Сервисные антропоморфные роботы
Год издания: 2026
Автор: Мин Чжан
Переводчик: Шаркова Е. В.
Издательство: ДМК Пресс
ISBN: 978-5-93700-421-5
Язык: Русский
Формат: PDF
Качество: Издательский макет или текст (eBook)
Интерактивное оглавление: Да
Количество страниц: 184
Описание: Сервисные роботы играют важную роль в улучшении качества жизни людей и все шире применяются в нештатных ситуациях и опасных средах. Уровень их развития отражает научно-технический потенциал страны, поэтому такие роботы привлекают к себе большое внимание. Тем не менее на сегодняшний день их способности к автономному планированию и выполнению операций в сложных условиях остаются ограниченными. В данной книге рассматриваются вопросы кинематики и методов планирования траектории для манипуляторов антропоморфных (человекоподобных) сервисных роботов с целью повышения уровня их интеллектуализации.
Книга будет полезна инженерам и исследователям, занятым разработкой антропоморфных сервисных роботов, а также преподавателям, студентам и аспирантам соответствующих специальностей вузов.
Примеры страниц (скриншоты)
Оглавление
От издательства.........................................................................................................8
Предисловие...............................................................................................................9
Глава 1. Введение....................................................................................................11
1.1. Возникновение и применение человекоподобных сервисных роботов.....11
1.2. Развитие человекоподобных сервисных роботов и ключевые
технологии...................................................................................................................14
1.2.1. Обзор исследований и применений человекоподобных
сервисных роботов.................................................................................................14
1.2.2. Основы и передовые направления кинематики роботов......................19
1.2.3. Методы и подходы к планированию траектории....................................23
1.2.4. Планирование траектории манипулятора сервисного робота..............26
1.3. Ключевые технологии и технические трудности............................................28
Глава 2. Анализ и моделирование кинематики манипулятора...............30
2.1. Обзор анализа и моделирования кинематики манипулятора......................30
2.2. Методы описания положения и ориентации твердого тела..........................31
2.3. Анализ прямой кинематики манипулятора....................................................33
2.4. Иерархический итерационный метод обратного решения на основе
эвристики.....................................................................................................................37
2.4.1. Принцип метода FABRIK..............................................................................37
2.4.2. Оценка обратного решения на основе метода C-FABRIK.......................40
2.4.3. Снижение размерности уравнений обратной кинематики
на основе аналитического подхода.....................................................................44
2.4.4. Процесс реализации эвристического послойного итеративного
метода.......................................................................................................................47
2.4.5. Выбор избыточных решений обратной задачи ......................................49
2.5. Анализ производительности эвристического послойного
итеративного метода..................................................................................................51
2.6. Анализ скорости и ускорения манипулятора..................................................60
2.7. Моделирование и анализ эвристического метода обратной кинематики.....62
2.7.1. Настройка эксперимента.............................................................................62
2.7.2. Результаты моделирования и обсуждение................................................64
2.8. Выводы по главе...................................................................................................72
Глава 3. Методы статического планирования
траекторий манипулятора ..................................................................................73
3.1. Обзор методов статического планирования траекторий манипулятора....73
3.2. Планирование траектории.................................................................................75
3.2.1. Конфигурационное пространство..............................................................75
3.2.2. Представление препятствий и планируемых траекторий.....................76
3.3. Основы метода быстрого роста дерева (FMT*)................................................78
3.4. Метод быстрого роста дерева на основе информированного
семплирования и произвольного времени (IAFMT*)............................................82
3.4.1. Обзор метода IAFMT*...................................................................................82
3.4.2. Планирование осуществимых траекторий на основе гибридного
инкрементального поиска....................................................................................85
3.4.3. Основы технологии информированного семплирования......................87
3.4.4. Планирование высококачественных траекторий на основе
динамического оптимального поиска................................................................88
3.4.5. Формирование и корректировка субоптимальных соединений
в траектории............................................................................................................91
3.5. Анализ производительности метода IAFMT*..................................................94
3.5.1. Вероятностная полнота...............................................................................94
3.5.2. Асимптотическая оптимальность............................................................100
3.5.3. Сложность алгоритма.................................................................................103
3.6. Эксперименты и анализ....................................................................................105
3.6.1. Настройка экспериментов по тестированию производительности.....105
3.6.2. Результаты и обсуждение тестов..............................................................107
3.6.3. Моделирование и анализ манипулятора................................................110
3.7. Выводы по главе.................................................................................................112
Глава 4. Методы динамического планирования траекторий
манипулятора.........................................................................................................113
4.1. Обзор методов динамического планирования траекторий
манипулятора............................................................................................................113
4.2. Модель регрессии на основе гауссовских процессов....................................114
4.3. Метод гауссовского стохастического динамического планирования........117
4.3.1. Базовая структура динамического планирования................................117
4.3.2. Генерация случайных траекторий на основе регрессии
гауссовского процесса..........................................................................................118
4.3.3. Локальное динамическое сглаживание траекторий.............................121
4.4. Анализ производительности метода гауссовского стохастического
планирования............................................................................................................125
4.5. Эксперименты и анализ динамического избегания препятствий.............130
4.6. Выводы по главе.................................................................................................132
Глава 5. Проектирование системы манипулятора
и интеллектуальный захват...............................................................................134
5.1. Обзор проектирования системы манипулятора и интеллектуального
захвата........................................................................................................................134
5.2. Обзор экспериментальной платформы человекоподобного
сервисного робота.....................................................................................................135
5.3. Проектирование системы манипулятора сервисного робота.....................139
5.3.1. Анализ требований к проектированию системы манипулятора........139
5.3.2. Конструкция общей архитектуры манипулятора..................................140
5.3.3. Выбор аппаратных компонентов системы манипулятора...................141
5.3.4. Архитектура системы управления манипулятором..............................153
5.4. Проектирование и построение системы захвата сервисного робота........154
5.4.1. Общая схема системы захвата..................................................................154
5.4.2. Реализация системы захвата....................................................................156
5.5. Эксперименты по захвату и размещению объектов....................................159
5.5.1. Настройка экспериментов со статическим планированием...............160
5.5.2. Результаты и обсуждение экспериментов со статическим
планированием.....................................................................................................161
5.5.3. Настройка экспериментов с динамическим планированием.............166
5.5.4. Результаты и обсуждение экспериментов с динамическим
планированием.....................................................................................................168
5.6. Выводы по главе.................................................................................................172
Список литературы...............................................................................................174
