Способ управления многостепенным манипулятором

Изобретение относится к робототехнике и, в частности, к системам управления многостепенными манипуляторами, имеющими конструктивные ограничения перемещения во всех их степенях подвижности и дополнительные (избыточные) степени подвижности. Способ управления многостепенным манипулятором, имеющим шесть степеней подвижности, программное устройство, избыточную седьмую степень подвижности, снабженную дополнительным следящим приводом, вспомогательную систему управления и систему технического зрения, жестко связанную с абсолютной системой координат и с программным устройством, характеризующийся тем, что осуществляют формирование с помощью программного устройства входных сигналов для следящих приводов всех его шести степеней подвижности, обеспечивающих перемещение рабочего инструмента манипулятора в абсолютной системе координат и передачу с помощью системы технического зрения в программное устройство информации о пространственных координатах в абсолютной системе координат мест обработки рабочим инструментом манипулятора, при этом дополнительный следящий привод избыточной седьмой степени подвижности выполняют с возможностью обеспечения расширенной рабочей зоны манипулятора и увеличенного его угла сервиса, а вспомогательную систему управления – с возможностью дополнительного перемещения основания манипулятора посредством избыточной седьмой степени подвижности в абсолютной системе координат, отличающийся тем, что основание манипулятора выполняют с возможностью его дополнительного перемещения с помощью следящего привода в восьмой линейной степени подвижности в горизонтальной плоскости, ось которой перпендикулярна оси седьмой степени подвижности, вертикальное звено манипулятора выполняют с возможностью изменения его длины с помощью следящего привода в девятой телескопической степени подвижности, ось которой совпадает с осью вертикального звена манипулятора и проходит через его основание, при этом вспомогательную систему управления выполняют с возможностью задания в начале смещения основания манипулятора в исходное положение постоянных входных сигналов для следящих приводов седьмой, восьмой и девятой степеней подвижности с учетом информации о текущих пространственных координатах исходного места обработки рабочим инструментом объектов в абсолютной системе координат, которая поступает на вход вспомогательной системы управления с выхода системы технического зрения, информации о форме возможной рабочей зоны манипулятора, которая хранится в памяти вспомогательной системы управления, а также информации о текущих значениях седьмой, восьмой и девятой степеней подвижности, обеспечивающих нахождение исходного места обработки в рабочей зоне манипулятора, программное устройство выполняют с возможностью задания в начале работы манипулятора постоянных входных сигналов для следящих приводов первых шести степеней его подвижности, исключающих столкновения манипулятора и его инструмента с объектами, причем программное устройство и вспомогательную систему управления выполняют с возможностью вычисления значений специальных функций-индикаторов, позволяющих с учетом входных сигналов для следящих приводов первых шести степеней подвижности манипулятора оценить близость этих шести степеней подвижности манипулятора к их ограничениям, близость его конфигурации – к особым положениям, характеризуемым неоднозначностью в решении его обратной задачи кинематики, а также близость рабочего инструмента – к границам рабочей зоны манипулятора, при этом программное устройство выполняют с возможностью определения той конфигурации манипулятора из нескольких допустимых, которая исключает в начале работы нахождение первых его шести степеней подвижности в ограничениях, а его конфигурацию – в особых положениях на основе вычисляемых значений специальных функций-индикаторов с учетом исходных пространственных координат и ориентации рабочего инструмента манипулятора в абсолютной системе координат в начале обработки объектов, а также с учетом текущих значений координат его седьмой, восьмой и девятой степеней подвижности и его геометрических параметров, причем при отсутствии допустимой исходной конфигурации манипулятора осуществляют перемещение всего манипулятора с учетом вычисленных значений специальных функций-индикаторов в новое положение, обеспечивающее возможность выбора допустимой исходной конфигурации, посредством совместного или раздельного изменения седьмой, восьмой и девятой степеней подвижности, при этом в начале работы переход манипулятора в исходную допустимую конфигурацию осуществляют посредством задания постоянных входных сигналов для всех девяти следящих приводов всех его степеней подвижности на выходах программного устройства и вспомогательной системы управления в течение времени, необходимого для завершения переходных процессов во всех следящих электроприводах, а вспомогательную систему управления выполняют с возможностью задания дополнительного перемещения всего манипулятора посредством седьмой, восьмой и девятой степеней подвижности в абсолютной системе координат при превышении порогового значения хотя бы одной из непрерывно рассчитываемых функций-индикаторов, это дополнительное перемещение определяется с учетом текущих значений входных сигналов для следящих приводов первых шести степеней подвижности с возможностью уменьшения значения наибольшей из функций-индикаторов и обхода манипулятором тех его конфигураций, в которых происходит приближение первых шести степеней подвижности к своим ограничениям, манипулятора – к его особым положениям, а его рабочего инструмента – к границе рабочей зоны манипулятора, при этом формирование входных сигналов для следящих приводов всех первых шести степеней подвижности манипулятора посредством программного устройства осуществляют с возможностью учета текущих значений координат трех последних степеней подвижности манипулятора и сохраняемых в памяти программного устройства трехмерных эталонных моделей объектов манипулирования, расположенных в области видимости системы технического зрения, а программное устройство и вспомогательную систему управления выполняют с возможностью экстренной остановки манипулятора посредством фиксации входных сигналов для всех девяти следящих приводов всех его степеней подвижности при превышении порогового значения хотя бы одной из непрерывно рассчитываемых функций-индикаторов, сигнализирующего о недопустимом приближении хотя бы одной из первых шести степеней подвижности к их ограничениям, манипулятора – к его особым положениям, а его рабочего инструмента – к границе рабочей зоны. Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого способа, заключается в расширении рабочих зон многостепенных манипуляторов, и в сохранении высокой точности безаварийного выполнения ими всех манипуляционных операций при использовании их автоматических перемещений в трех избыточных линейных степенях подвижности, при введении которых полностью исключаются особые положения этих многостепенных манипуляторов и нежелательные реверсы во всех их степенях подвижности, связанные с выходом их степеней подвижности на ограничения.