CC BY
18
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Fedorova Olga Alekseevna, Professor of the Department "Technical systems in agriculture", Volgograd state agrarian University (400002, southern Federal district, Volgograd region, Volgograd, Universitetskiy Ave., 26.), doctor of technical Sciences, associate Professor, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2615-1101. E-mail: [email protected];
Poddubny Oleg Igorevich, researcher, teacher-researcher of the Volgograd state agrarian University (400002, southern Federal district, Volgograd region, Volgograd, Universitetskiy Ave., 26.), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-6888-5329. E-mail: [email protected]
Информация об авторах Ряднов Алексей Иванович, профессор кафедры «Эксплуатация и технический сервис машин в АПК» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (400002, Южный федеральный округ, Волгоградская обл., г. Волгоград, пр. Университетский, д. 26.), заслуженный работник высшей школы РФ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2364-4944. E-mail: [email protected];
Федорова Ольга Алексеевна, профессор кафедры «Технические системы в АПК» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (400002, Южный федеральный округ, Волгоградская обл., г. Волгоград, пр. Университетский, д. 26.), доктор технических наук, доцент, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2615-1101. E-mail: [email protected];
Поддубный Олег Игорьевич - исследователь, преподаватель-исследователь ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (400002, Южный федеральный округ, Волгоградская обл., г. Волгоград, пр. Университетский, д. 26.), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-6888-5329. E-mail: [email protected]
DOI: 10.32786/2071-9485-2020-02-38 METHODS OF KINEMATIC SYNTHESIS OF MANIPULATOR-TRIPOD CONTROL ALGORITHMS
N. S. Vorob'eva, A. V. Djashkin, V. V. Djashkin-Titov, A. G. Ivanov, S. D. Fomin
Volgograd State Agricultural University, Volgograd, Russia Received 17.12.2019 Submitted 25.05.2020
The article was prepared with the financial support of RFBR grant no. 19-48-340013 r_a.
"Development of analytical synthesis methods for manipulator control algorithms
of parallel-sequential structure»
Summary
The article presents the results of calculation of two methods of synthesis of algorithms for program movements of Executive mechanisms that ensure the implementation of the required trajectories and laws of movement of the manipulator's working body, and positioning of the object of manipulation in three-dimensional space. The results of calculations showed advantages and disadvantages of both methods. However, it is recommended to apply a method of quadratic approximation point for the organization of a control system with feedback for speed.
Abstract
Introduction. The article is devoted to the creation of methods for the synthesis of algorithms for programmed movements of actuators, which ensure the implementation of the required trajectories and laws of motion of the working body of the manipulator, and the positioning of the manipulated object in three-dimensional space. As a gripping device, a sequential structure mechanism with three controlled degrees of freedom is used. Gbject. The kinematic diagram of the manipulator - tripod on a rotary base with a three-stage gripping device is presented. Materials and methods.The implementation of the proposed methods for calculating the programmed movements of the executive links was considered with a rectilinear transla-tional movement of the gripper. To ensure the approach of the working body of the manipulator to the required points of the service object with a given orientation of the working body, methods have been developed for the synthesis of programmed movements of the executive cylinders of the manipulator. The first method-software displacement of the executive cylinders is interpolated by a finite set of splines of the
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
third and fourth orders (the first method). The second method - the laws of movement of the executive cylinders are determined by the interpolation method of the first and last sections of the trajectory and the method of point quadratic approximation of the intermediate sections of the trajectory (second method). The set of points characterizing the sequential positions of the actuators is determined by the solution of the optimization problem on the configuration of the manipulator from the condition of the minimum criterion of generalized energy at each point of the trajectory of the working body. Based on the proposed calculation methods, the results of programmed movements of executive links in graphical form are obtained. Results and conclusions. Based on the proposed calculation methods, the results of programmed movements of executive links in graphical form are obtained. Polynomial interpolation is the easiest. It is effectively used in cases where, based on a small number of given points, it is necessary to quickly obtain an acceptable result. However, when polynomial interpolation does not allow you to organize a control system with speed feedback.
Key words: synthesis methods, software movement algorithms, laws of motion, required trajectories, parallel-serial structure manipulator
Citation. Vorob'eva N. S., Djashkin A. V., Djashkin-Titov V. V., Ivanov A. G., Fomin S. D. Methods of kinematic synthesis of manipulator-tripod control algorithms. Proc. of the Lower Volga Agro-University Comp. 2020. 2(58). 384-396 (in Russian). DOI: 10.32786/2071-9485-2020-02-38.
Author's contribution. All authors of this research paper have directly participated in the planning, execution, or analysis of this study. All authors of this paper have read and approved the final version submitted.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
УДК 681.5.013:621.865.8
МЕТОДЫ КИНЕМАТИЧЕСКОГО СИНТЕЗА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ
МАНИПУЛЯТОРОМ-ТРИПОДОМ
Н. С. Воробьева, кандидат технических наук, доцент А. В. Дяшкин, кандидат технических наук, доцент В. В. Дяшкин-Титов, кандидат технических наук, доцент А. Г. Иванов, ассистент С. Д. Фомин, доктор технических наук, доцент
Волгоградский государственный аграрный университет, г. Волгоград Дата поступления в редакцию 17.12.2019 Дата принятия к печати 25.05.2020
Статья подготовлена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 19-48-340013 ра.
«Разработка методов аналитического синтеза алгоритмов управления манипуляторами
параллельно-последовательной структуры»
Актуальность. Статья посвящена созданию методов синтеза алгоритмов программных перемещений исполнительных механизмов, обеспечивающих реализацию требуемых траекторий и законов движения рабочего органа манипулятора и позиционирование объекта манипулирования в трехмерном пространстве. В качестве захватного устройства используется механизм последовательной структуры с тремя управляемыми степенями свободы. Объект. Представлена кинематическая схема манипулятора-трипода на поворотном основании с трехстепенным захватным устройством. Материалы и методы. Реализация предложенных методов расчета программных перемещений исполнительных звеньев рассматривалась при прямолинейном поступательном перемещении захватного устройство. Для обеспечения подхода рабочего органа манипулятора к требуемым точкам объекта обслуживания с заданной ориентацией рабочего органа разработаны методы синтеза программных перемещений исполнительных цилиндров манипулятора. Первый метод - программные перемещения исполнительных цилиндров интерполируются конечным набором сплайнов третьего и четвертого порядков. Второй метод - законы перемещения исполнительных цилиндров определяются методом интерполяции первого и последнего участков траектории и методом точечной квадратичной аппроксимации промежуточных участков траектории. Множество точек,
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
характеризующих последовательные положения исполнительных приводов, определяется решением оптимизационной задачи о конфигурации манипулятора из условия минимума критерия обобщенной энергии в каждой точке траектории рабочего органа. Результаты и выводы. На основании предложенных методов расчета получены результаты программных перемещений исполнительных звеньев в графическом виде. Полиномиальная интерполяция является наиболее простой. Ее эффективно применять в тех случаях, когда на основе малого числа заданных точек необходимо быстро получить приемлемый результат, однако при полиноминальной интерполяции не позволяет организовать систему управления с обратной связью по скорости.
Ключевые слова: методы синтеза, алгоритмы программных перемещений, законы движения, требуемые траектории, манипуляторы параллельно-последовательной структуры.
Цитирование. Воробьева Н. С., Дяшкин А. В., Дяшкин-Титов В. В., Иванов А. Г., Фомин С. Д. Методы кинематического синтеза алгоритмов управления манипулятором-триподом. Известия НВ АУК. 2020. 2(58). 384-396. DOI: 10.32786/2071-9485-2020-02-38.
Авторский вклад. Все авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении или анализе данного исследования. Все авторы настоящей статьи ознакомились и одобрили представленный окончательный вариант.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Введение. Современным направлением развития машинных технологий сель-хозпроизводства является роботизация и автоматизация [6-9, 13]. Для решения этих задач используются мобильные платформы, на которые устанавливаются манипуляторы (рисунки 1-2).
Рисунок 1- Робот для прополки Figure 1- Robot for weeding
Рисунок 2 - Робот для сбора ягод Figure 2 - Robot for collecting berries
Манипуляторы с механизмами параллельно-последовательной структуры обладают рядом преимуществ: повышенная жесткость, низкая металлоемкость, высокая точность программных движений и др. Поэтому они находят все большее применение в различных отраслях промышленности: в машиностроении при механической обработки деталей сложной геометрии [5], приборостроении, при упаковке продукции [4], а также в технологических процессах при производстве и переработке сельскохозяйственной продукции [10, 11, 14, 15].
К наиболее важным задачам при разработке манипуляторов параллельно-последовательной структуры относится создание методов синтеза алгоритмов программных перемещений исполнительных механизмов, обеспечивающих реализацию требуемых траекторий и законов движения рабочего органа манипулятора, и позиционирование объекта манипулирования в трехмерном пространстве [2, 3].
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Материалы и методы. Рассматривается манипулятор параллельно-последовательной структуры (рисунок 1) с семью управляемыми степенями свободы. Параллельную структуру конструкции манипулятора представляет пирамида, состоящая из трех активных звеньев переменной длины AM, BM, CM, дополнительную маневренность и манипулятивность пирамиды обеспечивает исполнительное звено AD. Захват последовательной структуры с тремя управляемыми степенями свободы (рисунок 2) соединяется с пирамидой посредством специального шарнира.
I"
yufiryu \ V
Рисунок 3 - Расчетная схема манипулятора-трипода на поворотном основании с трехстепенным захватным устройством
Figure 3 - Design scheme of the manipulator-tripod on a rotary base with a three-stage gripping device
Рисунок 4 - Кинематическая схема захвата с тремя степенями свободы Figure 4 - Kinematic capture scheme with three degrees of freedom
387
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Сформировать законы изменения обобщенных координат манипулятора 4(t), (k = 1 ^ 4), a(t), ^(t),P(t) в реальном масштабе времени затруднительно из-за
высокой размерности задачи и ограниченной вычислительной мощности контроллеров приводного уровня. Так как системы управления строятся по иерархическому принципу, то рационально для каждого заданного движения рабочего органа, заранее определить аналитические законы изменения обобщенных координат исполнительных приводов.
Пространственное положение манипулятора и рабочего органа захвата определяется в абсолютной системе координат Oxyz (рисунок 1). С каждым звеном захватного устройства связаны подвижные системы координат O-X -у -Z ■, (j = 1, 2, 3, 4) . Конструкция манипулятора обеспечивает связи между длинами исполнительных звеньев, координатами XM (t), Ум (t), ZM (t) точки M и углом поворота ф основания ABC [7, 8]:
li(t) = y¡xM + (Ум + ОА ■ sinф)2 + (Zm - OA ■ cosф)2 ,
¡2(t)=V ( Xm - OBf+ум+zM,
i3(t)=J^M+oByTyM^ZM, (i)
l4(t) = ^J(OK - ОА ■ sin ф)2 + (OA ■ cos ф + DK)2 .
Параметр y(t) манипулятора (рисунок 1) определяется выражением
tgy =--Xm--(2)
Ум + OA sin ф
Процесс выполнения любой технологической операции состоит из последовательного выполнения заданных программных движений рабочего органа. Исследования особенностей технологических процессов сельскохозяйственного и перерабатывающего производства показали, что большинство операций может быть осуществлено с помощью следующих основных перемещений рабочего органа манипулятора: вертикального прямолинейное движения (ВД); прямолинейного движения под любым углом в вертикальной плоскости (ПДВ); горизонтального прямолинейного движения (ГД); прямолинейного движения под любым углом в горизонтальной плоскости (ПДГ); ориентации рабочего органа в пространстве (ОР).
Кинематический синтез программных перемещений исполнительных звеньев манипулятора, обеспечивающих выполнение конкретного технологического процесса, проводился в предположении, что ориентация рабочего органа в конечный момент времени задана с помощью направляющих косинусов его собственной системы координат в неподвижной системе координат [2].
Число обобщенных координат манипулятора равно семи - длины исполнительных звеньев ¡к(t), (k = 1 ^ 4) и углы поворота звеньев захватного устройства
a(t), ^(t), P(t) . Число обобщенных координат рабочего органа равно шести - декартовы
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
координаты характерной точки Е [ХЕ (?X уЕ (tX zE (t) ] и углы Эйлера, задающие его ориентацию в пространстве. То есть маневренность манипулятора равна единице. В этом случае, задача построения закона изменения управляющих перемещений исполнительных звеньев, допускает множество решений, то есть заданному положению рабочего органа соответствует множество конфигураций манипулятора. Для выбора из этого множества решений, единственно правильного использовались различные критерии оптимальности.
Алгоритм кинематического синтеза следующий: разбивается заданная траектория характерной точки захватного устройства на конечное число участков, в каждый момент времени решается обратная задача для механизма последовательной структуры и прямая задача для механизма параллельной структуры. Затем строится функция времени изменения длин исполнительных звеньев. Функция строится двумя способами: интерполяцией конечным набором сплайнов третьего и четвертого порядка и заменой траектории сплайнами четвертого порядка на первом и последнем участках траектории и квадратичной аппроксимацией промежуточных участков траектории. Применение сплайнов четвертого порядка обусловлено необходимостью учета граничных условий для траектории перемещения захвата. Синтез алгоритма стабилизации программных перемещений захвата, заданных в параметрической форме, осуществляется по назначенной траектории с использованием сигналов датчиков обратной связи [16].
Разбивая заданную траекторию точки Е на п участков через интервалы времени Ах, по вышеизложенной методике находим последовательность значений обобщенных координат 4(?), (к=1+4) манипулятора - трипода и обобщенных координат а(?),¥(?) захватного устройства [14]. Зная значения обобщенных координат в моменты времени ?, можно для каждой обобщенной координаты, для каждого отрезка провести интерполяцию сплайнами, т. е. построить полином, выражающий обобщенную координату как функцию времени [1]:
Полиномиальная интерполяция является наиболее простой. Ее эффективно применять для монотонных траекторий, в тех случаях, когда на основе малого числа заданных точек необходимо быстро получить приемлемый результат. Задача сплайновой интерполяции сводится к решению двух подзадач: расчет коэффициентов сплайна и последующая аппроксимация значений функции в заданные моменты времени.
Первый и последний отрезки траектории интерполируются полиномами четвертого порядка:
0<т)=44т4+4зт3+ А12Т2+ Лцт+ Л/о, (3)
где 0г(т) - одна из обобщенных координат манипулятора как функция времени т на /-участке изменения функции; Т — - безразмерное время, т. е. 1> т>0; Т/ - время перемещения на /участке изменения функции 0г(т); Л01...Л14 - коэффициенты полинома для /-участка изменения функции 0г(т).
Для /-го промежуточного участка закона изменения 0г(т) полином третьего порядка (4) имеет вид:
0/(т)=+Л /зт3+Л /2Т2+Л /1Т+А/о. (4)
Используя полиномы (3, 4) и методику, изложенную в [15], получаем функции времени изменения длин исполнительных звеньев.
Второй метод кинематического синтеза, который предлагается рассмотреть в данной работе - метод аппроксимации. Полученные значения обобщенных координат (рассмотрено выше) аппроксимируем обычным полиномом степени Ш на множестве значений ¡^ (?.) на интервале времени от ¿1 — А? до ¿п—1 — (п — 1)А? :
Qk(?) — Лк + Л1к? + Л2к?2 +.....+ Лшк?Ш • (5)
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Постоянные коэффициенты Лтк находим из условия минимума функции, представляющей квадратичное отклонение:
и-1
8 = Шк &) - lkl Ь) ] •
i=1
(6)
Используя методику, изложенную в [3], получаем функции времени изменения длин исполнительных звеньев.
Результаты и обсуждение. В качестве примера реализации предложенных методов расчета программных перемещений исполнительных звеньев, рассмотрим горизонтальное поступательное прямолинейное движение манипулятора последовательной структуры с тремя управляемыми степенями свободы, захват не вращается y(t) = -y(t)
а = const., Р = 0, xE = const., yE(t), zE = const., xM = const., yM(t), zM = const., (ГД - 1), из начальной точки, с координатами уЕ(0) = 1100 мм в конечную точку, с координатами х(0) = х(Т) = 200 мм. , z(0) = z(T) = 190 мм. Уе(Г) = 1600 мм за время T = 12 c.
Полиномиальная интерполяция. В результате расчетов получено для каждых значений lk(ti), ^(ti) значения трех полиномов для первого, промежуточного и последнего отрезков траектории:
.1 "2 _____
1 > Т > 0
l1(t) =
-35,18Т4+74,11Т3 + 1286,56 -5,76Т3+11,28Т2+81,62Т+1325,5 11 > т > 1 -3,67т4 + 38,76т3-94,25т2+86,9т+1412,65 12 > т > 11
l2(t) =
h(t) =
-50,69т4+146,22т3+1218,21 i > Т > 0
-100,1т3+134,5т2+235,9т+1313,76, 11 > т > 1 93,5т4-181,23т3-1756т2+204,65т+1584,056;12 >т > 11
44,18т4 + 132,22т3+1329,67 1 >т > 0
-97,92т3 + 131,57т2+219,94т+1471,71: 11 >т> 1 94,18т4 -188,03т3 -0,963т2+189,313т+1671,29 12 > т > 11
(7)
-28,65т4+79,06т3+983,84,
l4(t) =
1>т >0 11 > Т > 1
39,33т4+-71,77т3-20,68т2+99,34т+1170,83 12 > т > 11
-51.26т3 +65,27т2 + 122,57т+1034,24,
На рисунках 5 и 6 приведены зависимости (7) длин исполнительных органов Щ) и угла ¥(/) от времени, на рисунке 7 представлены функции времени изменения координат точки Е[хЕ(/), уЕ(0, ^Е(/)], построенные по заданным программным перемещениям
2
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
и по законам, полученным в результате аппроксимации, а на рисунке 8 - программный закон изменения дуговой координаты и реализуемый при изменении длин исполнительных цилиндров [16]: £ (?)=Ку[уЕ(?)-уЕ(0)].
<р -----prog Ф t, сек.
Рисунок 5 - Зависимости длин исполнительных органов l(t) от времени, построенные по заданным программным перемещениям lprog и по интерполяционным законам l
Figure 5 - Dependences of the lengths of the executive bodies l(t) on time, constructed according to the given program displacements lprog and according to interpolation laws l
Рисунок 6 - Зависимость угла q(t) от времени, построенная по заданным программным перемещениям ф prog и по интерполяционным законам ф
Figure 6 - The dependence of the angle ф(t) on time, constructed according to the given program displacements фрго^ and according to the interpolation laws ф
Рисунок 7 - Траектории точки E xe(t), ye(t), ze(t), построенные по заданным программным перемещениям xe prog, ye prog, ze prog и по интерполяционным законам xe, ye, ze
Figure 7 - The trajectories of the point E xe(t), ye(t), ze(t), constructed according to the given program displacements xe prog, ye prog, ze prog and according to the interpolation laws xe, ye, ze
Рисунок 8 - Программный закон изменения дуговой координаты Se, построенные по заданным программным перемещениям Se prog и по интерполяционным законам Se
Figure 8 - Program law for changing the arc Se coordinates constructed according to given programmed displacements Se prog and according to interpolation laws Se
Точность аппроксимации программной траектории (рисунок 5) при формировании управляющих перемещений исполнительных цилиндров интерполяционными полиномами возможно оценить отношением абсолютного отклонения от траектории к длине траектории:
maxl Azi
5—-
(в рассмотренном примере $—0,01).
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Метод аппроксимации. В результате расчетов получено для каждых значений 4(?г), ¥(?г) значения трех полиномов для первого, промежуточного и последнего отрезков траектории:
Р (?) — —37,87?5 + 87,23?4 — 49,49?3, 1 > ? > 0,
(?) — 0,013?5 — 0,384?4 + 3,67г3 —12,64?2 + 26,82? +1268,95,11 > ? > 1, Н (?) — —46,64?5 + 2691,51?4 — 62085,95?3 + 71642,34?2 — 4,12? + 9,49, 12 > ? > 11.
l, (t) =
l2 (t) =
.5
4
3
P2(t) = -18,156Г + 41,40Г - 21,42? , 1 > t > 0
5
4
3
2
Q2 (t) = 0,Q15? - 0,463t + 4,136t - 7,208Г +14,341t +1209,208,11 > t > 1
5
4
J
2
H^) = -15,28Г + 882,04t -20349,27Г + 234567,65Г - 1,35t + 3,11, 12 > t > 11.
h (t) =
.5
4
.3
P3 (t) = -25,22Г + 57,64t - 30,96Г, 1 > t > 0
(8)
5
4
3
2
Q3 (t) = 0,02t - 0,49t + 4,53t -10,11Г + 20,06t +1317,122,11 > t > 1,
5
4
3
2
H3(t) = -20,34t +1173,95r - 27081,68Г + 312156,61Г - 1,80t + 4,14, 12 > t > 11.
h(t) =
.5
4
.3
P4 (t) = -21,55t + 49,47t - 27,33r, 1 > t > 0
5
4
3
2
Q4 (t) = 0,011Г - 0,33Г + 3,02t - 7,83Г +16,03t + 973,54,11 > t > 1
5
4
3
2
H4(t) = -24,98t +1441,63Г -33256,53tJ + 383350,63Г - 2,21t + 5,09, 12 > t > 11.
Рисунок 9 - Зависимости длин исполнительных органов l(t) от времени, построенные по заданным программным перемещениям lprog и по законам аппроксимации l
Figure 9 - Dependences of the lengths of the executive bodies l(t) on time, plotted for given programmed displacements lprog and according to the laws of approximation l
0,3
0,2
if 0,1 Q.
t °
-o,i
-0,2 -0,3
; i I ( 3 1 Q 1
• <pprog
Рисунок 10 - Зависимость угла ф(?) от времени, построенная по заданным
программным перемещениям ф prog и по законам аппроксимации ф
Figure 10 - The dependence of the angle ф(?) on time, constructed according to the given program displacements фprog and according to the laws of approximation ф
Точность аппроксимации программной траектории (рисунок 9) при формировании управляющих перемещений исполнительных цилиндров оценивается отношением максимального отклонения от траектории к длине траектории:
A^max
L
(в рассмотренном примере $—0.0095).
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 11 - Траектории точки E xe(t), ye(t), ze(t), Рисунок 12 - Программный закон изменения дуго-
построенные по заданным программным перемеще- вой координаты Se, построенные по заданным
ниям xe prog, ye prog, ze prog и по законам аппрок- программным перемещениям
симации xe, ye, ze Se prog и по законам аппроксимации Se
Figure 11 - The trajectories of the point E Figure 12 - The program law for changing the arc
xe (t), ye (t), ze (t), constructed according to the given coordinate Se, constructed according to the given
program displacements xe prog, ye prog, ze prog and program displacements Se prog and
according to the approximation laws xe, ye, ze according to the laws of approximation Se
Выводы. Полиномиальная интерполяция является наиболее простой. Ее эффективно применять в тех случаях, когда на основе малого числа заданных точек необходимо быстро получить приемлемый результат. Однако при полиноминальной интерполяции возможно организовать систему управления с обратной связью по скорости. Это объясняется наличием локальных экстремумов интерполяционной кривой изменения дуговой координаты. Увеличение числа узловых точек не позволяет обеспечить монотонное изменение скорости.
Поэтому используют методику расчета аналитических зависимостей законов изменения управляющих исполнительных звеньев манипулятора параллельно - последовательной структуры интерполяционными полиномами на начальном и конечном участках траектории и аппроксимацией промежуточных участков траектории, что позволяет сформировать задающий сигнал для каждого исполнительного звена манипулятора и разработать программную и позиционную с обратными связями по положению и скорости системы управления, обеспечивающих отслеживание программных траекторий.
Библиографический список
1. Воробьева Н. С., Жога В. В., Несмиянов И. А. Отслеживание приводами манипулятора параллельно-последовательной структуры программных перемещений рабочего органа // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2019. № 2. C. 154-165.
2. Задача позиционирования манипулятора параллельно-последовательной структуры с управляемым захватным устройством / В. В. Жога, В. В. Дяшкин-Титов, И. А. Несмиянов, Н. С. Воробьева // Мехатроника, автоматизация, управление. 2016. № 8. Том 17. С. 525-530.
3. Кинематический синтез программных перемещений приводов манипулятора-трипода с трёхстепенным захватом / Н. С. Воробьева, В. В. Жога, И. А. Несмиянов, А. Г. Иванов // Современное машиностроение. Наука и образование (MMESE-2018): материалы 7-й междунар. науч.-практ. конф. (29-30 мая 2018 г.) / под ред. А. Н. Евграфова, А. А. Поповича. Санкт-Петербургский политехнический ун-т Петра Великого. Санкт-Петербург, 2018. C. 383-398.
4. Робот-манипулятор FlexPicker IRB 360 компании AAB www.abb.com/robotics [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.roboticturnkeysolutions.com/robots/abb/datasheet/IRB_360.pdf.
5. Рыбак Л. А., Гриненко Г. П. Инновационное обрабатывающее оборудование на базе параллельных структур: перспективы и направления коммерциализации // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2013. №7(25). С. 32-39.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
6. Agbots: Weeding a field with a team of autonomous robots / W. McAllister, D. Osipychev, A. Davis, G. Chowdhary // Computers and Electronics in Agriculture. 2019. V. 163. Art. no 104827.
7. Crop and Weeds Classification for Precision Agriculture Using Context-Independent Pixel-Wise Segmentation / M. Fawakherji, A. Youssef, D. Bloisi, A. Pretto, D. Nardi // Proceedings - 3rd IEEE International Conference on Robotic Computing, IRC. 2019. Art. No 8675654. P. 146-152.
8. Efficacy of Mechanical Weeding Tools: A Study into Alternative Weed Management Strategies Enabled by Robotics / C. McCool, J. Beattie, J. Firn, C. Lehnert, J. Kulk, O. Bawden, R. Russell, T. Perez // IEEE Robotics and Automation Letters. 2018. V. 3 (2). Art. no 8260901. P. 1184-1190.
9. Kinematic study of the weeding robot / A. S. Ovchinnikov, V. S. Bocharnikov, N. S. Voro-b'Yeva, A. G. Ivanov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. V. 489 (1). Art. No. 012056.
10. Kinematics and statics analysis of a novle 4-dof parallel mechanism for laser weeding robot / W. Xuelei, H. Jie, Z. Dongjie, G. Honghong, L. Chuanjun, Z. Bin // INMATEH - Agricultural Engineering. 2016. V. 50 (3). P. 29-38.
11. On the design of a low-cost, light-weight, and highly versatile agricultural robot / L. Grim-stad, C. D. Pham, H. T. Phan, P. J. From // Proceedings of IEEE Workshop on Advanced Robotics and its Social Impacts ARSO. 2016. March. Art. No. 7428210.
12. On the unstable operating modes of manipulator electric drives / I. A. Nesmiyanov, V. V. Zhoga, V. N. Skakunov, N. S. Vorob'eva, V. V. Dyashkin-Titov, V. S. Bocharnikov // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2017. V. 46 (3). P. 232-239. DOI: 10.3103 / S1052618817030098.
13. Robotics and labour in agriculture. A context consideration / V. Marinoudi, C. G. S0ren-sen, S. Pearson, D. Bochtis // Biosystems Engineering. 2019. No.84. P. 111-121.
14. Sabanci K., Aydin C. Image processing based intelligent spraying robot for weed control // Fresenius Environmental Bulletin. 2016. V. 25 (12). P. 5305-5312.
15. Study review and analysis of high performance intra-row weeding robot / Z. Chen, C. Zhang, N. Li, Z. Sun, W. Li, B. Zhang // Nongye Gongcheng Xuebao / Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering. 2015. V. 31 (5). P. 1-8.
16. Vorob'eva N. S., Zhoga V. V., Nesmiyanov I. A. Program Displacement Tracing of Executive Devices by the Manipulator Drives of Parallel-Sequential Structures // Journal of Computer and Systems Sciences International. 2019. V. 58 (2). P. 305-316.
Conclusions. Polynomial interpolation is the simplest. It is effective to use it in cases when you need to quickly get an acceptable result based on a small number of specified points. However, with polynomial interpolation, it does not allow you to organize a speed feedback control system. This is explained by the presence of local extremes of the interpolation curve of the arc coordinate change. Increasing the number of nodal points does not allow for a monotonous change in speed.
Herefore, the method of calculating analytical dependencies of laws of change of control actuating links of the manipulator is used in parallel - in-sequence structure by interpolation polynomials on the initial and final sections of the trajectory and approximation of intermediate sections of the trajectory, which makes it possible to generate a setting signal for each actuating link of the manipulator and to develop a program and position signal with feedback on the position and speed of the control system, which provide tracking of program paths
References
1. Vorobyova N. S., Zhoga V. V., Nesmiyanov I. A. Tracking by manipulator drives of the parallel-sequential structure of program movements of the working body // Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Theory and control systems. 2019. № 2. P. 154-165.
2. The Problem of positioning a manipulator of a parallel-sequential structure with a controlled gripper device / V. V. Zhoga, V. V. Dyashkin-Titov, I. A. Nesmiyanov, N. S. Vorobyova // Mechatronics, automation, control. 2016. No. 8. V. 17. P. 525-530.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
3. Kinematic synthesis of program displacements of manipulator-tripod drives with three-step capture / N. S. Vorobyova, V. V. Zhoga, I. A. Nesmiyanov, A. G. Ivanov // Modern mechanical engineering. Science and education (MMESE-2018): proceedings of the 7th international conference. Scientific and practical Conf. (May 29-30, 2018). Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University. Saint Petersburg, 2018. P. 383-398.
4. AAB's FlexPicker IRB 360 robot arm www.abb.com/robotics [Electronic resource]. access Mode: http://www.roboticturnkeysolutions.com/robots/abb/datasheet/IRB_360.pdf.
5. Rybak L. A., Grinenko G. P. Innovative processing equipment based on parallel structures: prospects and directions of commercialization // Science-Intensive technologies in mechanical engineering. 2013. №7 (25). Pp. 32-39.
6. Agbots: Weeding a field with a team of autonomous robots / W. McAllister, D. Osipychev, A. Davis, G. Chowdhary // Computers and Electronics in Agri-culture. 2019. V. 163. Art. no 104827.
7. Crop and Weeds Classification for Precision Agriculture Using Context-Independent Pixel-Wise Segmentation / M. Fawakherji, A. Youssef, D. Bloisi, A. Pretto, D. Nardi // Proceedings - 3rd IEEE International Conference on Robotic Computing, IRC. 2019. Art. No 8675654. P. 146-152.
8. Efficacy of Mechanical Weeding Tools: A Study into Alternative Weed Management Strategies Enabled by Robotics / C. McCool, J. Beattie, J. Firn, C. Lehnert, J. Kulk, O. Bawden, R. Russell, T. Perez // IEEE Robotics and Automa-tion Letters. 2018. V. 3 (2). Art. no 8260901. P. 1184-1190.
9. Kinematic study of the weeding robot / A. S. Ovchinnikov, V. S. Bocharnikov, N. S. Voro-b'Yeva, A. G. Ivanov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. V. 489 (1). Art. No. 012056.
10. Kinematics and statics analysis of a novle 4-dof parallel mechanism for laser weeding robot / W. Xuelei, H. Jie, Z. Dongjie, G. Honghong, L. Chuanjun, Z. Bin // INMATEH - Agricultural Engineering. 2016. V. 50 (3). P. 29-38.
11. On the design of a low-cost, light-weight, and highly versatile agricultural robot / L. Grim-stad, C. D. Pham, H. T. Phan, P. J. From // Proceedings of IEEE Workshop on Advanced Robotics and its Social Impacts ARSO. 2016. March. Art. No. 7428210.
12. On the unstable operating modes of manipulator electric drives / I. A. Nesmiyanov, V. V. Zhoga, V. N. Skakunov, N. S. Vorob'eva, V. V. Dyashkin-Titov, V. S. Bocharnikov // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2017. V. 46 (3). P. 232-239. DOI: 10.3103 / S1052618817030098.
13. Robotics and labour in agriculture. A context consideration / V. Marinoudi, C. G. S0ren-sen, S. Pearson, D. Bochtis // Biosystems Engineering. 2019. No.84. P. 111-121.
14. Sabanci K., Aydin C. Image processing based intelligent spraying robot for weed control // Fresenius Environmental Bulletin. 2016. V. 25 (12). P. 5305-5312.
15. Study review and analysis of high performance intra-row weeding robot / Z. Chen, C. Zhang, N. Li, Z. Sun, W. Li, B. Zhang // Nongye Gongcheng Xuebao/Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering. 2015. V. 31 (5). P. 1-8.
16. Vorob'eva N. S., Zhoga V. V., Nesmiyanov I. A. Program Displacement Tracing of Executive Devices by the Manipulator Drives of Parallel-Sequential Structures // Journal of Computer and Systems Sciences International. 2019. V. 58 (2). P. 305-316.
Authors Information
Vorob'eva Natalia Sergeevna, head of the department "Mechanics" Volgograd State Agrarian University (400002, Volgograd, Universitetsky Prospekt 26), candidate of technical sciences, tel. +7 (8442) 41-18-49. E-mail: [email protected]
Dyashkin Andrey Vladimirovich, associate professor of the department "Mechanics" Volgograd State Agrarian University (400002, Volgograd, Universitetsky Prospekt 26), candidate of technical sciences, tel. +7 (8442) 41-18-49.
Dyashkin-Titov Victor Vladimirovich, associate professor of the department "Mechanics" Volgograd State Agrarian University (400002, Volgograd, Universitetsky Prospekt 26), candidate of technical sciences, tel. +7 (8442) 41-18-49.
Ivanov Aleksey Gennadievich, assistant of the department "Mechanics" Volgograd State Agrarian University (400002, Volgograd, Universitetsky Prospekt 26), tel. +7 (8442) 41-18-49.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Fomin Sergey Denisovich, Professor, Department of Mechanics, Head of the Center for Scientometric Analysis and International Indexing Systems, Volgograd State Agrarian University (26, Universitetsky Prospekt, Volgograd, Russian Federation, 400002), Doctor of Technical Sciences, Associate Professor ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7910-9284 [email protected]
Информация об авторах Воробьева Наталья Сергеевна, заведующий кафедрой «Механика» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (400002, г. Волгоград, Университетский проспект, 26), кандидат технических наук, тел. +7 (8442) 41-18-49. E-mail: [email protected]
Дяшкин Андрей Владимирович, доцент кафедры «Механика» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (400002, г. Волгоград, Университетский проспект, 26), кандидат технических наук, тел. +7 (8442) 41-18-49.
Дяшкин-Титов Виктор Владимирович, доцент кафедры «Механика» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (400002, г. Волгоград, Университетский проспект, 26), кандидат технических наук, тел. +7 (8442) 41-18-49.
Иванов Алексей Геннадьевич, ассистент кафедры «Механика» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (400002, г. Волгоград, Университетский проспект, 26), тел. +7 (8442) 41-18-49.
Фомин Сергей Денисович, профессор кафедры «Механика», заведующий Центром наукометрического анализа и международных систем индексирования Волгоградского государственного аграрного университета (РФ, 400002, г. Волгоград, Университетский проспект, 26), доктор технических наук, доцент ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7910-9284 [email protected]
DOI: 10.32786/2071-9485-2020-02-39 MODERN PROBLEMS OF CONCEPTUAL AND TERMINOLOGICAL APPARATUS IN THE FIELD OF LAND RECLAMATION
A. V. Slabunova, V. V. Slabunov
Federal State Budget Scientific Institution «Russian Scientific Research Institute of Land Reclamation
Problems», Novocherkassk, Russia
Received 26.03.2020 Submitted 25.05.2020
Abstract
Introduction. The «terminological crisis» in the field of land reclamation is long overdue. It consists in the widespread penetration of foreign terms into the Russian language, the replacement of Russian words with foreign synonyms. This situation is observed not only in colloquial speech, but also in regulatory documents. In this regard, the aim of the study is to assess and establish the possibility, appropriateness and legitimacy of the use of the term synonym «irrigation» instead of «Irrigation» in the field of land reclamation. Object. The object of research is the synonymous terms "irrigation" and "irrigation", used in reclamation activities. Materials and methods. The research methodology was based on general scientific (analysis, synthesis, generalization, deduction, induction and historical method) and private-scientific (formally legal, comparative legal, method of legal modeling and interpretation of law) methods of cognition. The empirical basis of the study included the provisions of regulatory documents, terminological dictionaries, scientific articles published in periodicals. Results and conclusions. The analysis of various regulatory documents revealed that the uncertainty and inaccuracy, and, consequently, the misunderstanding of the use of certain terms, now leads to their ambiguous (ambiguous) interpretation in law enforcement practice, and this in turn leads to legal problems and causes discrepancies between specialists when considering the same issue or solving the same problem. The reasons for the widespread use of the term «irrigation» in the countries of Central Asia, the USA, Canada, China, and India are considered. The necessity of legal protection of the Russian language as the state language in Russia is established. The provisions of the Federal Law «On Land Reclamation» are given, which enshrined the basic terms and their definitions in the field of land reclamation. Existing synonyms for the terms «irrigation» and «irrigation» are analyzed. It is concluded that it is inadmissible to borrow a foreign term instead of the Russian language that is available and understandable to the citizens of the country and the need to develop a single regulatory document governing terminology in the field of land reclamation, or a system of such documents.
Key words: land reclamation, land irrigation, irrigation, terminology, synonyms.
