Лаборатория Ц-8 «Специальная робототехника и мехатроника»

Работы по созданию лаборатории были начаты в 1976 году. Главная цель — создание экспериментальной базы для обеспечения учебного процесса и НИОКР в области разработки манипуляционных роботов. Профилирующая кафедра — СМ-7 «Робототехнические системы и мехатроника» (ранее — М7).

Инициаторы создания лаборатории — заведующий кафедрой СМ-7 Н. А. Лакота и доктор технических наук, профессор В. С. Медведев. С момента основания и до 2003 года лабораторию возглавлял доктор технических наук А. Г. Лесков. В настоящее время лабораторию возглавляет В. В. Илларионов; А. Г. Лесков является научным руководителем лаборатории.

Лаборатория представлена учебным подразделением (лаборатория Ц-8) и научным подразделениями в составе НИЧ филиала. Основные научные направления, развиваемые в лаборатории, — динамика и управление космическими робототехническими системами, автоматизация проектирования следящих приводов, двурукие робототехнические системы, робототехнические системы двустороннего действия, теория захвата объектов манипулирования.

Лаборатория оснащена действующими образцами робототехнических систем и оснастки: копирующий манипулятор МЭМ10-СДГ, промышленные манипуляторы РМ-01, Kawasaki FS020N, Kawasaki FS003N. Промышленные манипуляторы лаборатории оснащены системами технического зрения различных типов, силомоментными датчиками, захватными устройствами различных типов. На базе перечисленного аппаратного обеспечения создан аппаратно-программный комплекс, позволяющий отрабатывать различные задачи управления робототехническими системами в режиме компьютерного и полунатурного моделирования.

В разное время в лаборатории были созданы комплексы для аналого-цифрового, компьютерного и полунатурного моделирования в реальном масштабе времени динамики и процессов управления манипуляционными роботами. На базе этих комплексов были выполнены НИОКР по определению принципов построения и методов проектирования космических робототехнических сборочных комплексов, алгоритмам управления приводами манипулятора орбитальной космической станции, отработке структуры и алгоритмов функционирования тренажеров операторов космических манипуляторов, разработке систем и устройств управления манипуляторами с активным отображением сил и моментов, созданию программных комплексов автоматизированного проектирования приводов, автоматического захвата манипуляторами объектов различного типа. Перечисленные НИОКР выполнялись по заказу ведущих предприятий космической и оборонной отраслей (ЦНИИАГ, ВНИИ «Сигнал», НИИРФ, НПО «Астрофизика», РКК «Энергия», ЦНИИМАШ, РГНИИ ЦПК им. Ю. А. Гагарина, ФГКУ «В/ч 68240» и др.).

Разработанные в лаборатории принципиально новые методы описания манипуляционных роботов на основе математического аппарата блочных матриц позволяют формировать компактные математические модели динамики сложных многозвенных исполнительных механизмов манипуляторов с детальным учетом их параметров, а также строить быстродействующие вычислительные алгоритмы. Такие алгоритмы использованы в созданных сотрудниками лаборатории по заказу РГНИИ ЦПК им. Ю. А. Гагарина функционально-моделирующих стендов (ФМС) для подготовки операторов манипуляционных систем многоразового космического корабля «Буран» и Международной космической станции.

Функционально-моделирующие стенды представляют собой полунатурные функциональные и динамические модели космических манипуляционных роботов, работающих в наземных условиях. Подобные ФМС оснащены программным обеспечением регистрации процессов управления и оценки управляющей деятельности космонавтов. Специально для общекосмической подготовки разработаны компьютеризированные курсы по основам космической робототехники. Кроме того, ФМС включает средства дистанционного доступа и управления с помощью сети Интернет. Работы в области дистанционного доступа были выполнены при тесном взаимодействии сотрудников лаборатории с преподавателями кафедры Э-8 «Плазменные энергетические установки» — доктором технических наук, профессором А. М. Зиминым и кандидатом технических наук А. В. Шумовым.

• 
  Функционально-моделирующий стенд космических манипуляционных роботов в 1993 году в Центре подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина (слева), в настоящее время — в Дмитровском филиале (справа)

При управлении современными манипуляционными роботами также широко используется так называемые средства очувствления — системы технического зрения (СТЗ) и силомоментные датчики, входящие в состав ФМС. Эти устройства представлены в составе ФМС.

В настоящее время на базе ФМС проводят исследования и разработки в области динамики и управления космическими манипуляционными роботами, интеллектуальных систем супервизорного управления полуавтономными манипуляционными роботами, автоматического захвата и роботизированной сборки.

• 
  Рабочий орган манипулятора ФМС с установленными на нем захватным устройством, камерой СТЗ, силомоментным датчиком

В конце 1990-х годов в лаборатории были проведены исследования и разработки по созданию дистанционно-управляемого манипулятора с высокомоментными приводами для обслуживания шлюзовой камеры станции «Мир-2». Значительное внимание было уделено исследованиям в области многомерной динамики исполнительных систем управления манипуляторов. Результаты этих исследований применены в ряде программных комплексов для автоматизации проектирования следящих приводов: ПСП — автоматизированное проектирование следящих приводов на основе асимптотических частотных характеристик; ПАМ — автоматизированное моделирование динамики и процессов управления в приводах систем вооружения. Эти комплексы были приняты в Госфонд СССР «Алгоритмы и программы».

Начиная с 1994 года в лаборатории получили развитие конверсионные направления, связанные с созданием программных комплексов для решения различных прикладных задач (управление жилищно-коммунальным хозяйством, проектирование объектов электроснабжения и другие).

Наибольший объем НИОКР и учебного процесса в лаборатории приходится на 1985–1990 годы. Численность сотрудников лаборатории в то время составляла более 20 человек.

• 
  Сотрудники лаборатории (1995)

В настоящее время основной вид учебных занятий, проводимых в лаборатории — комплексные лабораторные работы, когда в один заезд студенты кафедры СМ-7 выполняют лабораторные работы в нескольких учебно-научных лабораториях филиала. В свою очередь, на базе лаборатории организованы занятия со студентами следующих кафедр Университета: РК-10 «Робототехнические системы», ИУ-1 «Системы автоматического управления», СМ-13 «Ракетно-космические композитные конструкции». В состав лаборатории входит компьютерный класс.

В лаборатории защитились семь кандидатов и один доктор технических наук. Результаты исследований нашли отражение в четырех монографиях по динамике и управлению манипуляционными роботами, изданными в разное время. Среди них можно отметить следующие работы: «Системы управления манипуляционных роботов» В. С. Медведев, А. Г. Лесков, А. С. Ющенко, (М., 1978), «Автоматизированное проектирование следящих приводов и их элементов» В. Ф. Казмиренко, Ю. В. Илюхин, А. Г. Лесков, А. С. Парфенов (М., 1984), «Системы следящих приводов» В. Ф. Казмиренко, А. Г. Лесков, В. А. Введенский (М., 1993).

• 
  Лабораторная работа по управлению космическим манипуляционным роботом

Достижения лаборатории в значительной степени связаны с именами кандидатов технических наук С. М. Лесковой (разработка программного обеспечения моделирующих систем и пакетов прикладных программ проектирования следящих приводов), В. Е. Метлина (аналого-цифровое моделирование КМР, разработка эскизного проекта и макета телеробота станции «Мир-2»), А. В. Кузнецова (автоматизированное проектирование двухканальных приводов), С. А. Бедарева (система интерактивного проектирования следящих приводов), научных сотрудников В. И. Игнатова (системы двустороннего действия), Ю. Х. Аминева (системы автоматизации моделирования и проектирования нелинейных систем автоматического управления), а также инженеров А. К. Сидорова, ведущего программиста В. В. Илларионова (программное управления промышленным роботом в составе ФМС, средств человеко-машинного интерфейса и моделирования миссий), ведущего электроника П. С. Пастинцева (техническое сопровождение ФМС и компьютерного класса), ведущего инженера О. С. Соколовой (обеспечение проведения лабораторных работ в компьютерном классе), ведущего инженера В. И. Гарбузова (разработка и создание аппаратных средств ФМС). В последние годы значительный вклад в развитие лаборатории внес коллектив молодых инженеров — недавних выпускников МГТУ им. Н. Э. Баумана в составе: И. А. Калеватых, Е. А. Троегубова, С. Д. Морошкина, к. т. н. К. В. Бажиновой и к. т. н. Е. В. Селиверстовой. Ими выполнены ОКР по заказу РКК «Энергия» по созданию стенда для исследования управления манипулятором ERA на контактной фазе причаливания, а также НИР и ОКР в направлении автоматического захвата объектов манипуляторами и систем манипулирования двустороннего действия по заказу ФГКУ «В/ч 68240».

Раздел в разработке