ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НА РЕЖИМЫ РАЗГОНА ПРЫГАЮЩЕГО РОБОТА ПАРАМЕТРОВ ТРАЕКТОРИИ ЕГО ЦЕНТРА МАСС

  • Людмила Юрьевна Ворочаева Юго-Западный государственный университет
  • Сергей Игоревич Савин Юго-Западный государственный университет
Ключевые слова: прыгающий робот, режимы разгона, время разгона, система управления, траектория центра масс

Аннотация

Особенностью всех робототехнических систем, движущихся с периодическим отрывом от опорной поверхности, является наличие фазы полета, во время которой управлять движением робота и корректировать его траекторию крайне проблематично. Поэтому актуальной является задача обеспечения движения устройства во время разгона и его отрыва от поверхности с такими параметрами, чтобы система вела себя корректно во время полета. В данной работе эта задача решается путем формирования желаемой траектории центра масс робота во время разгона устройства.

Робот состоит из корпуса и разгонного модуля, образованного тремя звеньями, два из которых представляют поступательную пару, а другие соединены между собой и с корпусом посредством вращательных шарниров. Траектория центра масс робота во время разгона формируется таким образом, чтобы за требуемое время было достигнуто определенное численное значение скорости, вектор которой направлен под заданным углом к горизонту. Для обеспечения такой траектории движения разработана система управления с регулятором, построенным на линейном квадратичном программировании.

В результате проведенного численного моделирования установлено наличие шести режимов разгона при варьировании управляющих параметров: во время одних робот контактирует с поверхностью в двух опорных точках, которые либо неподвижны, либо скользят по поверхности; во время других происходит отрыв одной из двух опорных точек или опрокидывание устройства (в случае, когда отрыв точки опоры происходит в первые моменты разгона). Построены диаграммы режимов разгона, которые могут использоваться для определения диапазонов допустимых параметров прыгающего робота для осуществления разгона в требуемом режиме.

Биографии авторов

Людмила Юрьевна Ворочаева, Юго-Западный государственный университет

кандидат технических наук, доцент кафедры механики, мехатроники и робототехники

Сергей Игоревич Савин, Юго-Западный государственный университет

кандидат технических наук, старший научный сотрудник кафедры механики, мехатроники и робототехники

Литература

Kovač M., Fuchs M., Guignard A., Zufferey J.C., Floreano D. A miniature 7g jumping robot // Proceedings – IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). 2008. P. 373–378.

Zaitsev V., Gvirsman O., Hanan U.B., Weiss A., Ayali A., Kosa G. A locust-inspired miniature jumping robot // Bioinspiration & biomimetics. 2015. Vol. 10. № 6. P. 066012.

Niiyama R., Nagakubo A., Kuniyoshi Y. Mowgli: A bipedal jumping and landing robot with an artificial musculoskeletal system // Proceeding – IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2007. P. 2546–2551.

Noh M., Kim S.-W., An S., Koh J.-S., Cho K.-J. Flea-inspired catapult mechanism for miniature jumping robots // IEEE Transactionson Robotics. 2012. Vol. 28. № 5. P. 1007–1018.

Kovač M., Fauria O., Zufferey J.C., Floreano D. The EPFL jumpglider: A hybrid jumping and gliding robot with rigid or folding wings // 2011 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO). 2011. P. 1503–1508.

Яцун С.Ф., Ворочаева Л.Ю. Исследование высоты и дальности полета прыгающего робота с системой крыльев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2016. № 3. С. 116–123.

Яцун С.Ф., Рукавицын А.Н., Волкова Л.Ю. Исследование динамики управляемого прыжка робота // Известия Самарского научного центра РАН. 2012. Т. 14. № 4-5. С. 1355–1358.

Ворочаева Л.Ю., Яцун С.Ф. Математическое моделирование управляемого движения колесного пятизвенного прыгающего робота // Известия РАН. Теория и системы управления. 2015. № 4. С. 68–93.

Волкова Л.Ю., Яцун С.Ф. Моделирование движения многозвенного прыгающего робота и исследование его характеристик // Известия РАН. Теория и системы управления. 2013. № 4. С. 137–149.

Волкова Л.Ю., Яцун С.Ф. Изучение влияния положения точки закрепления ноги прыгающего робота в корпусе на характер движения устройства // Нелинейная динамика. 2013. Т. 9. № 2. С. 327–342.

Яцун С.Ф., Локтионова О.Г., Волкова Л.Ю., Ворочаев А.В. Этапы движения четырехзвенного робота, перемещающегося с отрывом от поверхности // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2013. № 181. С. 109–118.

Яцун С.Ф., Волкова Л.Ю., Ворочаев А.В. Исследование режимов разгона четырехзвенного прыгающего аппарата // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2013. Т. 19. № 24. С. 86–92.

Bolotnik N., Pivovarov M., Zeidis I., Zimmermann K. Dynamics and Control of a Two-Module Mobile Robot on a Rough Surface // Mechanisms and Machine Science. 2014. Vol. 22. P. 141–148.

Ворочаева Л.Ю., Яцун А.С., Яцун С.Ф. Моделирование движения пятизвенного ползающего робота с управляемым трением по поверхности с препятствиями // Известия РАН. Теория и системы управления. 2017. № 3. С. 191–216.

Журавлев В.Ф. Основы теоретической механики. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. 304 с.

Савин С.И., Ворочаева Л.Ю. Методы управления движением шагающих внутритрубных роботов // Cloud of Science. 2018. T. 5. № 1. С. 163–195.

Caron S., Pham Q.-C., Nakamura Y. Leveraging Cone Double Description for Multi-contact Stability of Humanoids with Applications to Statics and Dynamics // Robotics: Science and Systems. 2015. Vol. 11. Р. 1–9.

Savin S., Vorochaeva L. Nested quadratic programming-based controller for pipeline robots // 2017 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). 2017. P. 1–6.

Mason S., Rotella N., Schaal S., Righetti L. Balancing and walking using full dynamics LQR control with contact constraints // IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots. 2016. P. 63–68.

Savin S., Jatsun S., Vorochaeva L. Modification of Constrained LQR for Control of Walking in-pipe Robots // 11th International IEEE Scientific and Technical Conference “Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines” (Dynamics). 2017. P. 1–6.

Опубликован
2018-09-28
Выпуск
Раздел
Технические науки