Читать статью 'Определение формы и размеров области в шестимерном пространстве задающей допустимые мгновенные состояния механизма руки антропоморфного робота' в журнале Программные системы и вычислительные методы на сайте nbpublish.com
Рус Eng За 365 дней одобрено статей: 1961,   статей на доработке: 338 отклонено статей: 587 
Библиотека

Вернуться к содержанию

Программные системы и вычислительные методы
Правильная ссылка на статью:

Определение формы и размеров области в шестимерном пространстве задающей допустимые мгновенные состояния механизма руки антропоморфного робота

Притыкин Фёдор Николаевич

доктор технических наук

профессор, кафедра Инженерная геометрия и САПР, Омский Государственный Технический Университет

644050, Россия, Омская область, г. Омск, ул. Пр. Мира, 11

Pritykin Fedor Nikolaevich

Doctor of Technical Science

Professor, Department of Engineering Geometry and CAD, Omsk State Technical University

644050, Russia, Omskaya oblast', g. Omsk, ul. Pr. Mira, 11

pritykin@mail.ru
Небритов Валерий Иванович

аспирант, кафедра Инженерная геометрия и САПР, Омский Государственный Технический Университет

644050, Россия, Омская область, г. Омск, пр. Мира, 11

Nebritov Valeriy Ivanovich

Postgraduate Student, Department of Engineering Geometry and CAD, Omsk State Technical University

644050, Russia, Omskaya oblast', g. Omsk, pr. Mira, 11

vnebritov@gmail.com

DOI:

10.7256/2454-0714.2019.4.31065

Дата направления статьи в редакцию:

16-10-2019


Дата публикации:

06-01-2020


Аннотация.

При автоматизированном планировании движения механизма руки антропоморфного робота в организованном пространстве существует необходимость сокращения времени расчета траектории в пространстве обобщенных координат. Указанное время значительно зависит от времени расчета вектора приращений обобщенных координат на каждом шаге расчетов при синтезе движений по вектору скоростей. В работе проведены геометрические исследования на основе изучение размеров и формы области в многомерном пространстве обобщенных скоростей задающей допустимые мгновенные состояния механизма руки антропоморфного робота. На основе этого предложен метод, позволяющий сократить время итерационного поиска вектора приращений обобщенных координат. Для установления аналитических зависимостей, отражающих взаимосвязь геометрических параметров указанной области и обобщенных координат механизма руки, задающих положения конфигураций, использованы гиперповерхности в четырехмерном пространстве. Для этого использованы уравнения интерполирующих полиномов располагающих в четырех взаимно перпендикулярных плоскостях. На основе указанных четырех интерполирующих полиномов получено уравнение гиперповерхности четвертого порядка, которое отражает взаимосвязь геометрических и кинематических параметров. В статье так же приведены результаты виртуального моделирования движения механизма руки антропоморфного робота с учетом положения запретной зоны в системе CАПР ACAD. Результаты расчётов с использованием полученных аналитических зависимостей, показали сокращение времени расчёта тестовых заданий. Проведённые исследования могут быть использованы при разработке интеллектуальных систем управления движением автономно функционирующих антропоморфных роботов в организованной среде без участия человека-оператора.

Ключевые слова: мгновенные состояния механизма, антропоморфный робот, объекты многомерного пространства, синтез движений манипуляторов, пространство обобщенных координат, геометрическое моделирование, кинематическая модель, вектор скоростей, узловые точки механизма, линейные смещения

Abstract.

With automated planning of the movement of the arm mechanism of an anthropomorphic robot in organized space, there is a need to reduce the time it takes to calculate the trajectory in the space of generalized coordinates. The indicated time significantly depends on the calculation time of the vector of increments of the generalized coordinates at each calculation step in the synthesis of motions along the velocity vector. In the article the geometric studies based on the study of the size and shape of a region in a multidimensional space of generalized speeds specifying the permissible instantaneous states of the arm mechanism of an anthropomorphic robot are carried out. Based on this study a method is proposed that allows one to reduce the time of iterative search of the vector of increments of generalized coordinates. To establish analytical dependences reflecting the relationship between the geometric parameters of the specified area and the generalized coordinates of the arm mechanism, which determine the positions of the configurations, hypersurfaces in four-dimensional space are used. For this, the equations of interpolating polynomials located in four mutually perpendicular planes are used. Based on these four interpolating polynomials, a fourth-order hypersurface equation is obtained that reflects the relationship of geometric and kinematic parameters. The article also presents the results of virtual modeling of the movement of the arm mechanism of an anthropomorphic robot, taking into account the position of the forbidden zone in the system ACAD. The results of calculations using the obtained analytical dependences showed a reduction in the calculation time of test tasks. The conducted studies can be used in the development of intelligent motion control systems of autonomously functioning anthropomorphic robots in an organized environment without the participation of a human operator.

Keywords:

kinematic model, geometric modeling, space of generalized coordinates, movement synthesis of manipulator, objects of multidimensional space, humanoid robot, instant states of mechanism, velocity vector, nodal points of mechanism, linear shifts

Введение

В настоящее время во многих странах ведутся работы связанные с созданием антропоморфных робототехнических систем, предназначенных для использования в космонавтике, медицине и др. [1-7]. Антропоморфная робототехника ориентирована на создание человекоподобных робототехнических систем, предназначенных для выполнения тяжёлых, монотонных, опасных и вредных работ. Для указанных роботов характерна кинематика механизмов, свойственная движениям рук человека. Данные роботы имеют в качестве исполнительного устройства многозвенные манипуляторы с избыточностью в степенях свободы, позволяющие осуществлять выполнение различных операций в организованном рабочем пространстве. Антропоморфные роботы в большинстве случаев управляются на основе копирующих устройств человеком-оператором. Однако оператор не может присутствовать в рабочей зоне и не всегда робот может точно повторять движения человека, что приводит к невозможности выполнения задания. В связи с этим разрабатываются адаптивные системы управления, которые способны автоматически генерировать программу движения руки с учетом окружающей обстановки. Исходными данными подобных систем являются модели запретных зон, объектов манипулирования, механизма руки и др. . Для решения задач связанных с определением достижимости целевых точек механизмом подвижной руки этого робота на основе виртуального моделирования в организованных средах существует необходимость в задании геометрических моделей кинематической цепи и разработке автоматизированных методов синтеза их движений [8,9,14]. Виртуальное моделирование перемещения механизма руки на основе указанных моделей может быть осуществлено синтезом движений по вектору скоростей [11,13-15]. Для осуществления движения механизма руки этим способом (без участия человека оператора) в реальном масштабе времени необходимо решать задачу сокращения времени расчета промежуточных конфигураций. Каждая последующая расчетная конфигурация позволяет в итоге перемещать руку робота, из начального в целевое положение в автоматизированном режиме. В связи с этим необходимо сокращать время вычисления приращений обобщенных координат на каждом шаге расчетов. Для задания геометрических моделей кинематических цепей роботов в работах [10-12] предложено использовать совокупность кодов. В настоящей работе на основе указанного способа приведён пример задания геометрической модели руки антропоморфного робота, используемого в научно-исследовательской лаборатории 3D-моделирования мехатронных систем, разработанной в НПО «Андроидная техника». Кроме этого на основе полученной модели определена область допустимых значений вектора приращений обобщённых координат при синтезе движений для некоторых конфигураций руки. Это позволило выполнить модификацию исходного алгоритма синтеза движения по вектору скоростей, представленного в работах [14,15], при котором сокращено время вычисления промежуточных конфигураций.

Задание геометрической модели механизма руки антропоморфного робота

Рассмотрим исполнительный механизм руки антропоморфного робота, общий вид и кинематическая схема которого представлены на рис. 1аб. Положение узловых точек О 1О 13 механизма руки в неподвижном пространстве определяют совокупность матриц M 0,1, M 0,2 , ... , M 0,n m размерности 4x4 [12-14]. Параметр n m определяет число систем О 1, О 2, …, Оn m , используемых при задании геометрической модели механизма руки антропоморфного робота (рис. 2). Для рассматриваемого примера n m n и n m = 13, где n – задает число обобщенных координат механизма манипулятора. Матрицы M 0,k определяют произведением матриц M k -1, k . В заданной модели кинематической цепи, точки O 1, O 2 и O 3 совпадают (см. рис. 2) Для расчета элементов матриц M k- 1,k используют массивы q i , lk , lsm и nkod [11, 12]. Указанные массивы задают соответственно значения обобщенных координат q i , длины звеньев механизмов lk, смещения вдоль осей систем координат lsm, неподвижно связанных со звеньями механизма, и коды преобразований систем координат nkod . Размерность указанных массивов является одинаковой и определяется значением параметра nm [11]. Указанные массивы дают возможность организовывать циклы при вычислениях матриц M 0,k .

1

а

2

б

Рис. 1 Антропоморфный робот: а) общий вид; б) кинематическая схема f2

Рис. 2 Изображение систем координат, задающих геометрическую модель руки антропоморфного робота

Указанные матрицы дают возможность определять положения звеньев и расчет их пересечений с запретными зонами. Значения элементов массивов заданы в таблице 1. Предельные значения обобщённых координат механизма соответственно в таблице 2.

При синтезе движения по вектору скоростей [14] механизма руки необходимо учитывать предельные значения обобщённых координат, геометрический смысл которых показан на рис. 3. В соответствии с методикой, представленной в работах [11, 12], обозначение геометрической модели руки антропоморфного робота будет следующей: М4-1-2-12-3-12-2-12-1-12-2-2-12. В этом случае при задании геометрической модели используются тринадцать систем координат.

Таблица 1. Значения элементов массивов q i , smi, nkod

Массивы

Номер преобразования систем координат

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

qi, (град.мм)

q 1 = 0

q 2 = 180°

q 3 =

0

q 4 = 0°

0

q 5 = 90°

0

q 6 = 0°

0

q 7 = 0°

q 8 = 0°

0

smi (мм)

0

0

0

l 1 = 103

0

l 2 = - 130

0

l 3 = 104

0

l 4= 104

0

0

l 5 = 98

nkod

4

1

2

12

3

12

1

12

3

12

1

2

12

Таблица 2. Предельные значения обобщённых координат

i

1 (мм)

2 (град.)

3 (град.)

4 (град.)

5 (град.)

6 (град.)

7 (град.)

8 (град.)

qimin

-200

90

-105

135

0

-45

-15

-25

qimax

200

195

0

225

130

45

19

25

f3

Рис. 3 Геометрический смысл предельных значений обобщенных координат

Полученная модель кинематической цепи, позволяет проводить анализ перемещений звеньев исполнительного механизма робота при виртуальном моделировании движений с использованием синтеза движений по вектору скоростей.

Анализ формы и размеров области задающей мгновенные состояния механизма при синтезе движений по вектору скоростей

При моделировании движения механизма руки по вектору скоростей необходимо на каждом шаге расчётов определять вектор обобщённых скоростей Q (данный вектор с некоторым допущением определяет вектор приращений обобщенных координат). Значение вектора Q в этом случае находится точкой NQ принадлежащей p -плоскости ГQ , которая задана линейной системой уравнений определяющей взаимосвязь скоростей ВЗ и обобщённых скоростей [13,14]. Верхний индекс Q определяет принадлежность геометрических объектов многомерному пространству обобщенных скоростей Q . Размерность указанной p -плоскости ГQ , в пространстве Q определяет степень двигательной избыточности при синтезе движений. Положение точки NQ in ГQ задаётся координатами k1 , k2 и т. д. в p -плоскости ГQ с использование векторного уравнения:

, (1)

где Q M — вектор, задающий точку MQ in ГQ соответствующую критерию минимизации объёма движения [14]. Точка MQ задает центр репера связанного с p -плоскостью ГQ ; ki — координаты точки NQ в p -плоскости ГQ (каждой точке NQ соответствует определенное мгновенное состояние механизма руки); m — длина единичного отрезка репера p -плоскости ГQ , Ql — единичные направляющие векторы осей репера, l — размерность p -плоскости ГQ . Так как синтез движений для рассматриваемого случая происходит с заданной ориентацией выходного звена размерность r вектора V (VX , VY , VZ , ω x , ω z ) будет равна пяти, тогда l = n - r = 8 - 5 = 3. Определим максимальные значения параметров k i max соотношения (1) при которых выполняется условие d ≤ 5 мм на примере механизма руки антропоморфного робота (см. рис. 1). Параметр d задает заданную точность позиционирования центра выходного звена (точки О 13).

Для этого отобразим в p -плоскости ГQ пространства обобщенных скоростей Q совокупность точек NQ , которые удовлетворяют заданным погрешностям реализации. С этой целью используем метод, основанный на реализации мгновенных состояний [12]. Множество положений точек NQ определяет некоторую область ΩQ subset ГQ (знак subset обозначает принадлежность геометрического объекта). Граница данной области определит максимальные значения параметров k1max , k2max и k3max .

Положение механизма руки задают обобщённые координаты q i (8 ≥ i ≥ 1). Максимальные значения параметра kimax определим при направлении вектора линейной скорости центра ВЗ заданного компонентами Vx = 10 мм/с, Vy =0 и Vz = 0. Значения компонент соответствуют движению по направлению оси O0x0 , при этом так же при синтезе движений выполняется условие ω x = 0 и ω z = 0. Проведённые вычислительные эксперименты показывают, что направление вектора V (компоненты Vx , Vy , Vz ) существенного влияния на размеры и форму области допустимых значений вектора Q не оказывает. Учитывая то, что размерность вектора V равна пяти (при перемещении выходного звена с заданной ориентацией одной из осей координат), а число обобщенных координат ровно восьми, двигательная избыточность для рассматриваемого случая будет равна трем.

При возникновении пересечения следующей расчетной конфигураций с запретными зонами, в процессе синтеза движений, необходим поиск других положений руки. Для этого следует в зависимости (1) значения координат ki выбирать из области, которая задана параллелепипедом. Размеры сторон параллелепипеда задают значения k1max , k1min , k2max , k2min , k3max и k3min . Для сокращения времени расчета положений промежуточных конфигураций, необходимо заведомо проводить анализ только тех точек NQ , которые принадлежат указанному параллелепипеду. В расчете тестового задания принято допущение. Так в качестве значений k i max выбираются параметры из списка | k1max| , |k1min| , | k2max| , | k2min| , | k3max| и | k3min| . При этом стороны параллелепипеда соответственно равны 2* k1max , 2* k2max и 2* k3max .

На рисунке 4аб представлены проекции ΩQ1 , ΩQ2 и ΩQ3 изображений области ΩQ и изометрической проекции для двух различных конфигураций руки антропоморфного робота на плоскостях проекций k3k1 , k2k1 и k3k2 . Как видно из рисунков, форма и размеры области для различных конфигураций значительно изменяются.

5

а

6

б

Рис. 4 — Изображение проекции ΩQ1 , ΩQ2 и ΩQ3 задающей допустимые значения

вектора Q при: а) qi (0 см, 181°, 0°, 181°, 91°, 0°, 0°, 0°), б) qi (0 см, 91°, 0°, 181°, 0°, 0°, 0°, 0°)

Результаты вычислительных экспериментов связанных с виртуальным моделированием движения руки антропоморфного робота при отсутствии и наличии запретной зоны

На рисунке 5а представлены результаты сгенерированной системой управления робота траектории движения механизма руки при отсутствии запретной зоны, позволяющей осуществить перемещение ВЗ из начального положения заданного точкой АНН 1, АН 2, АН 3) в целевое заданное точкой АНР 21, АР 22 АР 23). На рисунке 5б изображена запретная зона, в качестве которой выступает прямоугольный параллелепипед. Контуры указанного параллелепипеда на трех плоскостях проекций изображены в виде четырех угольников Р 1, Р 2и Р 3. Синтез движений с учетом положения запретной зоны Р представлен на рисунке 5б.

7

а

8

б

Рис. 5 Синтез движений руки антропоморфного робота по вектору скоростей:

а) при отсутствии запретной зоны по критерию минимизации объёма движения; б) при наличии запретной зоны Р

Результаты расчётов тестового задания представленного на рисунке 4 с использованием зависимостей (1,4-5), показали сокращение времени расчёта на ≈30%. Так время расчета при использовании исходного алгоритма представленного в работе [14] составило 76 секунд. После модификации алгоритма указанное время соответственно составило 54 секунды. При проведении исследований использовался компьютер на базе процессора Intel Core i5-4460, оперативная память DDR3 10 Гб, видеоадаптер дискретный Sapphire Radeon R9 380 с объемом памяти 2Гб.

Выводы и заключение

Для сокращения времени расчета промежуточных конфигураций предложено модифицировать известный алгоритм синтеза движений по вектору скоростей. Использование зависимостей (4-5) при итерационном поиске значений вектора обобщенных скоростей позволяет уменьшить количество исследуемых точек в р -плоскости Г Q и в конечном итоге всего времени моделирования движения. Указанные точки определяют различные мгновенные состояния механизма руки антропоморфного робота.

Разработанная модель кинематической цепи и аналитические зависимости (4-5) могут быть использованы при виртуальном моделировании движений с целью определения достижимости целевых точек при наличии запретных зон рукой антропоморфного робота.

Библиография
1.
Кутлубаев И. М. Математическая модель задающего устройства антропоморфного манипулятора / Жиденко И. Г., Калашевский А. В., Кутлубаев И. М. // «Психофизические и социально-психологические аспекты взаимодействия в системе "человек-машина"», мат. всероссийской научно-практической конф. молодых ученых. – 2014. – с. 99-103.
2.
Кутлубаев И. М. Космический эксперимент с антропоморфным роботом / Богданов А.А., Кутлубаев И. М., Пермяков А. Ф. // Решетневские чтения. – 2017. – Т. 1. – с. 552-554.
3.
Богданов А. А. Антропоморфные роботы – составляющая научной аппаратуры орбитальных станций / А. А. Богданов, И. М. Кутлубаев, А. Ф. Пермяков, В. Б. Сычков // Робототехника и искусственный интеллект. Материалы VIII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. – Красноярск. – 2016 – с. 71-80
4.
Богданов А. А. Перспективы создания антропоморфных робототехнических систем для работы в космосе / А. А. Богданов, И. М. Кутлубаев, В. Б. Сычков // Пилотируемые полёты в космос. – 2012 – №1(3) – с. 78-84
5.
Kutlubaev I.M. Control system of the anthropomorphous robot for work on the low-altitude earth orbit / Kutlubaev I.M., Bogdanov A.A., Novoseltsev N.V., Krasnobaev M.V., Saprykin O.A. // International Journal of Pharmacy and Technology – 2016 – vol. 8 №3 – p. 18913-18199
6.
Николаева А. В. Интеллектуальное робастное управление автономным роботом манипулятором / Николаева А. В., Бархатова И. А., Ульянов С. В. // Программные системы и вычислительные методы. – 2014. – № 1. – С. 34-62.
7.
Притыкин Ф. Н. Геометрический анализ текущих ситуаций характеризующих положение манипулятора и окружающей среды на основе использования области разрешенных конфигураций / Притыкин Ф. Н., Хомченко В. Г., Глухов В. И., Нефедов Д. И. // Программные системы и вычислительные методы. – 2017. – № 2. – С. 55-66.
8.
Жеребятьев, К.В. Решение прямой кинематической задачи для шестизвенного манипулятора универсального промышленного робота ПР125 / К. В. Жеребятьев, С. П. Ивановский, Д. К. Жеребятьев // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2005. – №2. – С. 28-34
9.
Denavit J. Cinematic notation for Lower-Pair Mechanisms Based on Matrices / J Denavit, R.S. Hartenberg // J. Appl. Mech. – 1955. Volume 77. – P. 215 – 221.
10.
Притыкин Ф. Н. Кодирование геометрической информации при задании модели кинематической цепи исполнительного механизма андроидного робота. – Вестник КГТУ. Кемерово – 2014. – №2 – с. 50-54
11.
Притыкин, Ф. Н. Методы и технологии виртуального моделирования движений адаптивных промышленных роботов с использованием средств компьютерной графики / Ф. Н. Притыкин // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2011. – № 6. – с. 34-41.
12.
Притыкин Ф.Н. Виртуальное моделирование движений роботов, имеющих различную структуру кинематических цепей : монография / Ф. Н. Притыкин ; Минобрнауки России, ОмГТУ . – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2014. – 172 с. : ил.
13.
Корендясев, А. И. Манипуляционные системы роботов / А. И. Корендясев, Б. Л. Саламандра, Л. И. Тывес. – М. : Машиностроение, 1989. – 472 с.
14.
Кобринский, А. А. Манипуляционные системы роботов / А. А. Кобринский, А. Е. Кобринский. – М. : Наука. 1985. – 343 c.
15.
Whitney, D. E. The Mathematics of Coordinated Control of Prosthetic Arms and Manipulators / D. E. Whitney // J. Dyn. Sys., Meas., Control. – 1972. – № 94 (4). – P. 303–30
References (transliterated)
1.
Kutlubaev I. M. Matematicheskaya model' zadayushchego ustroistva antropomorfnogo manipulyatora / Zhidenko I. G., Kalashevskii A. V., Kutlubaev I. M. // «Psikhofizicheskie i sotsial'no-psikhologicheskie aspekty vzaimodeistviya v sisteme "chelovek-mashina"», mat. vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konf. molodykh uchenykh. – 2014. – s. 99-103.
2.
Kutlubaev I. M. Kosmicheskii eksperiment s antropomorfnym robotom / Bogdanov A.A., Kutlubaev I. M., Permyakov A. F. // Reshetnevskie chteniya. – 2017. – T. 1. – s. 552-554.
3.
Bogdanov A. A. Antropomorfnye roboty – sostavlyayushchaya nauchnoi apparatury orbital'nykh stantsii / A. A. Bogdanov, I. M. Kutlubaev, A. F. Permyakov, V. B. Sychkov // Robototekhnika i iskusstvennyi intellekt. Materialy VIII Vserossiiskoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem. – Krasnoyarsk. – 2016 – s. 71-80
4.
Bogdanov A. A. Perspektivy sozdaniya antropomorfnykh robototekhnicheskikh sistem dlya raboty v kosmose / A. A. Bogdanov, I. M. Kutlubaev, V. B. Sychkov // Pilotiruemye polety v kosmos. – 2012 – №1(3) – s. 78-84
5.
Kutlubaev I.M. Control system of the anthropomorphous robot for work on the low-altitude earth orbit / Kutlubaev I.M., Bogdanov A.A., Novoseltsev N.V., Krasnobaev M.V., Saprykin O.A. // International Journal of Pharmacy and Technology – 2016 – vol. 8 №3 – p. 18913-18199
6.
Nikolaeva A. V. Intellektual'noe robastnoe upravlenie avtonomnym robotom manipulyatorom / Nikolaeva A. V., Barkhatova I. A., Ul'yanov S. V. // Programmnye sistemy i vychislitel'nye metody. – 2014. – № 1. – S. 34-62.
7.
Pritykin F. N. Geometricheskii analiz tekushchikh situatsii kharakterizuyushchikh polozhenie manipulyatora i okruzhayushchei sredy na osnove ispol'zovaniya oblasti razreshennykh konfiguratsii / Pritykin F. N., Khomchenko V. G., Glukhov V. I., Nefedov D. I. // Programmnye sistemy i vychislitel'nye metody. – 2017. – № 2. – S. 55-66.
8.
Zherebyat'ev, K.V. Reshenie pryamoi kinematicheskoi zadachi dlya shestizvennogo manipulyatora universal'nogo promyshlennogo robota PR125 / K. V. Zherebyat'ev, S. P. Ivanovskii, D. K. Zherebyat'ev // Mekhatronika, avtomatizatsiya, upravlenie. – 2005. – №2. – S. 28-34
9.
Denavit J. Cinematic notation for Lower-Pair Mechanisms Based on Matrices / J Denavit, R.S. Hartenberg // J. Appl. Mech. – 1955. Volume 77. – P. 215 – 221.
10.
Pritykin F. N. Kodirovanie geometricheskoi informatsii pri zadanii modeli kinematicheskoi tsepi ispolnitel'nogo mekhanizma androidnogo robota. – Vestnik KGTU. Kemerovo – 2014. – №2 – s. 50-54
11.
Pritykin, F. N. Metody i tekhnologii virtual'nogo modelirovaniya dvizhenii adaptivnykh promyshlennykh robotov s ispol'zovaniem sredstv komp'yuternoi grafiki / F. N. Pritykin // Mekhatronika, avtomatizatsiya, upravlenie. – 2011. – № 6. – s. 34-41.
12.
Pritykin F.N. Virtual'noe modelirovanie dvizhenii robotov, imeyushchikh razlichnuyu strukturu kinematicheskikh tsepei : monografiya / F. N. Pritykin ; Minobrnauki Rossii, OmGTU . – Omsk : Izd-vo OmGTU, 2014. – 172 s. : il.
13.
Korendyasev, A. I. Manipulyatsionnye sistemy robotov / A. I. Korendyasev, B. L. Salamandra, L. I. Tyves. – M. : Mashinostroenie, 1989. – 472 s.
14.
Kobrinskii, A. A. Manipulyatsionnye sistemy robotov / A. A. Kobrinskii, A. E. Kobrinskii. – M. : Nauka. 1985. – 343 c.
15.
Whitney, D. E. The Mathematics of Coordinated Control of Prosthetic Arms and Manipulators / D. E. Whitney // J. Dyn. Sys., Meas., Control. – 1972. – № 94 (4). – P. 303–30

Результаты процедуры рецензирования статьи

В связи с политикой двойного слепого рецензирования личность рецензента не раскрывается.
Со списком рецензентов издательства можно ознакомиться здесь.

Предмет исследования – алгоритм определения формы и размеров области, задающей допустимые мгновенные состояния механизма руки антропоморфного робота в шестимерном пространстве. Методология исследования основана на сочетании теоретического и модельного подходов с применением методов анализа, моделирования, алгоритмизации, эксперимента, обобщения, сравнения, синтеза. Актуальность исследования обусловлена широким использованием антропоморфных робототехнических систем для выполнения тяжёлых, монотонных, опасных и вредных работ (в космонавтике, медицине и др.) и, соответственно, необходимостью исследования и определения формы и размеров области, задающей допустимые мгновенные состояния механизма руки антропоморфного робота (в том числе в шестимерном пространстве). Научная новизна связана с разработкой автором модели кинематической цепи обоснованием аналитических зависимостей, которые могут быть использованы для виртуального моделирования движений с целью итерационного определения достижимости целевых точек рукой антропоморфного робота при наличии запретных зон, что позволяет уменьшить количество исследуемых точек. Сокращение времени расчёта промежуточных конфигураций достигается за счёт алгоритма синтеза движений по вектору скоростей. Стиль изложения научный. Статья написана русским литературным языком. Структура рукописи включает следующие разделы: Введение (создание антропоморфных робототехнических систем, кинематика механизмов, свойственная движениям рук человека, многозвенные манипуляторы с избыточностью в степенях свободы, человек-оператор, адаптивные системы управления, программа движения руки с учётом окружающей обстановки, задача определения достижимости целевых точек механизмом подвижной руки на основе виртуального моделирования, задание геометрических моделей кинематической цепи, разработка автоматизированных методов синтеза их движений, задача сокращения времени расчета промежуточных конфигураций), Задание геометрической модели механизма руки антропоморфного робота (исполнительный механизм руки антропоморфного робота, общий вид, кинематическая схема, положение узловых точек в неподвижном пространстве, совокупность матриц, число обобщённых координат механизма манипулятора, определение положения звеньев и расчет их пересечений с запретными зонами, значения элементов массивов, предельные значения обобщённых координат механизма, синтез движения по вектору скоростей механизма руки, тринадцать систем координат, геометрический смысл предельных значений обобщенных координат, модель кинематической цепи), Анализ формы и размеров области задающей мгновенные состояния механизма при синтезе движений по вектору скоростей (вектор обобщённых скоростей, метод, основанный на реализации мгновенных состояний, положение механизма руки, обобщённые координаты, вычислительные эксперименты, возникновение пересечения расчётной конфигурации с запретными зонами, поиск других положений руки), Результаты вычислительных экспериментов связанных с виртуальным моделированием движения руки антропоморфного робота при отсутствии и наличии запретной зоны (результаты сгенерированной системой управления робота траектории движения механизма руки при отсутствии запретной зоны, позволяющей осуществить перемещение из начального положения в целевое, синтез движений руки антропоморфного робота по вектору скоростей при отсутствии запретной зоны по критерию минимизации объёма движения, при наличии запретной зоны, результаты расчётов тестового задания, сокращение времени расчёта на ≈30 %), Выводы и заключение, Библиография. Название раздела «Выводы и заключение» представляется дублирующим. Текст включает пять рисунков, две таблицы. Рисунки и таблицы оформлены в соответствии с установленными требованиями. Содержание в целом соответствует названию. В то же время формулировка заголовка представляется громоздкой и не в полной мере однозначной. Возможно, название следует скорректировать с учётом более конкретизированного предмета исследования, который связан с синтезом движений по вектору скоростей и моделированием при отсутствии и наличии запретной зоны. Желательно также обосновать выбор содержания тестового задания (раздел «Результаты вычислительных экспериментов связанных с виртуальным моделированием движения руки антропоморфного робота при отсутствии и наличии запретной зоны») и указать не только технические характеристики компьютера, но и с помощью каких программных средств были выполнены расчёты. При этом следует уточнить, что вычисления по разработанному ранее [14] и по новому алгоритмам выполнены в одинаковых условиях. При возможности число вычислительных экспериментов следует увеличить. Библиография включает 15 источников отечественных и зарубежных авторов – монографии, научные статьи, материалы научных мероприятий. Библиографические описания некоторых источников нуждаются в корректировке в соответствии с ГОСТ и требованиями редакции, например: 1. Кутлубаев, И. М. Математическая модель задающего устройства антропоморфного манипулятора / И. Г. Жиденко, А. В. Калашевский, И. М. Кутлубаев // Психофизические и социально-психологические аспекты взаимодействия в системе «человек-машина» : материалы всероссийской научно-практической конференции молодых учёных. – Место издания ???, 2014. – С. 99–103. 3. Богданов, А. А. Антропоморфные роботы – составляющая научной аппаратуры орбитальных станций / А. А. Богданов, И. М. Кутлубаев, А. Ф. Пермяков, В. Б. Сычков // Робототехника и искусственный интеллект : материалы VIII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. – Красноярск, 2016. – С. 71–80. 4. Богданов, А. А. Перспективы создания антропоморфных робототехнических систем для работы в космосе / А. А. Богданов, И. М. Кутлубаев, В. Б. Сычков // Пилотируемые полёты в космос. – 2012. – № 1 (3). – С. 78–84. 5. Kutlubaev, I.M. Control system of the anthropomorphous robot for work on the low-altitude earth orbit / I. M. Kutlubaev, A. A. Bogdanov, N. V. Novoseltsev, M. V. Krasnobaev, O. A. Saprykin // International journal of pharmacy and technology. – 2016. – Vol. 8. – № 3. – P. 18913–18199. 9. Denavit J. Cinematic notation for Lower-Pair Mechanisms Based on Matrices / J. Denavit, R. S. Hartenberg // J. Appl. Mech. – 1955. – Vol. 77. – P. 215–221. 10. Притыкин, Ф. Н. Кодирование геометрической информации при задании модели кинематической цепи исполнительного механизма андроидного робота / Ф. Н. Притыкин // Вестник КемГТУ. – 2014. – № 2. – С. 50–54. 12. Притыкин, Ф. Н. Виртуальное моделирование движений роботов, имеющих различную структуру кинематических цепей / Ф. Н. Притыкин ; Минобрнауки России, ОмГТУ . – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2014. – 172 с. 14. Кобринский, А. А. Манипуляционные системы роботов / А. А. Кобринский, А. Е. Кобринский. – М. : Наука, 1985. – 343 c. 15. Whitney, D. E. The Mathematics of Coordinated Control of Prosthetic Arms and Manipulators / D. E. Whitney // J. Dyn. Sys., Meas., Control. – 1972. – Vol. 94. – № 4. – P. 303–30???. Возможно излишнее самоцитирование (Кутлубаев И. М.с соавторами). Апелляция к оппонентам (Кутлубаев И. М., Калашевский А. В., Кутлубаев И. М., Богданов А. А., Пермяков А. Ф., Сычков В. Б., Николаева А. В., Бархатова И. А., Ульянов С. В., Притыкин Ф. Н., Хомченко В. Г., Глухов В. И., Нефедов Д. И., Жеребятьев К. В., Ивановский С. П., Жеребятьев Д. К., Корендясев А. И., Саламандра Б. Л., Тывес Л. И., Кобринский А. А., Кобринский А. Е., Novoseltsev N. V., Krasnobaev M. V., Saprykin O. A., Denavit J., Hartenberg R. S., Whitney D. E. и др.) имеет место. Обсуждение результатов, их сопоставление с данными, полученными другими авторами (в том числе зарубежными) необходимо усилить. В целом рукопись соответствует основным требованиям, предъявляемым к научным статьям. Материал представляет интерес для читательской аудитории и после доработки может быть опубликован в журнале «Программные системы и вычислительные методы» (рубрика «Математическое моделирование и вычислительный эксперимент»).