КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 22-29-01618
НазваниеРазработка математического аппарата проектирования и управления тросовыми робототехническими системами
Руководитель Малолетов Александр Васильевич, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Автономная некоммерческая организация высшего образования "Университет Иннополис" , Республика Татарстан (Татарстан)
Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-107 - Мехатроника и робототехника
Ключевые слова тросовый робот, реконфигурируемые механизмы, гибридные роботы, оптимизация, планирование движения, математическое моделирование
Код ГРНТИ55.30.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Тросовые роботы представляют собой класс параллельных роботов, движение мобильной платформы с расположенным не ней рабочим инструментом в которых контролируется гибкими связями (тросами). Количество приводов в тросовых роботах обычно варьируется в пределах от 3 до 12. Однако в это число не входят приводы, расположенные на мобильной платформе и управляющие движением рабочего инструмента, который в свою очередь может иметь достаточно сложную структуру. В это число не входят также приводы, управляющие положением направляющих роликов и других вспомогательных элементов тросового робота, в то время как практическое применение тросовых роботов в ряде случаев требует согласованного управления этими элементами совместно с управлением приводами основной тросовой системы.
Преимущества тросовых роботов по сравнению с манипуляторами с жёсткими звеньями определяются их простой масштабируемостью и низкой материалоёмкостью, и, как следствие, энергоэффективностью и высокой скоростью работы. Основной недостаток тросовых роботов — это проблема обеспечения высокой точности позиционирования рабочего инструмента робота, связанная с необходимостью учитывать большое количество параметров системы.
Тросовые роботы являются существенно нелинейными системами с избыточным числом управляемых приводов. Это означает, что даже незначительные ошибки в управлении приводят к существенному перераспределению нагрузок на тросовую систему и большим отклонениям в положении рабочего инструмента робота.
Фундаментальная научная проблема проекта заключается в разработке общих комплексных методов, моделирования и управления нелинейными тросовыми системами с большим числом управляемых степеней подвижности.
Научная значимость проблемы заключается в развитии мехатронного подхода к созданию тросовых роботов. Объединение методов механики, управления электроприводом и программирования даст синергетический эффект и позволит применять разрабатываемые методы при проектировании и программировании тросовых роботов, особенно тросовых роботов, включающих в себя дополнительные приводы вспомогательных и исполнительных механизмов.
Необходимость разработки комплексных фундаментальных подходов в значительной степени продиктована практическими потребностями. Так в настоящее время практически отсутствуют математические методы, которые позволили бы оптимизировать параметры конструкции тросового робота с учётом специфичных требований, предъявляемых в том или ином случае практического применения. Это является одной из причин почему несмотря на многолетнюю историю разработок область практического применения тросовых манипуляторов остаётся крайне ограниченной.
Научная новизна исследований определяется следующими факторами:
- в проекте рассматриваются сложные механические системы, в которых тросовые подсистемы являются основной, но не единственной составляющей; взаимное влияние тросовых, вспомогательных и исполнительных механизмов существенно усложняет управление всей системой;
- в проекте ставится задача развития мехатронного подхода к проектированию и управлению тросовыми роботами, включающего создание общих методов, учитывающих механическую часть робота, электропривод, алгоритмы управления и программное обеспечение робота;
- в проекте предполагается кроме классических методов механики и управления исследовать возможности применения методов машинного обучения и искусственного интеллекта к управлению тросовым роботом.
Поставленные научные и прикладные задачи являются актуальными не только для российской робототехники, но и для мировой науки в целом. На сегодняшний день к решению подобных задач подходят многие ведущие исследовательские лаборатории, но на данный момент ни одна из поставленных задач ещё не имеет комплексного решения.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Марчук Е.А., Калинин Я.В., Малолетов А.В. О компенсации отклонений рабочего инструмента крупногабаритного параллельного тросового робота Материалы конференции «Математическая теория управления и ее приложения» (МТУИП-2022), Материалы конференции «Математическая теория управления и ее приложения» (МТУИП-2022). СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2022. С. 27-29. (год публикации - 2022)
2.
Марчук Е.А., Калинин Я.В., Иванов М.А., Малолетов А.В.
О выборе математических моделей висячих элементов при проектировании крупногабаритного параллельного тросового робота
Известия Волгоградского государственного технического университета, Известия Волгоградского государственного технического университета. 2022. № 9 (268). С. 56-62. (год публикации - 2022)
10.35211/1990-5297-2022-9-268-56-62
3.
Марчук Е.А., Калинин Я.В., Малолетов А.В.
On Smooth Planar Curvilinear Motion of Cable-Driven Parallel Robot End-effector
IFAC-PapersOnLine, IFAC-PapersOnLine, Volume 55, Issue 10, 2022, Pages 2475-2480 (год публикации - 2022)
10.1016/j.ifacol.2022.10.080
Публикации
1.
Е. А. Марчук, Я. В. Калинин, А. В. Сидорова, А. В. Малолетов
On the Problem of Position and Orientation Errors of a Large-Sized Cable-Driven Parallel Robot
Russian journal of nonlinear dynamics, Т. 18. № 5. С. 755-770. (год публикации - 2023)
10.20537/nd221209
2. Е. А. Марчук, А. Аль Бадр, А. В. Калинин, А. В. Малолетов Cable-Driven Parallel Robot: Distribution of Tension Forces, Problem of Game Theory Russian Journal of Nonlinear Dynamics (год публикации - 2023)
3. Е. А. Марчук, С. М. Идрисова Исследование аварийных режимов работы тросового робота Проблемы машиностроения и автоматизации (год публикации - 2023)
4.
Е. А. Марчук, А. С. Михайлов, Я. В. Калинин, А. В. Малолетов
Управление силами натяжения в системе тросового параллельного робота
Мехатроника, автоматизация, управление, № 12, т. 24, С.643-651 (год публикации - 2023)
10.17587/mau.24.643-651
5.
Е. А. Марчук
О численном моделировании области рабочего пространства гибридного тросового робота
Известия Волгоградского государственного технического университета, № 4(275). С. 64-71 (год публикации - 2023)
10.35211/1990-5297-2023-4-275-64-71
6. Е. А. Марчук Исследование динамики движения параллельного тросового крупногабаритного робота XVI Всероссийская мультиконференция по проблемам управления (МКПУ-2023) : Материалы мультиконференции. В 4-х томах, Т.1. С. 83-86 (год публикации - 2023)
7.
Е. А. Марчук, Н. Г. Шаронов
Распределение сил натяжения в системе тросового параллельного робота в формализации теории игр
Известия Волгоградского государственного технического университета, № 9(280). С. 51-59 (год публикации - 2023)
10.35211/1990-5297-2023-9-280-51-59