Цифровое проектирование и управление интеллектуальными роботизированными системами для реализации стратегии Индустрия 4.0 в сфере машиностроения и биомедицинских технологий

Объект исследования: Роботизированные системы в сфере машиностроения и биомедицинских технологий. Цель работы – Разработка высокопроизводительных вычислительных методов и алгоритмов для оптимального синтеза, управления и цифрового проектирования интеллектуальных роботизированных систем с повышенными характеристиками по точности, компактности и управляемости для реализации стратегии Индустрия 4.0 в области производственных технологий, машиностроения и биомедицины. Ожидаемые результаты: 1. Будут разработаны методы структурного и параметрического синтеза параллельных роботов с повышенными характеристиками по точности, компактности конструкции и быстродействию. На основе этих методов разработаны новые схемно-технические и конструктивные решения интеллектуальных роботизированных систем (РС) с возможностью реконфигурации структуры и группового взаимодействия. 2. Будет создана электронная база данных (ЭБД), системных и пользовательских человеко-машинные интерфейсов для работы РС. ЭБД будет включать два основных блока: пользовательский (открытые для создания и редактирования оператором данные) и системный (содержит технические характеристики роботизированной системы, определяющие слаженную ее работу, не доступные для редактирования оператором). 3. Будут разработаны кинематические и динамические модели роботов различной архитектуры на основе уравнений Эйлера-Лагранжа с учетом характеристик приводов и датчиков, которые будут использованы при построении системы управления, с использованием современных вычислительных комплексов Matlab Simulink, ANSYS, SolidWorks. 4. Будут разработаны новые высокопроизводительные методы на основе детерминированных подходов глобальной и локальной оптимизации, позволяющие решать сложные задачи робототехники, включая определение рабочего пространства, оптимизацию геометрических и конструктивных параметров. 5. Будут разработаны методы оптимального управления с использованием интеллектуальных алгоритмов: на основе генетических алгоритмов и нейронных сетей, позволяющие решать задачи управления и планирования траектории, как отдельных роботов, так и конфигурацией в режиме реального времени. 6. Будет создан универсальный программный комплекс для численного определения целевых характеристик РС, построенный на последовательных архитектурах и на параллельных вычислительных системах. 7. Будет создан многокомпонентный программный комплекс, позволяющий реализовать разработанные алгоритмы оптимизации параметров РС с применением параллельных вычислений, будет проведен масштабный вычислительный эксперимент, выполнен анализ и сравнение эффективности алгоритмов и обобщение результатов оптимизации параметров РС. 8. Будут разработаны высокоэффективные методы цифрового проектирования с использованием CAD, CAM, CAE-систем, позволяющие получать полноценные 3D цифровые двойники реальных объектов (роботов).