Кафедра 'Теоретическая механика'

Русская версия О кафедре Наука Содержание
English version Студентам Сотрудники

Разработка и исследование алгоритмов управления шагающими движителями реконфигурируемого модульного транспортного робота

 

Работы по проекту была проведена при поддержке РФФИ (грант 12-08-31375-мол_а)

 

Проект направлен на решение задач использования шагающих транспортных роботов.

В рамках проекта реализуется концепция робота с изменяемым в зависимости от решаемой задачи числом движителей и, соответственно, грузоподъемностью. В качестве движителей используются шагающие модули, которые могут быть собраны в различной конфигурации. Реконфигурируемый мобильный робот представляет собой несколько однотипных модулей. Применение модульной реконфигурируемой структуры позволяет разработать однотипный подход для различных транспортных операций. Применение шагающих движителей позволяет перемещаться в непроходимых для традиционных движителей условиях, реализовать возможность бесконтактного преодоления локальных препятствий.

Определен состав реконфигурируемого мобильного робота как транспортного комплекса (механической системы) переменной структуры. Каждый из движителей представляет собой сдвоенные механизмы шагания, один из них всегда находится в фазе опоры на грунт. Описаны типы походок, характерные для машин с движителями, объединяющими в себе два или более механизмов шагания. Введены критерии запаса статической устойчивости: площадь области устойчивости и кратчайшее расстояние от геометрического центра корпуса до границ опорного многоугольника. Решена задача определения параметров регулярной полноопорной походки машины с использованием трёх сдвоенных движителей, обеспечивающей прямолинейное поступательное движение корпуса с максимально возможным запасом статической устойчивости. Для оценки качественного преимущества шагающих машин предложен характеризующий бесконтактное преодоление дискретных препятствий критерий профильной проходимости.

Предложены алгоритмы управления согласованным движением группы шагающих модулей. Описывается автономная видеосистема определения относительного положения локальных препятствий в полосе движения шагающей машины. Представлены результаты экспериментальной проверки работоспособности системы.

На примере шагающей машины модульной структуры разработан метод определения программных законов движения транспортного комплекса как механической системы с избыточным количеством приводов. Предложенный метод применим к модульному роботу с N движителями. Рассматривается математическая модель кинематики движения шагающего робота со сдвоенными движителями. Описываются методы анализа полученных уравнений. Приводятся результаты численного эксперимента.

Разработан алгоритм согласованной работы приводов шагающих движителей мобильного робота с изменяемой конфигурацией при прямолинейном движении. Проведена оценка устойчивости и предложен метод управления приводами.

 В 2012 году определены особенности и рассмотрены некоторые задачи применения сдвоенных механизмов шагания в составе реконфигурируемого транспортного робота. Рассмотрены некоторые проблемы применения сдвоенных механизмов шагания в составе привода. Разработана и представлена методика описания походки. Проведен анализ и разработаны критерии статической устойчивости реконфигурируемого робота при минимальном количестве движителей. Получены и экспериментально проверены с использованием информационно-измерительной системы алгоритмы работы системы приводов при движении к ориентиру. Получена математическая модель кинематики плоского движения мобильного робота с N движителями. Разработана программа расчета режимов согласованной работы системы приводов реконфигурируемого робота со сдвоенными шагающими движителями. Синтезированы законы управляющих воздействий, обеспечивающие поступательное движение шагающего робота со сдвоенным движителем.

 Реконфигурируемый робот рассматривается как «транспортный комплекс», состоящий из объекта транспортировки и транспортных модулей.

Объектом транспортировки является груз или платформа с грузом – «корпус» робота. Транспортный модуль представляет собой машину, имеющую индивидуальный привод, рабочим органом которой является движитель. В то же время реконфигурируемый робот может иметь и более сложную иерархическую структуру. В этом случае модуль может быть выполнен либо в виде  самостоятельного транспортного средства (многоопорный, прототип ? шагающая машина «Восьминог»), либо в виде шагающего движителя (одноопорный, прототип – шагающая опора дождевальной установки «Кубань»), предназначенного для работы только в составе комплекса, но в любом случае включает привод механизма шагания, который является рабочим органом шагающей машины.

 

В качестве движителя реконфигурируемого модульного транспортного робота рассматриваются сдвоенные механизмы шагания:

- движитель с механизмом шагания Чебышева – Умнова,

- движитель на основе циклового механизма с криволинейной направляющей,

- сдвоенный ортогонально-поворотный движитель.

Все выше перечисленные движители обеспечивают статическую устойчивость модуля при дискретном взаимодействии стопы с грунтом за счет применения сдвоенных механизмов шагания, один из которых находится в фазе опоры, а другой в фазе переноса.

[ВолгГТУ] [О кафедре] [Home]

Разработчик сайта Александр Малолетов
Контактный телефон/факс (8442) 24-81-13
Дата последнего обновления 1 марта 2013 г.