Тезисы докладов Всероссийской научной конференции "Проектирование научных и инженерных приложений в среде MATLAB" (28-29 мая 2002 г.). М.: ИПУ РАН. 2002. 207 С.: Ил.

Моделирование нечёткого контроллера промышленного робота в среде MATLAB

Хныкин А.П., Гладышев М.В.
Московская государственная академия приборостроения и информатики, г. Москва

В автоматических системах сочетаются весьма разнообразные по конструкции механические, электрические и другие устройства, составляя, в общем, сложный комплекс взаимодействующих друг с другом звеньев.

Особенности решения задач в реальном масштабе времени приводят к тому, что недостаток вычислительных возможностей (несоответствие вычислительных ресурсов сложности задачи) эквивалентен, в некотором смысле, недостатку информации об условиях задачи [1].

Для моделирования нечёткого контроллера промышленного робота, на примере существующего робота модульного типа РПМ-25, разработана математическая модель робота-манипулятора, имеющего шесть степеней свободы (рис. 1).

Исполнительный орган должен иметь не менее пяти движений для пространственного перемещения захвата. Два из них – для ориентации, и три - для ее перемещения в пространстве. Наиболее приемлемая система координат при поставленных требованиях – прямоугольная. В зависимости от конкретных условий робот собирается из нескольких модулей исполнительного механизма, что позволяет компоновать роботы с различными кинематическими схемами.

Рис.1. Эскиз робота-манипулятора модульного типа

В работе исследуется промышленный робот модульной конструкции, собранный из модуля поворота, модуля двоичного качания, руки с тремя степенями подвижности и захватного устройства [2]. Для преодоления случайным образом возникающих препятствий, а также для формирования оптимального (по быстродействию и энергозатратам) управления предложено воспользоваться аппаратом теории нечётких множеств. В качестве входных лингвистических переменных могут быть использованы углы поворота при вращении и качании, меняющаяся длина руки и расстояние до конечной точки пути и/или до препятствия, а в качестве выходных – мощности двигателей основных узлов робота. Используя возможности среды MATLAB процесс моделирования и исследования поведения системы управления значительно упрощается.

Для задания функций принадлежности можно использовать Fuzzy Logic Toolbox, что позволяет создавать функции принадлежности не только с использованием простейших (треугольная, трапециидная и др.) функций, но и более сложных (например, функция принадлежности Гаусса). Также используя этот инструментарий, можно наглядно посмотреть, как влияет выбор метода дефаззификации (процесс преобразования нечеткого множества с заданной функцией принадлежности в четкое значение) на результат исследования. Комбинируя и используя сочетания различных инструментариев MATLAB при моделировании нечёткого контроллера робота с шестью степенями свободы, можно добиться отличных результатов при минимальных затратах времени.

Литература

1. Соколов А.Ю. Применение нечетких множеств в экспертных системах и системах управления. Харьков: Государственный Аэрокосмический Университет “Харьковский авиационный институт”, 1999.
2. Отчёт по научно-исследовательской работе. Расчёт и оптимизация программ движений и компоновок модульных промышленных роботов РПМ-25 на основных операциях сварки и механообработки. М.: ВЗМИ, 1982.