    ЛІТЕРАТУРА

    1. Платонов А.К. Проблеми розробки мікропроцесорних засобів для систем управління роботів. - Мікропроцесорні засоби та системи, 1984. - N1. С.22-27.

    2. Ігнатьєв М.Б. та ін. Алгоритми керування роботами-маніпуляторами. Л.; тисяча дев'ятсот сімдесят два.

    1. Анішин Н.С. Неаналітичних метод розв'язання оберненої задачі для маніпуляційних роботов.- Машіноведеніе. -1986. N3. С.5-9.

    2. Платонов А.К. Геометричні перетворення в робототехніці. - Нове в житті, науці, техніці СРСР. Математика, кібернетика. М .: изд-во Знання. 1988.- N4.

    3. Шахно В.А. Розвиток і застосування мікропроцесорів і мікропроцесорних комплектів БІС.- Мікропроцесорні засоби та системи, 1984. N1.С. 17-22

    4. Анішин Н.С., Тівков А.М., Мар'яненка В. К. Оптимальний алгоритм цифрової кругової інтерполяції. - Изв. вузів СРСР. Пріборостроеніе.-1983. N8. С.56-59

    5. Анішин Н.С. Алгоритми перетворення координат для МП.- Изв. вузів СРСР. Пріборостроеніе.1985. N5.С. 34-39.

    Т.А. Пьявчемко

    ПРОГРАМНА ФІЛЬТРАЦІЯ низькочастотних перешкод ТА ЇЇ ВПЛИВ НА ТОЧНІСТЬ І інерційний процес

    ИЗМЕРЕНИЙ

    При використанні мікроконтролера в процедурах вимірювання і первинної обробки сигналів виникає завдання вибору його розрядності з метою забезпечення необхідної точності уявлення спостережуваного сигналу х. Інформація від аналогових вимірювачів через модулі вводу поступає в мікроконтролер, де обробляється по заданих або обраним алгоритмам. Модулі введення містять первинні перетворювачі (перетворювачі фізичних величин в струм або напруга); нормалізатори для зміщення рівня сигналу або для перетворення струму в напругу; ЯС-фільтри для відсіювання високочастотних перешкод і перешкод промислової частоти; аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) для отримання цифрових кодів, що вводиться. Кожне з перерахованих пристроїв має власну інструментальною похибкою, яка задається в паспортних даних відповідного пристрою у вигляді 5% від номіналу або від діапазону вимірювання і є головним параметром при виборі того або іншого пристрою.


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити