Моделирование ходьбы антропоморфного робота

Введение 3
Глава 1. Постановка задачи и обзор литературы 5
1.1 Постановка задачи 5
1.2 Обзор литературы 6
1.2.1 Метод моделирования с помощью закона сохранения энергии 6
1.2.2 Метод параметрической идентификации 7
Глава 2. Решение задачи 8
2.1 Построение модели 8
2.2 Построение управления 11
Глава 3. Численный эксперимент и программная реализация 16
3.1. Численный эксперимент 16
3.2. Программная реализация 22
Заключение 24
Список литературы 25
Приложение
Купить

С самого начала своего существования, человечество питается облегчить свой труд, сделать его более безопасным. Для этих целей постоянно создаются различные инструменты, помогающие нам в нашей нелегкой жизни.
Одной из категорий данных инструментов являются механизмах роботов. Согласно [1], слово «робот» ввел в нашу речи драматург Карел Чапек. В своей пьесе RUR («Россумские Универсальные Роботы»), опубликованной в 1920 г., он описывает фабрику, производящую «искусственных людей», которых и называет роботами. С тех пор, данное слово плотно вошло в нашу жизнь, как обозначающее нечто автоматическое, но не обязательно антропоморфное (от греч. anthropos - человек и morphe - форма, вид).
Интересы данной работы лежат в области механики движения роботехнических механизмов по поверхности (плавающие и летающие механизмы здесь не рассматриваются). Передвижные (полу)автоматические механизмы позволяют человеку удаленно, не рискуя жизнью и здоровьем, влиять на опасные или непригодные для жизни участки, либо анализировать собранную с них информацию. Примерами могут послужить различные планетарные миссии, к примеру, на Марсе, ликвидации техногенных аварий, где человеку попросту невозможно находиться без тяжелых последствий, и многое другое.
Модели бывают самых разных типов - гусеничные, колесные, шагающие, ползающие. Каждая модель имеет свои преимущества и недостатки, остановимся на них поподробнее.
Колесные модели движения на данный момент являются наиболее распространенными. Для них создана широчайшая инфраструктура, в частности - дороги. Они обеспечивают высокую устойчивость и скорость перемещения при относительной простоте конструкции. Недостатки заключаются в низкой проходимости вне дорог, которые частично решены в гусеничной модификации. Гусеницы позволяют более равномерно распределить давление на поверхность и создают приемлемую в большинстве случаев внутреннюю «дорожку» для колес. Но и с такой модификацией внедорожные способности механизма весьма скудны по сравнению с другими вариантами.
Проблемы с внедорожьем в свою очередь прекрасно решает другая модель передвижения - ползающая. Механизмы на ее основе обычно имитируют характер передвижения аналогов из природы: змей, улиток, гусениц. Преимущество, по сравнению с остальными моделями, заключается в наибольшей площади соприкосновения с поверхностью, что обеспечивает наименьшее давление на оную. Также, при достаточной «гибкости» механизма, предоставляется возможным передвигаться по любому рельефу. В недостатки же можно записать сложность модели (нужно описать несколько звеньев, у каждого из которых будет своя динамика) и механизма, построенного на ее основе.
Третий вид конструкции, непосредственно описанный в работе - шагающий. Он сочетает в себе более высокую проходимость по сравнению с колесным вариантом, проигрывая в этом ползучему и гусеничному (на зыбучей поверхности). Также можно отметить наиболее простой механизм среди предоставленных вариантов.
Весьма важная характеристика шагающего механизма - количество опор, которая непосредственно отвечает за устойчивость конструкции. При количестве опор больше либо равным четырем, построение управления можно свести к простому поднятию одной «ноги» и перестановкой ее на новое место, так как в любой момент времени количество опор будет больше либо равно трем, что является достаточным условием для устойчивости при расположении центра масс между ними. В этой же работе количество опор будет две, что уменьшит конструкцию в целом, но добавит сложности в построении модели, так как придется постоянно учитывать неустойчивость механизма.
Кратко, итоговые поставленные задачи можно описать так: дан двуногий механизм с известными параметрами, необходимо построить его математическую модель и добиться устойчивого управления при произвольно наперед заданной траектории ступни.

Купить