История и задачи мехатронной системы адаптивного управления технологическим манипулятором

1. введение (introduction)
2. Ancient (Greek, Egipt, )
3. Europe in new time (fabrics, plants)

4. Theory of Machine .... until 50 XX century
Артоболевский И.И. Жизнь и наука: воспоминания. -М.: Наука, 2005, 287 с. В 20-х годах XXвека рядом учёных-механиков (Л.В. Ассур, Ж. Гохман, П.Л. Чебышев, А.П. Малышев) были созданы методы не только вопросы структурного анализа, но и структурного синтеза механизмов. В конце 20х годов с трудами Л.В. Ассура познакомился И.И. Артоболевский, который в 1930 году написал монографию по применению методов Ассура к механизмам сельскохозяйственных машин. Также он читал преподавателей земледельческой механики и теории сельскохозяйственных машин факультативный курс, содержащий теорию структуры, кинематику и кинетостатику механизмов. "Совместная работа с В.В. Добровольским, наши доклады по структуре и классификации механизмов послужили материалом к нашей общей моногра¬фии «Структура и классификация механизмов», опубликованной в 1939 году. Одновременно с этим в 1939 году, мною была опубликована монография «Структура, кинематика и кинетостатика многозвенных плоских механизмов». Она содержала ряд новых разработанных мною методов решения задач теории механизмов сложной структуры и высоких классов. Большой вклад в теорию механизмов в тот период был сделан Н.Г. Бруевичем. Его кандидатская дис¬сертация была посвящена применению векторных методов кинематического и кинетостатического анализа механизмов. Работа была построена на базе классификации Ассура и носила обобщающий характер. Им были написаны работы по кинематике и динамике простран¬ственных механизмов. Несколько позже он начал работать над проблемами точности механизмов, создателем которой он по праву является. Ему тоже принадлежит заслуга в развитии теории механизмов счетно-решающей техники." В 1937-38 годах шла организация Института машиноведения АН СССР. В результате длительных дискуссий было решено, что в Институте должны получить развитие четыре основных направления: а) Теория машин и механизмов. б) Прочность деталей машин. в) Трение и износ в машинах. г) Теория технологических процессов. Была согласована проблематика отдела Теории машин и механизмов. Было решено вести исследования по трем проблемам: а) Структура и классификация механизмов. б) Синтез механизмов. в) Динамика механизмов. Проблемы структуры и классификации механизмов и теории пространственных механизмов не требовали создания специальной лаборатории. Проблема эта развивалась на основе клас¬сических работ Л.В. Ассура и работ X. Гохмана. Докладчиками выступали В.В. Добровольский, Н.Г. Бруевич, Г.Г. Баранов, А.П. Малышев, И.И. Артоболевский и другие. В конце 1930-х годов В.В. Добровольским и И.И. Артоболевским была предложена единая система классификации механизмов, состоящая из пяти семейств, каждое из которых обладает общностью методов кинематического и динамического исследования. Н.Г. Бруевич впервые вводит в теорию механизмов методы векторного анализа и получает крупные результаты в кинематическом и динамическом анализе плоских и пространственных механизмов. Г.Г. Баранов вносит крупный вклад в теорию пространственных механизмов, решив впервые задачу о положениях семизвенных пространственных механизмов. А.П.Малышев продолжил свои работы по структурному синтезу механизмов, развивая работы Сомова, Гохмана и других. Без создания научно обоснованной классификации механизмов нельзя было систематизировать их многообразие, развить общие подходы к их анализу и синтезу. Развитая, в основном, советскими учеными классификация механизмов имела такое же значение для ТММ, как таблица элементов Д.И. Менделеева для химии. Был создан тот фундамент, на базе которого можно было развивать не только вопросы структуры, но и вопросы кинематики и динамики, а позднее и вопросы управления. Советское машиностроение начало выпускать перед войной большой ассортимент машин с очень сложными механизмами, выпускаются первые станки-автоматы, текстильные, сельскохозяйственные машины и другое оборудование. Требовалось вооружить конструкторов научно обоснованными методами проектирования механизмов. Ввиду сложностей теоретического исследования создавались экспериментальные установки: "вся техни¬ка измерения кинематических и динамических параметров была основана на механических принципах. В основном, применялись разного типа динамометры, динамографы, префилографы, тахометры, счетчики оборотов, кимографы и т.д, и т.п. Вопрос об использовании электрических методов измерения механических величин находился в зачаточном состоянии. Громадной заслугой Н.П. было то, что он один из первых в нашей стране стал разрабатывать новые методы регистрации различных процессов, методы, основанные на электрических, магнитных, фотоэлектрических и других принципах. Это открыло новую эру в экспериментальной динамике машин. Новые приборы и устройства были несравнимы по габаритам, весам, точностям измерения. С помощью новых датчиков и систем регистрации, особенно, когда появилась электронная аппаратура, стало возможным изучение сложнейших процессов механики машин. Работы Н.П. Раевского по методам измерений механических величин явились фундаментом, на котором продолжают развиваться и современные работы по экспериментальной технике. Его работы были основополагающими для громадного количества работ, как советских, так и зарубежных ученых." Постепенно стало ясно, что необходимо отходить от традиционных машин, служащих инструментом для работающего на них человека, к машинам автоматическим: "При организации ИМАШ и Отдела ТММ я считал, что кроме синтеза механизмов и динамики машин, необходимо начинать работы по теории машин автоматического действия. <...> Поэтому я стал привлекать к работе семинара по ТММ ученых, работающих в различных отраслях машиностроения. Первыми докладчиками на семинаре по вопросам теории машин-авто¬матов были СВ. Вяхирев, А.П. Иванов, СО. Доброгурский, несколько поз¬же эти вопросы освещались в докладах Г.А. Шаумяна, СИ. Артоболевского, В.А. Юдина, И.И. Капустина. Перед самой войной я разработал план двух¬томной монографии по анализу машин-автоматов, в которой должны были быть изложены методы анализа механизмов машин автоматического действия и показана общность подхода к задаче. Я пригласил в качестве соавторов СИ. Артоболевского, В.А. Юдина и Г.А. Шаумяна. Я взял на себя изложение общих методов анализа машин-автоматов, а мои соавторы — приложения этих методов соответственно к трем видам машин: пищевой, полиграфической и станкостроительной промышленности. Работа эта была выполнена уже во время войны, и первый том монографии появился в 1945 году, а второй том только в 1949 году. Во всяком случае, все эти мероприятия оказали большое влияние на развитие советской науки об автоматах."

"В начале 1942 г. я вновь организовал заседания семинара по ТММ. Они проходили в Московском доме ученых Академии наук СССР. Хочу отметить тематику некоторых из докладов. Так, В.В. Добровольский сделал доклад «О сфериче¬ских шатунных кривых». Л.В. Петрокас изложил методы синтеза кулачковых механизмов с помощью номограмм. В.А. Юдин докладывал о динамическом синтезе кулачковых механизмов с ведомой трехповодковой группой. Я сделал на расширенном заседании семинара с участием инженеров и конструкторов доклад о принципах построения и создания моего справочника «Механизмы». В этот же период я доложил первые варианты своих работ «О новом методе расчета маховых колес» и «Геометрические методы решения некоторых задач теории плоских механизмов». Позже я эти работы развил и вновь их доклады¬вал уже в 1943 году, когда семинар по ТММ стал уже регулярно работать в по¬мещении ОТН. В этот период докладчиками были В.В. Добровольский, кото¬рый доложил свою работу «Синтез сферических механизмов», М.А. Крейнис доложил работу «Коэффициент полезного действия и передаточное отношение зубчатого механизма», Л.Н. Решетов работу «Трение в зубцах с эвольвент-ным зацеплением», СИ. Артоболевский работу «Основы кинематики машин-автоматов», Г.Г. Баранов «К решению уравнения Рейнольдса», М.А. Скуридин «Движение ползуна с трением» и др. <...>. Как-то в разговоре со мной СИ. сказал, что одним из сложных вопросов обработки оптических линз является проблема их шлифовки с высокой сте¬пенью точности. Имевшиеся механизмы и приспособления не удовлетворяли производственников. СИ. попросил меня познакомиться с этим процессом и помочь своими советами конструкторам и технологам. Я сходил на заводы, лаборатории и КБ, которые работали над шлифовкой линз, и подробно ознако¬мился со всеми механизмами, устройствами и приспособлениями. Попутно я ознакомился и с другими механизмами, применявшимися в приборостроении, пантографами, счетно-решающими механизмами, координатными механизма¬ми, механизмами для воспроизведения различных функций и т. д. В результате знакомства с механизмами приборостроительной техники с 1946 г. стали по¬являться в печати мои работы по механизмам для огибания и черчения кони¬ческих сечений, теории пантографов и инверсоров, механизмам для огибания и черчения алгебраических и трансцендентных кривых и т. п. Некоторые из предложенных мною механизмов, например, для обработки параболических профилей, были использованы конструкторами. " "Я давно уже считал, что необходимо в ТММ развивать теорию механизмов не только с жесткими звеньями, но и пневматическими и гидравлическими устройствами. Интересными с точки зрения теории и практики внедрения оказались сварочные автоматы с пневматическим приводом для точечной сварки. Исследованием этих машин я занялся вместе с Н.П. Раевским, а позднее привлек к этим работам и мою ученицу Е.В. Герц, которая стала теперь доктором наук и признанным авторитетом в теории пневматических механизмов." Постепенно стало ясно, что требуется всё большая гибкость устройств и необходимо развивать новые подходы для их создания: "Я уже давно собирал и заносил на карточки схемы различных механизмов и пользовался этой картотекой для консультаций по внедрению новых механизмов в производство, при рассмотрении изобретений и т.д. Первый том появился в 1947 году, но начат он был в 1943 году. Одновременно с этим я продолжал работы по механизмам для образования плоских кривых, воспроизводящих различные математические функции и т. д. Занимаясь во время войны некоторыми вопросами динамики артиллерийских систем, я невольно познакомился с механизмами управления этими системами и счетно-решающими механизмами. Эти системы и механизмы были тогда только с жесткими звеньями. Электроника только начинала свой победный марш. Но электрическими системами для получения информации о кинематических и динамических параметров машин мы с Н.П. Раевским и В.Т .Костицыным уже обладали. То, что любую алгебраическую функцию можно воспроизвести совокупностью рычажных механизмов, я давно уже знал из работ Кемпе. Из систем управления артиллерийскими устройствами, я увидел, что могут быть воспроизведены и другие классы функции, в том числе, и со многими переменными. Изучая счетно-решающие механизмы я увидел, что с их помощью можно производить не только арифметические и алгебраические действия, но и процессы дифференцирования и интегрирования. Изучая эти системы, я поражался их сложности, т. к. при их построении использовался метод «наслоения», т.е. применялся для синтеза метод Ассура, когда требуемые для воспроизводства функции расчленялись на простейшие узлы, выполнявшие те или иные элементарные операции. Я пошел по другому пути, пытаясь создавать механизмы более простые по структуре, воспроизводившие сразу требуемую функцию. Для этого использовал принципы инверсии, системы преобразователей, дополнительно присоединяемые группы и т. д. Механизмы получались более простыми, но все-таки сложными и с малым быстродействием. Примерно с 1943 года меня стал занимать вопрос о том, нельзя ли моделировать с помощью электротехнических средств механические системы с жесткими звеньями. Как сейчас помню, летом 1943 года у нас на даче я сидел на лавочке с В.Т.Костицыным и Олечкой, и я стал развивать им эту идею и палкой на песке, писал какие электрические параметры соответствуют механическим параметрам. Тогда еще не было даже понятия «кибернетика», не было еще электронно-счетных машин, но эти идеи уже «носились» в воздухе и начинали разрабатываться многими учеными. Видимо, и я начал подходить все ближе к идеям моделирования механических систем с помощью электрических устройств. Вместе с Н.П. Раевским мы даже сделали два или три макета, состоявшие только из электрических устройств, моделировавшие пространственные механизмы. Мне все более и более становилось ясным, что подобные системы с успехом смогут быть использованы для управления машинами-автоматами. Над этими вопросами тогда уже начали работать и другие ученые, но я дошел до понимания всего этого каким-то своим путем, не повторяя чужих работ. Несколько позже я узнал из доклада М.А. Гаврилова, теперь члена-корреспондента АН СССР, о том, что существует развитый мате¬матический аппарат для решения таких задач. От него впервые я узнал о так называемой «Алгебре Буля» и, ознакомившись с нею, понял, какое это могучее средство для создания рациональных систем управления."

5. Fast grow
К концу 70-х годов XX века стало очевидно, что традиционные технологические линии очень быстро устаревают, не успевают окупаться, требуют сложной доработки для перехода на другую продукцию. В 1986 году в издательстве "Высшая школа" вышло учебное пособие "Робототехника и гибкие автоматизированные производства" в 9 книгах:

Гибкие автоматизированные производственные системы в химической промышленности. В.В. Кафаров В.В. Макаров -М.: Химия, 1990, -320 с.

6. Now days