Алгоритм расчёта законов движения рабочих органов для автоматизированных намоточных и выкладочных комплексов с ЧПУ


Авторы

Абраменков Г. В.1, Гутенев А. В.2*, Маринин В. И.3**, Страданченко С. Г.3***, Мохов В. А.3****

1. Министерство промышленности и торговли РФ, 125039, г. Москва, Пресненская наб., д. 10, стр. 2
2. Объединенная авиастроительная корпорация, Уланский пер., 22, стр.1, Москва, 101000, Россия
3. Южно-Российский государственный политехнический университет имени М.И. Платова, НПИ, ул. Просвещения, 132, Новочеркасск, 346428, Россия

*e-mail: a.v.gutenev@gmail.com
**e-mail: marinin_vi@npi-tu.ru
***e-mail: rektorat@npi-tu.ru
****e-mail: mokhov_v@mail.ru

Аннотация

Для управления автоматизированным комплексом с числовым программным управлением (ЧПУ) в процессе технологической подготовки производства необходимо решать задачу временной параметризации    траекторий – определения законов движения рабочих органов по заданной геометрии пути. Существующие методы либо обладают высокой вычислительной сложностью, либо не обеспечивают достаточной точности и гладкости траекторий, что снижает эффективность обработки и ускоряет износ оборудования. Разработан алгоритм временной параметризации, сочетающий высокую точность и приемлемое время расчёта за счёт интеграции преимуществ метода динамического программирования и метода трубки. На первом этапе алгоритм формирует номинальную траекторию с помощью метода динамического программирования, а на последующих этапах уточняет её в рамках динамически сужающейся «трубки» допустимых значений скорости. Учитываются физические ограничения на скорости и ускорения координат, а также технологические требования, включая ограничения в заданных точках траектории. Результаты экспериментальной проверки продемонстрировали, что разработанный алгоритм обеспечивает более гладкие законы движения и сокращает время развёртывания траектории на 3% по сравнению с классическим методом динамического программирования при сопоставимом объёме вычислений. Полученный подход позволяет повысить производительность автоматизированных комплексов с ЧПУ, снизить износ оборудования и улучшить качество изготавливаемой продукции.

Ключевые слова:

временная параметризация; динамическое программирование; метод трубки; закон движения; оптимизация траектории; ограничения скорости и ускорения; комплексы с ЧПУ

Список источников

  1. Чумаков О.А., Снисаренко С.В. Метод динамического программирования при оптимизации движений манипулятора. – 2022. – С. 499-504.
  2. Маринин В.И. Оптимизация движения исполнительных органов агрегатов с программным управлением // Системы управления технологическими процессами: Сб. ст. Новочеркасск: Изд. НПИ, 1974, Вып.1.
  3. Маринин В.И., Городецкий Г.Б. Задача расчета оптимальных по быстродействию траекторий и законов движения исполнительных органов намоточных станков с программным управлением // Системы управления технологическими процессами: Сб. ст. Новочеркасск, Изд. НПИ, 1976, Вып. 3.
  4. Маринин В.И. Планирование оптимальных движений рабочих органов намоточных станков // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. – 2003. – №. 3. – С. 12-14.
  5. Маринин В.И., Князев Д.Н. Оптимизация траекторий и законов движения рабочих органов намоточных станков с ЧПУ. // Материалы 4-й межд. научно-техн. конф. «Новые технологии управления движением технических объектов». Том 3, Новочеркасск, – 2002. – С.53-55.
  6. Маринин В.И., Князев Д.Н. Миткевич А.Б. Оптимальные траектории и законы движения рабочих органов намоточного станка. // Труды 4-й межд. конф. «Теория и практика технологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов (ТПКММ). Корпоративные НАО- и CALS-технологии в наукоёмких отраслях промышленности». – М.: Знание, – 2006. – С. 632-536.
  7. Киреев Д.М., Маринин В.И. Решение прямой задачи динамики для намоточных станков // Студенческая научная весна – 2006. – Новочеркасск, – 2006. – С. 224-225.
  8. Bertsekas D. Abstract dynamic programming. – Athena Scientific, 2022.
  9. Bobrow J.E., Dubowsky S., Gibson J.S. Time-optimal control of robotic manipulators along specified paths // The International Journal of Robotics Research. – 1985. – Vol. 4. – №3. – P. 3-17.
  10. Pham Q.C., Stasse O. Time-optimal path parameterization for redundantly actuated robots: A numerical integration approach // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. – 2015. – Т. 20. – №. 6. – С. 3257-3263.
  11. Haschke R., Weitnauer E., Ritter H. On-line planning of time-optimal, jerk-limited trajectories // IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. – 2008. – P. 3248-3253.
  12. Bastos Jr G., Franco E. Dynamic tube model predictive control for a class of soft manipulators with fluidic actuation // International Journal of Robust and Nonlinear Control. – 2025. – Т. 35. – №. 7. – С. 2780-2799.
  13. Luo Y. et al. Robust tube-based MPC with smooth computation for dexterous robot manipulation // Science China Information Sciences. – 2024. – Т. 67. – №. 11. – С. 1-17.
  14. Лесков А.Г., Калеватых И.А. Экспериментальные исследования алгоритмов управления связанным движением двурукого манипуляционного робота // Вестник Московского государственного технического университета им. НЭ Баумана. Серия «Приборостроение». – 2012. – №. 4. – С. 33-43.
  15. Артемов К. Алгоритмы адаптивного реактивного и проактивного гибридного управления манипуляционными роботами: дис. – 2022. 
  16. Головин В.А., Яковлев К.С. Примитивы движения робота в задаче планирования траектории с кинематическими ограничениями // Информатика и автоматизация. – 2023. – Т. 22. – №. 6. – С. 1354-1386.
  17. Zhang T., Zhang M., Zou Y. Time-optimal and smooth trajectory planning for robot manipulators // International Journal of Control, Automation and Systems. – 2021. – Т. 19. – №. 1. – С. 521-531.
  18. Haghshenas H., Hansson A., Norrlöf M. Time-optimal path tracking for cooperative manipulators: A convex optimization approach // Control Engineering Practice. – 2023. – Т. 140. – С. 105668.
  19. Santos R.R., Rade D.A., da Fonseca I.M. A machine learning strategy for optimal path planning of space robotic manipulator in on-orbit servicing // Acta Astronautica. – 2022. – Т. 191. – С. 41-54.
  20. Битюков Ю.И., Денискин Ю.И. Геометрическое моделирование многослойной намотки // Труды МАИ. – 2010. – №. 37. – С. 15.
  21. Битюков Ю. И. Об одной локальной системе координат на гладкой поверхности, применяемой в компьютерном моделировании процесса изготовления конструкций из композиционных материалов // Труды МАИ. – 2014. – №. 72. – С. 13.
  22. Лаврентьев М.А., Люстерник Л.А. Курс вариационного исчисления. – М.-Л.: ГОНТИ НКТП СССР. – 1938. – 192 с.

Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2026

 Вход