Предисловие

Глава 1. Смотрите, кто пришел!

1.1. Немного истории. Манипуляторы
1.2. Автоматические манипуляторы с программным управлением – роботы
1.2.1. Специфика нового класса машин и социальные, экономические и технические аспекты применения промышленных роботов
1.2.2. Структура промышленного робота и его основные элементы
1.3. Роботы и технологическое оборудование машиностроительного производства
1.4. Роботы и манипуляторы в немашиностроительных областях
1.5. Научно-технические проблемы создания и совершенствования робототехнических систем
Литература

Глава 2. Функциональные механизмы и системы промышленного робота

2.1. Обобщенная структурная схема робота
2.2. Двигательная система робота
2.2.1. Скелет руки робота
2.2.2. Две схемы размещения приводов. Понятие о кинематической развязке движений
2.2.3. Натяжение кинематических цепей
2.2.4. Механизмы стереотипных движений
2.2.5. Механизмы статического уравновешивания звеньев руки робота
2.2.6. Рекуперация механической энергии в системах привода роботов
2.2.7. Механизмы захватов промышленных роботов
2.3. Управляющая система робота
2.3.1. Система регулирования промышленного робота
2.3.2. Система формирования программных движений
2.3.3. Два способа программирования роботов
2.4. Информационная система робота
2.5. Электромеханический промышленный робот ТУР-10
2.6. Нетрадиционные схемы роботов
2.6.1. Структура манипуляционных систем с параллельными кинематическими цепями
2.6.2. Манипуляционные системы с управляемой деформацией упругих звеньев
2.6.3. Регулярные кинематические структуры в манипуляционных системах роботов
2.7. Методология решения задач построения механизмов и систем роботов
Литература

Глава 3. Структура и кинематика руки робота

3.1. Обобщенные координаты скелета руки. Матричные преобразования для определения положения звеньев пространственных механизмов
3.2. Матричные преобразования для определения скоростей звеньев механической руки
3.3. Определение скоростей звеньев руки с помощью матрицы Якоби
3.4. Определение ориентации и угловых скоростей звеньев руки через углы Эйлера
3.5. Число степеней свободы захвата, его связь с числом степеней подвижности механизма. Понятие об индикаторной матрице
3.6. Уменьшение числа степеней свободы захвата. Кинематические признаки наличия особых конфигураций скелета руки
3.7. Прямая и обратная задачи о положениях руки робота с N = n = 6
3.8. Кинематические признаки существования решения обратной задачи о положениях в явном виде
3.9. Методика решения обратной задачи о положениях в явном виде
3.10. Особенности методики решения обратной задачи о положениях для структур c N<6
3.11. Решение обратной задачи о положениях для роботов с параллельными кинематическими цепями
3.12. Обратная задача о скоростях руки робота
Литература

Глава 4. Метод объемов и его использование при синтезе манипулятора и планировании движений

4.1. Понятие об угле сервиса. Характеристики сервиса. Идеальный манипулятор
4.2. Расчет характеристик сервиса руки робота при наличии ограничений
4.3. Оценка манипулятивных способностей руки человека
4.4. Синтез биотехнической системы "оператор-копирующий манипулятор"
4.5. Планирование движений руки робота в среде с препятствиями
Литература

Глава 5. Кинематика передач привода звеньев механической руки

5.1. Кинематические модели цепей привода звеньев. Матрицы частных передаточных отношений
5.2. Проблема компенсации кинематического взаимовлияния цепей привода звеньев механической руки
5.3. Синтез механизмов компенсации для базовых моделей
5.4. Типовые схемы рук с треугольной и ступенчатой матрицей частных передаточных отношений
5.5. Синтез механизмов компенсации для рук с произвольным числом степеней подвижности
5.6. Синтез механизмов кинематического замыкания для реализации стереотипных движений
5.7. Кинематическое описание неидеальных передач привода звеньев механической руки
Литература

Глава 6. Статика механической руки робота

6.1. Приведение сил и моментов нагрузки к обобщенным координатам
6.2. Уравновешивание сил тяжести звеньев руки робота
6.3. Силовой анализ механизмов стереотипных движений
6.4. Статика моделей механической руки робота с учетом зазоров и упругостей в передачах кинематической цепи привода
6.4.1. Методика определения матриц единичных податливостей и упругих коэффициентов передач привода механической руки
6.4.2. Учет зазоров в кинематических цепях привода роботов в программах управления
6.5. Синтез механизмов натяжения кинематических цепей привода звеньев
6.6. Особенности приведения сил трения к обобщенным координатам робота и синтез компенсирующего регулятора
6.7. Статическая устойчивость и определение критических нагрузок в особых конфигурациях руки
6.8. Устойчивость положения объекта манипулировании в схвате робота
Литература

Глава 7. Точностные модели промышленных роботов и способы повышения точности воспроизведения программных движений

7.1. Проблемы точности в робототехнике. Факторы, влияющие на точность отработки движений
7.2. Модель механической руки с учетом первичных ошибок
7.3. Коррекция программных значений обобщенных координат, компенсирующая влияние геометрических погрешностей изготовления и сборки руки робота
7.4. Коррекция программных значений обобщенных координат, компенсирующая отклонения руки робота от требуемого положения вследствие зазоров и податливостей передач привода
7.5. Аттестация жесткостных характеристик кинематических цепей привода звеньев руки робота
7.6. Методика аттестации геометрических погрешностей изготовления и сборки руки робота
7.7. Алгоритм расчета погрешностей геометрических параметров на основе информации от дополнительных датчиков положения звеньев руки
7.8. Алгоритм расчета погрешностей геометрических параметров на основе информации от датчиков обратных связей по положению промышленного робота
7.9. Особенности точностных моделей механических рук. Специфика вычислительных алгоритмов при аттестации геометрических ошибок руки робота
7.10. Результаты моделирования процессов аттестации геометрических ошибок и коррекции программных значений обобщенных координат
7.11. Оценка погрешностей позиционирования рабочего органа робота
7.11.1. Система оценок погрешностей позиционирования рабочего органа
7.11.2. l-Координатный стенд сбора данных для расчета оценок погрешностей позиционирования рабочего органа
7.11.3. Алгоритм обработки данных в l-координатном стенде "Аттестат"
7.11.4. Определение и учет ошибок измерения в l-координатном стенде "Аттестат"
Литература

Глава 8. Динамика механической руки промышленного робота с учетом свойств приводов звеньев

8.1. Запись уравнений Лагранжа второго рода механической руки робота в виде, удобном для расчетов на ЭВМ
8.2. Уравнения приводов звеньев механической руки. Основные задачи динамики робототехнических систем
8.3. Упрощенные динамические модели механических рук. Идеализированные усилительно-преобразовательные устройства, их классификация
8.3.1. Простейшие "базовые" и упрощенные модели исполнительных механизмов роботов
8.3.2. Упрощенные модели усилительно-преобразовательных устройств
8.3.3. Упрощенные модели многомерной системы автоматического регулирования робота
8.4. Концепция динамической развязки движений по степеням подвижности механической руки
8.5. Условия цикличности и ортогональности обобщенных координат механической руки
8.5.1. Условия цикличности обобщенной координаты qn. Случай n-й вращательной кинематической пары
8.5.2. Условия цикличности обобщенной координаты qn. Случай n-й поступательной кинематической пары
8.5.3. Условия цикличности и ортогональности всех обобщенных координат в частных случаях структур механических рук с п вращательными кинематическими парами
8.5.4. Механизмы динамического уравновешивания с противовращением
8.5.5. Уравновешивающие механизмы с автоматически изменяемой наладкой
8.6. Классификация структур промышленных роботов по степени сложности динамической развязки и выбор структуры робота для обслуживания станков. Особенности электромеханического привода
Литература

Глава 9. Динамика цикловых роботов с рекуперацией механической энергии

9.1. Анализ свойств и предельных возможностей привода цикловых роботов
9.2. Методика выбора параметров электропривода робота с рекуперацией механической энергии. Оптимальная настройка привода
9.3. Обеспечение многопозиционности по одной степени подвижности робота
9.4. Квазистатический режим работы рекуператоров механической энергии модели дифференциального привода
9.5. Динамические режимы работы модели дифференциального привода одной степени подвижности робота. Возможности динамической развязки в модели
9.6. Особенности управления дифференциальным многопозиционным приводом одной степени подвижности робота
9.7. Условия динамической развязки дифференциального многопозиционного привода
9.8. Реализация рекуперации энергии в цикловых роботах
9.9. Рекуперация механической энергии в роботе с позиционной системой управления
Литература

Глава 10. Устойчивость многомерных систем автоматического регулирования промышленного
Робота

10.1. Идеология построения. Концепция автономизации
10.2. Структура сепаратных регуляторов в цикловых, позиционных и контурных системах управления роботами
10.3. Структуры МСАР ПР с охватом механической руки контуром обратной связи
10.4. Устойчивость МСАР ПР с кинематическими перекрестными связями и акселерационными управляющими устройствами
10.5. Устойчивость МСАР ПР с кинематическими перекрестными связями и астатическими управляющими устройствами
10.6. Условия функционирования и устойчивость МСАР ПР с позиционными, астатическими и акселерационными управляющими устройствами при управлении силами сопротивления
10.7. Влияние дискретности цифровых систем регулирования на устойчивость и динамическую точность робота. Динамика и устойчивость модели регулятора при квантовании сигналов управления во времени
10.8. Применение метода структурного синтеза нелинейных систем автоматического управления при создании МСАР ПР
10.8.1. Основные положения метода структурноого синтеза МСАР и его применение в робототехнике
10.8.2. Закон регулирования в дискретной цифровой системе, обеспечивающий устойчивость при заданном периоде квантования
10.9. Адаптивное управление роботом по упрощенным идентифицируемым моделям
Литература

Глава 11. Автоматизация программирования элементарных движений робота. Задачи, модели, принципы решения, алгоритмы

11.1. Планирование движений робота и элементарные двигательные операции. Проблема избыточности
11.2. Автоматизация программирования элементарных движений робота на основе кинематических моделей
11.2.1. Позиционный метод построения программы движений. Интерполяция
11.2.2. Скоростной и линеаризованный позиционный методы построения программы движений в случае кинематически полного задания
11.2.3. Скоростной и линеаризованный позиционный методы построения программы движений в случае кинематически неполного задания
11.3. Автоматизация программирования движений робота на основе динамических моделей
11.3.1. Необходимость учета динамических свойств робота при программировании движений с большими ускорениями и (или) скоростями. Проблемы учета динамики
11.3.2. Программирование движений робота с использованием прямых методов вариационного исчисления
11.3.3. Особенности оптимального по быстродействию режима движения робота по заданной траектории
11.3.4. Особенности оптимальных по быстродействию движений моделей роботов с циклическими обобщенными координатами при точечно-склерономном задании
11.4. Программирование движений роботов в соответствии с их собственными динамическими свойствами
11.4.1. Постановка задачи планирования траекторий движения роботов в соответствии с собственными динамическими свойствами их механической части
11.4.2. Особенности собственных движений упрощенных моделей роботов с двумя степенями подвижности и алгоритм планирования траекторий их движения
11.4.3. Классификация структур исполнительных механизмов роботов по числу циклических обобщенных координат. Обобщение разработанного алгоритма планирования на системы с (гс-1)-й циклической обобщенной координатой
11.4.4. Общий алгоритм планирования траекторий движений роботов в соответствии с собственными динамическими свойствами моделей исполнительных механизмов
11.4.5. Примеры решения задачи поиска собственной траектории движения руки робота между заданными позициями
11.4.6. Программирование оптимального по быстродействию движения робота по собственной траектории. Учет свойств привода и использование идей комбинированного управления
Литература

Глава 12. Модели систем очувствления роботов, процессов обработки информации и принятия
Решений

12.1. Адаптация в робототехнических системах. Проблема реального времени
12.2. Схемы построения датчиков и систем датчиков
12.2.1. Двухпозиционные датчики проскальзывания
12.2.2. Матричные сенсорные системы на основе двухпозиционных и пропорциональных датчиков
12.2.3. Силомоментные сенсоры-фильтры и сенсоры-смесители. Схема построения сенсора-фильтра
12.2.4. Силомоментные сенсоры-смесители, построенные по ортогональной схеме
12.2.5. Методика тарировки сенсора-смесителя и определения компонент нагрузки
12.2.6. Силомоментные сенсоры-смесители, построенные по неортогональной схеме
12.2.7. Определение матрицы жесткостей упругого подвеса силомоментного сенсора
12.2.8. Упрощенные схемы сенсора-смесителя. Определение расчетных зависимостей
12.3. Принципы организации систем очувствления роботов
12.3.1. Система очувствления на основе двухпозиционных датчиков
12.3.2. Система очувствления на основе пропорциональных датчиков
12.3.3. Организация искусственной податливости руки робота
12.3.4. Влияние схемы размещения датчиков на алгоритм обработки информации
12.3.5. Количество информации, доставляемой сенсорами. Информационные оценки системы очувствления
12.3.6. Некоторые общие соображения и рекомендации, направленные на повышение быстродействия сенсорных систем роботов
12.4. Алгоритмы обработки информации в робототехнических распознающих системах
12.4.1. Задачи, решаемые роботом с помощью технических видеосистем. Идеология построения алгоритма распознавания
12.4.2. Идентификация объекта по методу характерных точек. Определение положения бинарных датчиков
12.4.3. Идентификация объекта по информации, содержащейся в его контуре
12.4.4. Алгоритм отслеживания и аппроксимации контура
12.4.5. Определение центра тяжести контура и площади объекта
12.4.6. Выбор характеристических признаков
12.4.7. Алгоритм обучения системы. Автоматическое построение дерева решений задачи распознавания
12.4.8. Алгоритм идентификации объектов. Оценка объема вычислений
12.4.9. Дискретность рецепторного поля. Ее влияние на достоверность идентификации и погрешности определения размера, положения и ориентации объекта
12.4.10. Повышение быстродействия сенсорной системы за счет совершенствования организации вычислительных процессов
Литература

Глава 13. Особенности разработки интерфейса человек-робот

13.1. Способы программирования роботов
13.2. Способ прямого обучения
13.3. Прямое обучение с автоматической коррекцией погрешностей позиционирования
13.4. Программирование с помощью команд
13.4.1. Структура программного обеспечения системы управления роботом
13.4.2. Развитие языков программирования для роботов
13.4.3. Структура и краткое описание системы программирования VAL
13.4.4. Система планирования движений и действий робота. Особенности построения модели среды
13.4.5. Организация взаимодействия программных модулей в системе управления роботом
13.5. Специфика применения мнемонических рукояток и особенности интерфейса человек-машина в копирующих манипуляционных системах
13.5.1. Мнемонические рукоятки. Конструкции и области применения в робототехнике
13.5.2. Оценка качества системы "человек-машина"
13.5.3. Уровень мнемоничности и его влияние на работу системы "оператор-манипулятор"
13.5.4. Синтез рационального интерфейса, исходя из адаптивных возможностей человека-оператора
13.5.5. Динамические свойства механической системы и их влияние на эффективность системы обучения
Литература
Заключение