Оптимізація режиму руху робота-маніпулятора з двома поступальними та однією обертальною ланками у площині повороту
Ключові слова:
робот-маніпулятор, захватний пристрій, траєкторії руху, критерії оптимізації, оптимальні режими руху, узагальнені координати, приводні механізми, системи керуванняАнотація
В представленій науковій роботі наведено оптимізацію режимів руху робота-маніпулятора з двома поступальними та однією обертальними ланками в площині повороту маніпулятора. Між двома крайніми положеннями захвату робота- маніпулятора вибрано траєкторію його руху, яка представляє собою пряму, що з’єднує ці положення, оскільки по ній найкоротша відстань переміщення вантажу. Вздовж обраної траєкторії протягом всього циклу руху визначені оптимальні режими руху, де за критерії оптимізації використані середні значення кінетичної енергії та енергії ривків захвату з вантажем. В першому випадку отримали режим руху, який забезпечує постійну швидкість захвату на всій ділянці руху. При такому режимі руху забезпечуються мінімальні енергетичні витрати, але його не можна використати на всій ділянці руху, бо в ньому відсутні ділянки пуску та зупинки. Рекомендовано використовувати оптимальний енергетичний режим на ділянках усталеного руху. В другому випадку отримали режим руху, у якого швидкість змінюється протягом всього циклу руху за кривою четвертого порядку, а пришвидшення – третього. Причому, на відміну від оптимального енергетичного режиму руху, при оптимальному ривковому режимі швидкість і пришвидшення захвату на початку і в кінці руху дорівнюють нулю, тому цей режим може бути використаний протягом всього циклу руху. Розроблено комплексний режим руху захвату з вантажем, де оптимальний ривковий режим руху захвату використано на окремих ділянках пуску та зупинки, а на ділянці усталеного руху – оптимальний енергетичний режим руху. В результаті розв’язування зворотних задач кінематики для визначених оптимальних режимів руху захвату встановлені закони зміни узагальнених координат робота-маніпулятора, які дають можливість оцінити характеристики приводних механізмів і систем їхнього керування. Порівняння кінематичних характеристик захвату при оптимальних режимах руху з визначеними характеристиками узагальнених координат при цих же режимах руху показує їхню принципову відмінність. Якщо оптимальні характеристики захвату плавно змінюються, то узагальнені координати мають знакозмінний характер, що вказує на необхідність постійного керування рухом приводними механізмами. Встановлено, що на характер зміни кінематичних характеристик приводних механізмів поряд з режимом руху захватного пристрою має значний вплив конструкція елементів робота- маніпулятора. В результаті проведених досліджень для реалізації оптимальних режимів руху захвату встановлені необхідних параметрів та характеристик приводних механізмів видовження та повороту руки захвату, які дозволять розробляти систему їхнього керування.
Посилання
1. Gasparetto A., Boscariol P., Lanzutti A. Trajectory planning in robotics. Math. Comput. Sci. 2012. Vol. 6. P. 269–279.
2. Ostertag M., Atanasov N., Rosing T. Trajectory planning and optimization for minimizing uncertainty in persistent monitoring applications. J Intell Robot Syst. 2022. Vol. 106. P. 2.
3. Zhang T., Zhang M., Zou Y. Time-optimal and smooth trajectory planning for robot manipulators. Int. J. Control Autom. Syst. 2021. Vol. 19. P. 521–531.
4. Shiller Z., Large F., Sekhavat S. Motion planning in dynamic environments:Obstacles moving along arbitrary trajectories. In: Proceedings 2001 ICRA. IEEE International Conference on Robotics and Automation (Cat. No. 01CH37164). 2001. Vol. 4. P. 3716–3721.
5. Wang Y., Gao Z., Zhu J. Multi-objective optimization of robot path planning based on improved genetic algorithm. Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2017. Vol. 88, no. 1. P. 29–44.
6. Zhang J., Li J., Liu Y. Optimal trajectory planning for industrial robots based on simulated annealing algorithm. Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2018. Vol. 89, no. 3-4. P. 577–592.
7. Gao X., Qian Y., Zhou Y. Optimal trajectory planning for robotic manipulators based on an improved artificial bee colony algorithm. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2019. Vol. 55. P. 79–89.
8. Loveikin V., Romasevych Yu., Spodoba O., Loveikin A., Pochka K. Mathematical model of the dynamics change departure of the jib system manipulator with the simultaneous movement of its links. Strength of Materials and Theory of Structures. Kyiv. Ukraine. 2020.Vol. 104. P. 175–190.
9. Loveikin V., Romasevych Y., Shymko L., Mushtin D., Loveikin Y. The optimization of luffing and slewing regimes of a tower crane. Journal of Theoretical and applied Mechanics. 2021. Vol. 51. P. 421–436.
10. Loveikin V., Romasevych Y., Loveikin A., Lyashko A., Korobko M. Minimization of high frequency oscillations of trolley movement mechanism during steady tower crane slewing. U.P.B Sci. Bull. Series D. 2022. Vol. 84. N 1. P. 31–44.
11. Lovejkin V.S., Mishchuk D.A. Synthesis of the optimal dynamic mode of movement of the manipulator boom mounted on an elastic base. Science and technology. 2019. Vol. 18. No. 1. P. 55–61.
12. Loveykin V.S., Mishchuk D.O., Mishchuk Ye.O. Optimization of manipulator's motion mode on elastic base according to the criteria of the minimum central square value of drive torque. Strength of Materials and Theory of Structures. 2022. No. 109. P. 403–415.
13. Zeeshan A.I., Atiq M.T., Ehsan M. Inverse kinematics solutions using neural networks for a five freedom robot manipulator. International Journal of Advanced Robotic Systems. 2014. Vol. 11. No 10. P. 1–8.
14. Gharavian M., Ahmadi M. A new approach to inverse kinematics solution for redundant manipulators using the ant colony algorithm. Mechatronics. 2012. Vol. 22, no 5. P. 579–587.
15. Siciliano B. Kinematic control of redundant robot manipulators. J Intell Robot Syst. 1990. Vol. 3. P. 201–212.
16. Beeson P., Ames B. An open-source library for improved solving of generic inverse kinematics. 2015. Vol. IEEE. P. 928–935.
17. Zhao L., Zhao J., Liu H. Solving the inverse kinematics problem of multiple redundant manipulators with collision avoidance in dynamic environments. J Intell Robot Syst. 2021. Vol. 101. P. 30.
18. Jahanbekam M.R., Alasty A., Moosavi M.R. A comparison of gradient-based optimization algorithms for inverse kinematics of redundant manipulators. Robotica. 2016. Vol. 34. No 9. P. 2023–2037.
19. Mousavi M.R., Gholami M. A review of inverse kinematics solutions for serial-link robot manipulators. Journal of Intelligent and Robotic Systems. 2018. Vol. 90. No 1-2. P. 17–49.
20. Nazarenko I., Mishchuk Y., Mishchuk D., Ruchynskyi M., Rogovskii I., Mikhailova L., Titova L., Berezovyi M., Shatrov R. Determiantion of energy characteristics of material destruction in the crushing chamber of the vibration crusher. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2021. Vol. 4(7(112). P. 41–49. doi: 10.15587/1729-4061.2021.239292.
21. Zagurskiy O., Pokusa Z., Pokusa F., Titova L., Rogovskii I. Study of efficiency of transport processes of supply chains management under uncertainty. Monograph. Opole: The Academy of Management and Administration in Opole. 2020. ISBN 978-83-66567-13-9. 162 p.
