SYNTHESIS METHOD OF SYSTEMS FOR HIGH-PRECISION MOVEMENTS CONTROL OF UNDERWATER MANIPULATORS
Authors: Филаретов В.Ф. , Коноплин А.Ю. , Зуев А.В. , Красавин Н.А. 
Published: January 2021

Представлена разработка метода синтеза комбинированных систем, обеспечивающих высокоточное управление перемещениями рабочих органов многозвенных манипуляторов, установленных на подводных аппаратах. Предложенный метод позволяет точно идентифицировать негативные моментные воздействия на выходные валы электроприводов манипуляторов, возникающие при их перемещениях в вязкой среде, а также моменты сухого и вязкого трений в этих приводах. При использовании этого метода вначале с помощью рекуррентного алгоритма решения обратной задачи динамики выполняется предварительный аналитический расчет внешних моментов, возникающих во всех степенях подвижности движущегося подводного манипулятора. Этот расчет является весьма приближенным вследствие сложности определения параметров реального взаимодействия с водной средой всех звеньев манипулятора и захваченного груза. Поэтому далее с использованием динамических моделей электроприводов каждой степени подвижности, включающих аналитически рассчитанные внешние моменты, строятся дополнительные диагностические наблюдатели. Эти наблюдатели с помощью формируемых ими невязок точнее определяют величины непредвиденных изменений моментов вязкого и сухого трения в самих электроприводах. Затем идентифицированные моментные воздействия на электроприводы всех степеней подвижности манипулятора точно компенсируются с помощью самонастраивающихся корректирующих устройств, обеспечивающих стабилизацию динамических свойств этих приводов на номинальном уровне. Выполнено численное моделирование системы, синтезированной с помощью разработанного метода для многозвенного манипулятора с кинематической схемой PUMA, рабочий орган которого перемещался по сложным пространственным траекториям. Результаты численного моделирования показали многократное повышение точности выполнения подводными манипуляторами различных технологических операций при использовании синтезированной системы.

The paper presents a synthesis method of combined systems providing high-precision movements control of multilink manipulator arm tool mounted on underwater vehicles. The proposed method allows precise identification of negative torques on the output shaft of the manipulator electric drives that emerged during its motion in a viscous medium and moments of coulomb and viscous friction in these drives. This method begins with a preliminary analytical calculation of external moments appearing in underwater manipulator axes of motion by the recurrent algorithm of solving the inverse dynamic problem. This calculation is highly coarse due to the complexity of determining parameters of the real interaction between all links of the manipulator, engaged load, and seawater medium. Additional diagnostic observers are then synthesized using dynamic models of electric drives of every axis of freedom, including analytically determined external moments. These observers can more precisely determine the values of unpredicted changes of the viscous and coulomb friction moments in drives itself using formed discrepancy signals. Then identified torques on the electric drives of all manipulator axes are compensated using self-regulated correcting devices capable of stabilizing these drives' dynamic properties on the nominal level. The paper contains numerical modeling of the system synthesized by a developed method for a multilink manipulator with a PUMA kinematic scheme, an arm tool of which was moved alongside a complex three-dimensional trajectory. The numerical modeling results showed a significant increase in the accuracy of different technological operations performed by underwater manipulators using a synthesized system.