Разработка и исследование модели псевдошагающего робота

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование. Создание роботов, которые могут двигаться как в шагающем, так и в колёсном режиме, и в то же время отличаются от уже созданных роботов простой конструкцией, является актуальной задачей последних лет. Если такой робот будет сопоставим по конструктивной сложности, плавности хода, надёжности и себестоимости с колёсным аналогом, и, кроме того, будет способен устойчиво и быстро передвигаться по непроходимому для колёсных роботов рельефу, то это может гарантировать научный и коммерческий успех такого изделия. Динамика движения робота описывается средствами программных комплексов «Универсальный механизм» и «Matlab Simulink». В статье приведены результаты виртуальных испытаний робота в основных режимах движения (прямолинейный курс, поворот, преодоление ступени).

Цель работы — повышение подвижности робота, оборудованного псевдошагающей ходовой системой путём использования рациональных законов управления.

Методы. Для оценки ходовых качеств исследуемого робота используются методы имитационного математического моделирования его движения с использованием программных комплексов исследования динамики систем твёрдых тел.

Результаты. Для заданной мощности двигателей были получены: максимальная скорость устойчивого прямолинейного движения, скорость поворота, высота наибольшей преодолеваемой ступени.

Заключение. Разработана новая модель мобильного робота, оборудованного ходовой системой простой конструкции. Данная модель по результатам испытаний продемонстрировала высокие показатели проходимости и другие показатели подвижности.

Об авторах

Алексей Сергеевич Дьяков

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)

Email: diakov57@list.ru
ORCID iD: 0009-0005-7787-2354
SPIN-код: 9437-8400

д-р техн. наук, профессор кафедры «Колёсные машины»

Россия, Москва

Кирилл Борисович Евсеев

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)

Email: kb_evseev@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7193-487X
SPIN-код: 7753-2047

д-р техн. наук, профессор кафедры «Колёсные машины»

Россия, Москва

Дмитрий Сергеевич Федоров

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: fds16m576@student.bmstu.ru
ORCID iD: 0009-0006-6141-7864

студент кафедры «Многоцелевые гусеничные машины и мобильные роботы»

Россия, Москва

Список литературы

  1. Игнатьев М.Б., Владимиров С.В., Сапожников В.И., и др. Шагающие роботы — проблемы и перспективы // Инноватика и экспертиза: Научные труды. 2016. № 2 (17). С. 128–137.
  2. Котиев Г.О., Дьяков А. С. Методы разработки ходовых систем высокоподвижных безэкипажных наземных транспортных средств // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2016. № 1 (174). С. 186–197.
  3. Дьяков А.С. Научные методы разработки ходовых систем высокоподвижных безэкипажных наземных транспортных средств // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2019. № 1 (124). С. 146–159.
  4. Velimirovic A., Velimiroviс M., Hugel V., et al. A new architecture of robot with “wheels-with-legs” (WWL) // Advanced Motion Control. 1998. P. 434–439.
  5. Chen W.-H., Lin H.-S., Lin Y.-M., et al. Turboquad: A novel leg-wheel transformable robot with smooth and fast behavioral transitions // IEEE Transactions on Robotics. 2017. Vol. 33, N. 5. P. 1025–1040. doi: 10.1109/TRO.2017.2696022
  6. Saranli U., Buehler M., Koditschek D.E. RHex: a simple and highly mobile hexapod robot // International Journal of Robotics Research. 2001. Vol. 20, N. 7. P. 616–631. doi: 10.1177/02783640122067570
  7. Silva M., Tenreiro Machado J.T. A Historical Perspective of Legged Robots // Journal of Vibration and Control. 2007. Vol. 13, N. 9–10. P. 1447–1486. doi: 10.1177/1077546307078276
  8. Универсальный механизм 9. Руководство пользователя [internet] [дата обращения: 25.08.2023] Режим доступа: http://www.umlab.ru/pages/index.php?id=3
  9. Лапшин В.В. Об устойчивости движения шагающих машин // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. № 06. С. 319–335.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Внешний вид роботов: a — робот RHex; b — внешний вид модели прототипа исследуемого робота.

Скачать (305KB)
3. Рис. 2. Структурная схема привода робота.

Скачать (182KB)
4. Рис. 3. Переменные, определяющие условия перехода между состояниями робота.

Скачать (136KB)
5. Рис. 4. Структурная схема управления напряжением двух ДПТ.

Скачать (225KB)
6. Рис. 5. Структурная схема управления торможением средних «лап» 3 и 4.

Скачать (520KB)
7. Рис. 6. Траектории движения робота: а — при отсутствии управления контроллерами; b — под управлением контроллеров устойчивости и курса.

Скачать (184KB)
8. Рис. 7. Управление скоростью робота: а — напряжение ДПТ; b — скорость робота.

Скачать (310KB)
9. Рис. 8. Траектория робота при повороте на 90° влево.

Скачать (106KB)
10. Рис. 9. Графики, полученные по результатам моделирования: а — фрикционные моменты между «лапами» 3, 4 и, соответствующими им, валами привода, управляемые контроллером курса; b — требуемый и фактический угол курса робота; c — скорость робота.

Скачать (301KB)
11. Рис. 10. Наибольшие преодолеваемые роботом ступени.

Скачать (196KB)
12. Рис. 11. Преодоление ступени выстой 1,2h: а — робот положил на ступень «лапу» 2; b — «лапы» 3 и 4 остановлены, чтобы не мешать сближению со ступенью; c — робот положил на ступень «лапу» 5, завершение подъёма реализуется толчком задних «лап» об край ступени; d — робот завершил подъем.

Скачать (264KB)
13. Рис. 12. Преодоление ступени выстой 1,6h роботом изменённой компоновки: а — начало подъёма; b — изменённая форма корпуса позволяет роботу максимально сблизиться со ступенью; c — робот завершил подъем.

Скачать (166KB)

© Эко-Вектор, 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».