Разработана функциональная модель имитатора первичной цифровой обработки в бинокулярной СТЗ и произведено обоснование адекватности функциональной модели вторичной цифровой обработки.

Достоверность и обоснованность результатов диссертации. Результаты, полученные автором в рамках диссертации, проверены моделированием работы бинокулярной СТЗ при формировании данных об угловом положении объекта схватывания. Точность восстановления объемного изображения объекта по его двум плоским изображениям в канале СТЗ и точность схватывания удовлетворяют существующим требованиям по точности, что подтверждает работоспособность предложенного матричного АО для информационно–вычислительного канала бинокулярной СТЗ телеманипулятора.

Основные положения, выносимые на защиту:

концепция иерархической организации вычислительного процесса бинокулярной СТЗ, сформирована на основе систематизации общеизвестных принципов позволяет реализовать модульность АО комплекса вторичной обработки, а также его АО в бинокулярной СТЗ;

метод многокритериальной оптимизации вычислительных структур и процессов распараллеленной цифровой обработки, позволяющая максимально эффективную её организацию в информационно–управляющей системе телеманипулирования с бинокулярной СТЗ и предлагающая использование компонент цифровой обработки, построенных на электронно-компонентной базе с минимальным быстродействием;

модульное матричное АО в угломерном канале бинокулярной СТЗ для промышленного телеманипулятора, позволяющее полностью автоматизировать процесс угловой ориентации схвата робота в процессе ручного телеманипулирования;

комплекс структурных моделей компонент угломерной системы и результаты предварительного проектирования бинокулярной СТЗ, реализованные на базе современной среды методно-ориентированного программирования.

Апробация и практическая ценность. Содержание разделов всей диссертации было доложено и получено одобрение:

на семинарах кафедры АСУ в Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете);

на 64-й - 66-й научно-методических конференциях МАДИ(ГТУ) и V Межвузовской конференции РосНОУ;

Результаты диссертации открывают новые возможности для использования автоматизации производственных процессов, а также в зонах повышенного риска, опасных средах и чрезвычайных ситуациях.

Полная автоматизация процесса угловой ориентации схвата, полученная на основе применения бинокулярной СТЗ, позволяет значительно упростить процессы “ручного” телеманипулирования.

Предложенный в диссертации подход может оказаться полезным при формировании оценок потенциальных возможностей производственных систем, вновь создаваемых, закупаемых за рубежом, или организуемых на базе промышленных предприятий. Разработанные методы прошли апробацию и внедрены для практического применения на предприятиях ООО «ТФТ Спецтехноком», ООО «Тринар Интер»

Область исследования: (в соответствии с паспортом специальности 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность и строительство)):

теоретические основы, методы и алгоритмы интеллектуализации решения прикладных задач при построении АСУ широкого назначения (п.13 паспорта);

использование методов автоматизированного проектирования для повышения эффективности разработки и модернизации АСУ (п.15 паспорта);

методы планирования и оптимизации отладки, сопровождения, модификации и эксплуатации функциональных и обеспечивающих подсистем АСУТП, АСУП, АСТПП и др. включающие задачи управления качеством, финансами, персоналом (п.9 паспорта).

Личный вклад автора. Автором работы предложены:

геометрия распознавания объемного изображения объекта схватывания по двум его плоским изображениям, представление этих картин совокупностями простейших кинематических связей, позволяющие сформировать матричное АО функционирования бинокулярной СТЗ в угломерном канале системы ручного промышленного телеманипулятора;

на основе разработанной имитационной модели произведено обоснование работоспособности АО бинокулярной СТЗ;

предложена и апробирована методика формирования требований к разрешающей способности светочувствительных видеодатчиков в зависимости от общих требований по точности позиционирования схвата телеманипулятора;

теоретически обоснован мультипликативный (комплексный) критерий оптимизации структур и процессов распараллеленной цифровой МП–обработки.

Методы исследования. Положения диссертации базируются на теоретических положениях матричного исчисления, сферической тригонометрии, теории оптимизации, теории моделирования, теории ошибок, теории многоуровневых иерархических систем.

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 14 статей.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложения. Работа изложена на 227 страницах машинописного текста, включающего 3 приложения, в том числе 35 рисунков и таблиц, библиографический список из 78 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна, практическая значимость, основные положения, выносимые на защиту, приводится краткое содержание каждой из глав.

В первой главе произведен обзор состояния проблемы исследований современных СТЗ для промышленных робототехнических комплексов. Выявлены недостатки при применении существующих роботов с СТЗ для автоматизации производственно технологических процессов.

СТЗ - эффективное средство очувствления роботов и в частности СТЗ, построенных на основе модульной организации ее информационного обеспечения. Разработки в этом направлении часто встречают принципиальные сложности из-за недопустимо низкой организации вторичной цифровой обработки в СТЗ. Создание эффективного алгоритмического обеспечения на базе модульной организации является принципиальным для кардинального повышения общей эффективности работы роботов и, в частности, для решения задачи автоматизации телеманипулирования.

Построение современной СТЗ должно производиться на основе современных принципов её организации. Поэтому в обзоре произведена систематизация (в виде концепции) хорошо известных и широко применяемых принципов организации вычислительного процесса СТЗ для современных производственных робототехнических комплексов и телеманипуляторов. Структурная иерархия реализована на основе предварительной систематизации общих аспектов формирования концепций системной организации: системного подхода, принципов формирования концепций, классификации иерархии принципов, оптимизации концептуальной декомпозиции. Разработанная в обзоре 3-х уровневая иерархия принципов организации цифровой обработки (рис. 1).

Максимум информации (до 80%), поступающей из внешней среды обеспечивают СТЗ, но при этом необходимость восприятия 3-мерных изображений объектов схватывания требует построения технических систем на бинокулярной

основе.

Теория, робототехнических комплексов и, в частности анализ особенностей решения обратной задачи кинематики управления роботом позволила обосновать возможность значительного упрощения процесса ручного телеманипулирования за счет полной автоматизации процессов угловой ориентации схватов приводящей к значительному упрощению процесса ручного телеманипулирования (рис.2).

В условиях жестких ограничений на вычислительный ресурс, используемой электронно-компонентной базы и требований по точности самого процесса телеманипулирования цифровая обработка может быть решена на основе оптимальной структуризации, как процессов распараллеленной обработки, так и средств, организующих такую обработку и, в частности, управляющих модульных мультипроцессоров (многоядерных процессоров).

Значительного повышения потенциального параллелизма используемого АО бинокулярных СТЗ можно достичь на основе перевода на матричный уровень используемых функциональных моделей, что может быть реализовано на основе позиционного метода простейших кинематических связей (ПКС), широко применяемого для решения классов задач угловой ориентации и сферической тригонометрии.

В обзоре произведена систематизация существующих структурных моделей оценки реализуемости основных компонент, а также используемых информационные технологии для современных СТЗ, причем их полная взаимная сопрягаемость дает возможность проведения комплексного обоснования эффективности визирования уже на предварительных стадиях и этапах проектирования бинокулярных СТЗ.

Рис.2 Общая структура организации телеманипулятора

При значительных объемах обработки в реальном времени, а также жестких ограничениях на вычислительный ресурс используемой электронно-компонентной базы и требований по качеству функционирования может быть сформирован современный подход к разработке АО для информационно – управляющих систем и, в частности, для канала вторичной цифровой обработки бинокулярной СТЗ автоматизированного телеманипулятора в последовательности:

альтернативная структуризация и метрология распараллеленных управляющих алгоритмов цифровой обработки;

модернизация существующих и разработка новых критериев оптимизации структур цифровой обработки;