Мобилни роботи с “патешка походка”



Дата14.10.2018
Размер51.44 Kb.
#87105
Мобилни роботи с “патешка походка”
Веселин Павлов *, Валентин Николов *, Иван Чавдаров **

* Технически Университет – София, 1756 София, България

** ЦЛМП – БАН, ул. “акад. Г. Бончев” бл.1, 1113 София, България
Ключови думи: крачещи роботи, патешка походка, структури, ходене.


  1. Увод:

Мобилните роботи намират все по-широко разпространение в цялата си разноводност [1]. Крачещите в по-голямата си част имат неподвижни тела (не променят формата си при движение), към което са закрепени определен брой крака, осигуряващи пълноценно преместване на робота в пространство с препятствия. Неподвижното тяло създава определени удобства при проектиране, тъй като към него удобно се разполагат енергоносители, управляващите и сензорните устройства за навигация и движение. В конструкцията на някои шесткраки роботи [3] е въведена ротация между две части на тялото, с помощта на която се облекчава завиването.

Преодоляването на препятствия с по-големи размери, реализиране на завой с малък радиус, като и проблеми за по добра статична и динамична устойчивост биха се решили при подвижно тяло, в смисъл, тяло което променя геометричната си форма при движение. Така е с повечето живи същества, които имат повишена мобилност и устойчиво движение при динамично изменящи се ситуации.



Настоящата работа предлага линейно преместване на робота, включително завиване за сметка изцяло на подвижното тяло. За краката е достатъчно вертикално повдигане и спускане. Това в определена степен, особено при двукраки роботи, прилича на движение на патица, поради което е въведено понятието “патешка походка”. Към тези подвижни тела могат да се присъединят кинематично пълноценни крака с три и повече степени на свобода всеки. Така мобилните възможности на робота нарастват значително и се подобрява статичната и динамичната устойчивост.


  1. Структурни схеми.

Както бе отбелязанол, идеята може да се реализира при просто движение, вертикално повдигане и спускане на краката. За да се различават краката при начертаване от въртящите и плъзгащите кинематични двойци е прието означение правоъгълник със закръгления. На фиг.1 са показани схеми с две активни кинематични двойци (линейни или въртящи двигатели) при два и четири крака .




фиг.1. Схеми с два и четири крака
При шест крака фиг.2 са необходими поне четири активни кинематични двойци (активните двойци са отбелязани със стрелки), при осем крака - шест и т.н. В основата на структурния синтез на този клас кинематични вериги стои активен шестзвенен затворен контур, който се свързва с всеки следващ с едно общо звено. Така при шест крака се получават единадесет подвижни звена, при осем крака - шеснадесет и т.н.


фиг.2. Тяло с шест крака.
Възможно е друго свързване (диагонално) на задвижващите кинематични вериги (фиг.3) с краката, което е приложимо при един и повече шестзвенни контура. При повече от един контур може да се прави комбинация между първият и вторият (диагонално) начин на свързване. Начинът на свързване влияе на походките, като последователност на събитията, които могат да се реализират.




фиг.3. Тяло с шест крака.
Съществува възможност да се намалят двигателите , което е показано на фиг.4. Тернарните и кватернарните звена са показани с пълноценна метриката и в частен случай. Тези схеми имат по-неблагоприятни предавателни функции при едни и същи метрични размери и при зададена товароносимост на робота изискват по-голяма мощност на двигателните устройства.

фиг.4 Схеми с два и четири крака
Движението при посочените схеми е с последователно повдигане на крак, при което в схемите с линейни активни двойци, преместването на повдигнатия крак става с кулисни механизми, а при ротационните - с шарнирни четиризвенници. Изсключение прави отворената схема с два крака.

Когато схемата е с шест, осем и повече крака, може да се повдига по един крак във всеки затворен контур без да се губи статична устойчивост. Вътрешните крака за общия контур могат да се повдигат последователно или едновременно. При тях кинематичните вериги са с две степени на свобода и трябва да се управляват съответният брой двигатели.

За да се запазва успоредната ориентация на краката могат да се използват паралелограмни механизми или тяхни аналози: зъбно-ремъчни или верижни предавки с предавателно отношение единица.




фиг.5. Структурни схеми на мобилни роботи с общо равнинно преместване (с две степени на свобода) на повдигнатия крак.
Структурният синтез на този клас мобилни роботи може да се реализира и при условие за две степени на свобода в равнинно преместване на повдигнат крак, т.е повдигнатият крак може да получи общо равнинно движение дефинирано от управлението на две линейни или ротационни активни кинематични двойци, а също така и при комбинация между тях (фиг.5). Някои структурни схеми при намален брой двигатели са показани на фиг. 6.




фиг.6. Структурни схеми с равнинно преместване на крака и намален брой двигатели.

При схеми с повече от четири крака може да се избира двойка която да няма две степени на свобода, т.е да се прави комбинация между схемите от фиг.1, 2, 3, 4 и 5,6.




  1. Възможни походки при статична устойчивост.

Статичната устойчивост на крачещи роботи, както е известно, може да се реализира при четири и повече крака. Съществена разлика между походките на роботи с неподвижно тяло и достатъчен брой степени на свобода на краката (минимум 3) и тези които се предлагат, няма. Особенното е, че при последните конфигурацията на опорните точки съвпадат с тази на подвижното тялото. На фиг.7 са показани комбинациите при четири крака и геометричните конфигурации. Принципните схеми на ходене при четири крака, (краката са отбелязани с числата 1, 2, 3 и 4) са две: 12342143 и 13242413 респективно14232314.



фиг. 7. Походки при четири и шест крака.
При схемите с диагонално свързване на задвижващите кинаматични вериги се реализират същите походки. За роботите със шест крака са показани геометричните конфигурации при едновременно повдигане на два и три крака.

Предлаганите схеми позволяват движение и с динамична устойчивост. В този случай трябва да се има съчетано задвижване между повдигането, преместването и спускането на повдигнатия крак. Спускането може да се покрива с изправянето на “тялото”, така че люлеенето на масовия център да остава в допустимият интервал на преместване.



При четири крака движението с динамична устойчивост може да се реализира при повече схеми за последователно повдигане преместване и спускане на каката. Схемите от фиг.1 позволяват повдигане на два крака диагонално разположени, фиг.3 – едностранно.



  1. Заключение.

Предлаганите схеми на мобилни роботи с промяна на геометричната форма на тялото, позволяват пълноценно движение при елементарно преместване на краката – повдигане и спускане. Мобилността и устойчивостта на робота се повишава значително, при комбинация с кинематично пълноценни крака. Промяната на геометричната форма на тялото може ефективно да се използва и за подобряване на статичната устойчивост при движение в среда с препятствия, а също и за динамичното поведение на робота.

Литература


  1. Robot Information Central, www.robotics.con/robots

  2. Охоцимский Д., Голубев Ю., Механика и управление движением автоматического шагающего аппарата, “Наука”, Москва, 1984.

  3. Tartikainem К., Halme А. & Karkkainem K.. Terrain adaptive motion and free gait of a six-legged walking machine, 1st, FAC Workshop on Intelligent Autonomous Vehicles. Southampton, UK, April 1993

  4. Tanev T., Manipulation systems based on variable-geometry modules, Mechanic of machines, ISSN 0861-9727, Varna, 1996.

  5. Walking and climbing machines, www.fzi.de/ids/wmc/vedeos/videos




Каталог: mpetrov -> wrr -> admin -> Projects -> 2 WRR Project -> Publications


Сподели с приятели:




©obuch.info 2024
отнасят до администрацията

    Начална страница