Введение
1 Анализ предметной области
1.1 Обзор существующих антропоморфных роботов
1.2 Обзор существующих систем управлением движением антропоморфных роботов
1.3 Виды применяемых акселерометров в робототехнике
1.4 Цель и задачи
2 Разработка системы управления движением антропоморфным роботом на основе контроля статистического и динамического равновесия
2.1 Разработка IDEF0 модели работы системы управления движением антропоморфным роботом на основе контроля статистического и динамического равновесия
2.2 Разработка общей подсистемы контроля параметров дополнительных акселерометров
2.3 Разработка подсистемы анализа движения антропоморфного робота
2.4 Разработка подсистемы корректировки поведения роботов
3 Проектирование системы управления движением антропоморфного робота на основе дополнительных акселерометров в движителях
3.1 Основной алгоритм системы управления движением антропоморфного робота
3.2 Алгоритм замера параметров акселерометров
3.3 Алгоритм системы определения падения робота и его возможного предотвращения
3.4 Алгоритм выравнивания равновесия робота при его движении
3.5 Алгоритм выравнивания равновесия робота при его статичном положении
3.6 Алгоритм предотвращения падения путем обратной реакции на внешнее воздействие
4 Моделирование ходьбы антропоморфного робота
4.1 Постановка задачи и обзор методов
4.2 Решение задачи
4.3 Численный эксперимент
Заключение
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Мы создали мир вокруг себя, в котором удобно именно человеку. У нас есть двери, которые открываются если их потянуть за ручку, есть ступеньки, по которым удобно ходить ногами, и так далее. Если мы хотим, чтобы у нас были роботы-помощники, которые живут в той же среде, что и мы, они должны быть похожими на нас. Возможно поэтому одно из набирающих популярность направление в роботостроении - создание антропоморфных роботов. В настоящее время такие роботы уже используются в качестве помощников по хозяйству, в обучении и медицине.
При создании антропоморфного робота возникают определенные трудности, одна из которых заключается в создании системы движением таким роботом. Эта система должна удерживать равновесии робота при движении, а также реагировать на его потерю, не давая упасть роботу или предпринять все возможные действия для снижения негативных последствий от падения. Существующие системы управлением движением на основе контроля равновесием реализованы в большинстве своем с помощью одного акселерометра, а также принципа «точки нулевого момента» (Zero moment point). Этот принцип полагается на датчики усилия в стопах машины и контур обратной связи, которые помогают двигателям корректировать положения робота, постоянно приближая его к точке равновесия.
Добавление в конструкцию антропоморфного робота дополнительных датчиков ускорения, расположенных в коленях, с модифицируемой системой движения, которая учитывает эти самые датчики позволит лучше удерживать и управлять равновесием. Так же улучшит систему добавление нового принципа сохранения равновесия, основанного на нахождении оптимальных соотношений опорных усилий.
Целью данной работы является повышение статистического и динамического равновесия антропоморфных роботов их жизнестойкости при падении, за счет дополнительного контроля их движителя.
Для достижения заданной цели необходимо выполнить следующие задачи:
1) Проанализировать существующие антропоморфные роботы;
2) Выявить проблемы современных антропоморфных роботов при поддержке статистического и динамического равновесия;
3) Проанализировать существующие системы управлением движением антропоморфным роботом;
4) Выявить проблемы системы управления движения роботов;
5) Разработать IDEF0 модель системы движения робота;
6) Выбрать вид используемых акселерометров;
7) Разработать алгоритмы системы движения антропоморфного робота с учетом дополнительного контроля их движителя;
В ходе выполнения выпускной бакалаврской работы получены следующие результаты:
- проанализированы существующие антропоморфные платформы и системы управления к ним;
- создана система управления антропоморфными роботами на основе дополнительных акселерометров и обратной реакции на внешнее воздействие;
- создана модель IDEF0 спроектированной системы.
Так же в работе проведен анализ методов построения математических моделей робототехнических систем, предложен подход к формированию математической модели двуного антропоморфного механизма.
Кроме того, исследование динамики подобных систем показало существование определенных трудностей при формировании движения в силу наличия внешних воздействий на объект в реальном мире. Учет таких внешних возмущений, и реагирование на них, с помощью спроектированной системы показано в этой работе.
Спроектированная система позволяет повысить надежность статистического и динамического равновесия антропоморфных роботов их жизнестойкости при падении за счет контроля дополнительных акселерометров, встроенных в колени.
В созданной системе так же спроектирован алгоритм, который позволяет предотвращать легкие отклонения робота при внешних воздействиях на него путем обратной реакции. Подобно человеческому телу, робот, когда начинает терять равновесие сначала будет пытаться сопротивляться этому.
При проектирование данной системы были выявлены такая особенность как невозможность вычислить значения сравнения ускорения, которые нужны для определения потери равновесия. Это невозможно, так как все антропоморфные платформы, на которые может быть применена система разные по размерам, весу, составляющим их компонентам, типам датчиков. Так же для всех устанавливаемых дополнительных акселерометров нужна калибровка для более точных показаний.