Управление роботами и РТС (1089005), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Горшков. Моделирование двуногой ходьбы.Шагающие роботыОсобый раздел робототехники составляют шагающие системы передвижения и основанные на них транспортные машины. Они являются предметом робототехники потому, что механические ноги - педипуляторы(от латинского слова pes, pedis - нога) - наиболее близки другому основному объекту робототехники - манипуляторы. Однако в технике он ещё не получил заметного применения прежде всего из-за сложности управления. Развитие робототехники создало необходимую научно-техническую основу для реализации этогопринципиально нового для техники способа передвижения и для создания нового типа транспортных машин- шагающих.Шагающий способ представляет основной интерес для движения по заранее неподготовленной местности с препятствиями.

Традиционные колесные и гусеничные транспортные машины оставляют за собойнепрерывную колею, тратя на это значительно большую энергию, чем в случае передвижения шагами, когдавзаимодействие с грунтом происходит только в местах упора стопы. Помимо этого шагающий способ передвижения обладает и большей проходимостью на пересеченной местности вплоть до возможности передвигаться прыжками, преодолевать препятствия и т.п. При шагающем способе меньше разрушается грунт, что,например, важно в тундре. При движении по достаточно гладким и подготовленным поверхностям этот способ уступает колесному в экономичности, скорости передвижения и простоте управления.В задачу системы управления шагающей машины входят:стабилизация в процессе движения положения корпуса машины в пространстве на определенной высоте отгрунта независимо от рельефа местности;обеспечение движения по определенному маршруту с обходом препятствий;связанное управление ногами, реализующее определенную походку с адаптацией к рельефу местности.Поскольку основное назначение шагающих машин - передвижение по сильно пересеченной местности, управление ими обязательно должно быть адаптивным.

В системе управления при этом выделяютобычно следующие 3 уровня управления:первый, нижний, уровень - управление приводами степеней подвижности ног;второй уровень - построение походки, т.е. координации движений ног, со стабилизацией при этом положения корпуса машины в пространстве;третий уровень - формирование типа походки, направления и скорости движения, исходя из заданного маршрута в целом.Первый и второй уровни реализуются автоматически, а третий уровень осуществляется с участием человека-оператора ("водителя").УстойчивостьДля того чтобы какое-либо тело при движении находилось в устойчивом положении, в общем случае необходимо, чтобы оно имело опору по крайней мере в трех точках.

Следовательно, чтобы шагающийаппарат был устойчивым, ему необходимы, по крайней мере, три ноги. Вместе с тем человек пользуется приходьбе двумя ногами и обладает достаточно большой устойчивостью. Более того, при необходимости онспособен перемещаться даже на одной ноге - прыжками. Однако создание мобильных роботов, способных19передвигаться на двух ногах так же устойчиво, как и человек, сопряжено с огромными трудностями, и основная из них заключается как раз в разработке методов, обеспечивающих динамическую устойчивостьдвуногого шагающего аппарата.Адаптивные алгоритмы поддержания равновесия.

В основном базируются на расчете отклонениймгновенного положения центра масс робота от статически устойчивого положения или некоей наперед заданной траектории его движения. При движении этот робот поддерживает постоянным отклонение текущего положения центра масс от точки статической устойчивости, что влечет необходимость своеобразной постановки ног («коленки внутрь» или «тянитолкай»), а также создает проблемы с остановкой машины на одном месте и отработкой переходных режимов ходьбы. Адаптивный алгоритм поддержания устойчивоститакже может базироваться на сохранении постоянного направления вектора скорости центра масс системы,однако подобные методики оказываются эффективными только на достаточно высоких скоростях.

Наибольший интерес для современной робототехники представляет разработка комбинированных методик поддержания устойчивости, сочетающих расчет кинематических характеристик системы с высокоэффективными методами вероятностного и эвристического анализа.Взаимодействие ног в процессе ходьбыРаботу ног при движении шагающего аппарата будем называть процессом ходьбы. В процессеходьбы каждая нога может находиться в одном из двух принципиально различных состояний:опорное положение - в это время нога касается поверхности и служит опорной для корпуса аппарата;свободное положение - в это время нога находится над поверхностью и "готовится" к выполнению опорныхфункций на следующем шаге.В процессе ходьбы ноги шагающего аппарата попеременно занимают то опорное, то свободное положения, причем в течение одного цикла каждая нога занимает то и другое положение один раз. Последовательность чередований ног за один период называется циклом ходьбы, а расстояние, которое проходит аппарат за один цикл, - шагом.Среди механических ног с двумя степенями подвижности наиболее широкое применение получиликонструкции следующих двух типов:нога состоит из двух звеньев, и каждое из них имеет одну вращательную степень подвижности;нога образована одной телескопической парой, которая помимо удлинения-сокращения имеет еще одну степень подвижности - вращение в точке подвеса.Помимо таких конструкций было предложено несколько кинематических механизмов, в которых шаговоедвижение выполнялось путем прямолинейных перемещений.При рассуждении о том, каким минимальным числом степеней подвижности должна обладать каждая ногашагающего аппарата, неявно предполагалось, что корпус робота перемещается строго прямолинейно.

Какоказалось, справедливо и обратное утверждение, т.е. если каждая нога робота располагает только двумя степенями подвижности, а его корпус не имеет специального механизма для изменения ориентации в пространстве, то такой робот может двигаться только в прямолинейном направлении. Для изменения направленияробота только за счет работы ног необходимо, чтобы каждая его нога обладала, по крайней мере, тремя степенями подвижностиШестиногие шагающие роботыШестиногие шагающие роботы, по-видимому, являются самой многочисленной из всех когда-либои где-либо разработанных категорий механизмов, способных перемещаться с помощью искусственных ног.Популярность этих роботов в значительной степени обусловлена тем, что проблемы обеспечения статической устойчивости движущихся шестиногих аппаратов решаются относительно просто по сравнению с другими конструкциями.Одной из проблем, которой уделяется существенное внимание при проектировании мобильных шагающих аппаратов, является уменьшение необходимой мощности источников питания и сокращение затратэнергии.

Другими словами, необходимо повысить к.п.д. многоногих механизмов, т.е. уменьшить потребляемую мощность и повысить развиваемую мощность. В самом деле, если учесть, что в общем случае каждаяиз n конечностей имеет две-три степени подвижности и управление каждой из степеней сопряжено с определенными затратами энергии, то очевидно, что сравнение шагающих и колесных транспортных средств пок.п.д. будет далеко не в пользу первых. В связи с этим, по-видимому, главная цель, к достижению которойдолжны стремиться исследователи сегодня, заключается в создании экспериментальных шагающих аппаратов, способных на практике продемонстрировать сочетание высоких функциональных возможностей с достаточно большой развиваемой мощностью при малых затратах энергии.Была разработана система управления ходьбой шестиногого робота, каждая из конечностей которого приводится в движение с помощью трех электромоторов (всего 18 электромоторов).

Наличие диодных мостов итриаков в системе управления позволяет задать произвольный сдвиг фаз в работе двигателей и, таким образом, обеспечить реализацию походки любого типа. Очевидно, управление перемещением шагающего аппарата должно быть организовано так, чтобы при ходьбе ни одна из конечностей не создавала помех для другой. Естественно, самое простое решение проблемы предотвращения столкновений движущихся конечно-20стей - принципиальное устранение самой возможности столкновений путем выбора границ зон достижимости каждой из ног таким образом, чтобы соседние зоны не имели перекрытий.Системы управления:Рассмотрим известные электронные системы стабилизации ПКП (многоопорных пневмоколесныхплатформ).

Среди них можно выделить две различные по назначению системы: равномерного подъема иопускания платформы для проведения бескрановых погрузочно-разгрузочных работ и систему стабилизацииПКП, которая обеспечивает горизонтальное положение платформы при движении по дороге.Наиболее широко используется электронные системы для обеспечения погрузочно-разгрузочных работ. Основным их достоинством является отсутствие необходимости делать поправки на утечки рабочей жидкости.Система электронного регулирования подъема платформы фирмы Камаг представлена на рисунке 2.2.

онарассчитана на транспортные средства с четырьмя гидробалансирами. В каждый гидробалансир включеныгидроцилиндры трех опор и специальный гидроцилиндр, который одной полостью соединен с гидрогруппой, а другой полостью через гидравлический распределитель - с гидронасосом. Камера каждого специального гидроцилиндра рассчитана на полный объем гидроцилиндра опор гидробалансирной группы.Электронная система включает в себя четыре датчика высоты платформы, четыре гидрораспределителя,управляющееэлектронноеустройствоипереключатель.Рис. 2.2. Электронная система автоматического подъема и опускания ПКП фирмы КамагДатчики высоты представляют по существу датчики углов потенциометрического типа, которыеутанавливаются на одну из опор в группе на рычаг подвески. Угол складывания рычага пропорционаленвертикальному положению грузонесущей платформы и, таким образом, потенциометрические датчики углов дают высоту платформы около соответствующей опоры.

Переключатель, установленный в кабине водителя, приводит систему в рабочее состояние и отключает ее. Кроме указанных приборов система включаетчетыре показывающих прибора, отражающих измеренное фактическое значение высоты платформы в четырех точках, также установленных в кабине водителя. Они служат для визуального контроля за подъемом илиопусканием платформы. Предусмотрено управление положением платформы в ручном режиме.При установке переключателя в рабочее положение электронное устройство снимает данные с потенциометрических датчиков углов, сравнивает их между собой и с некоторым заданным значением и выдает сигнал управления на гидрораспределители.

Гидрораспределители подают в каждый специальный цилиндробъем рабочий жидкости, пропорциональный входному напряжению, и через них подают масло в гидробалансирные группы. Недостатками рассмотренной системы управления является невозможность выдержатьгоризонтальность платформы на негоризонтальной поверхности и несовместимость ее с системой стабилизации ПКП в движении. Однако довольно часто при использовании ПКП в заводских условиях равномерность подъема платформы достаточна для применения такой системы.

Характеристики

Список файлов учебной работы