Алгоритмы и математическое обеспечение робототехнических систем

<jats:p>Рассматриваются методы программирования промышленных роботов: прямое обучение (с проводником и показом) и текстовое проблемно-ориентированное программирование. Анализируются преимущества и недостатки каждого подхода, особенности языков Whirl, Rapt и систем фирм ASEA, Graco. Показано, что подсистемы прямого обучения, при которых оператор сам проводит рабочий орган робота по требуемой траектории, не требуют от него специальных знаний о программировании, однако существенно затрудняют редактирование подготовленной программы. Отмечено, что современные текстовые языки ориентированы на описание требуемых положений концевого эффектора и опираются на логические операторы ветвления и подпрограммы, обеспечивающие взаимодействие с сенсорными системами робота. Приводятся уравнения динамики многозвенных манипуляторов на основе формализма Лагранжа, включая инерционные, кориолисовы, центробежные и гравитационные коэффициенты, а также выражения для символов Кристоффеля и частных производных векторов положения по обобщённым координатам. Сформулированы практические рекомендации по выбору кинематической схемы для упрощения динамической модели: использование призматических сочленений, параллельное или перпендикулярное расположение степеней подвижности, убывание масс последовательно расположенных звеньев от основания к рабочему органу. Обсуждается проблема отсутствия стандартизации языков программирования роботов и её влияние на создание интегрированных производственных систем.</jats:p> <jats:p>The paper reviews programming methods for industrial robots: direct teaching (lead-through and walk-through) and text-oriented problem-oriented programming. Advantages and drawbacks of each approach are analysed, along with features of Whirl, Rapt languages and systems by ASEA and Graco. It is shown that direct teaching subsystems, in which the operator guides the robot end-effector along the required trajectory, demand no special programming knowledge from the operator but make editing of the prepared program considerably more difficult. It is noted that modern textual languages are oriented towards describing the required positions of the end-effector and rely on logical branching operators and subroutines that provide interaction with the robot sensor systems. Lagrangian dynamics equations for multi-link manipulators are derived, including inertia, Coriolis, centrifugal and gravitational coefficients, as well as expressions for Christoffel symbols and partial derivatives of position vectors with respect to generalised coordinates. Practical recommendations for selecting kinematic configurations to simplify the dynamic model are formulated: the use of prismatic joints, parallel or perpendicular arrangement of the degrees of mobility, and decreasing masses of successive links from the base towards the end-effector. The problem of lacking standardization in robot programming languages and its impact on integrated manufacturing systems is discussed.</jats:p>