НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: Lapshin_V.pdf (933.66Кб)

УДК 531.8

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

Сегодня можно говорить о создании статически устойчивых шагающих машин, имеющих высокую профильную и грунтовую проходимость и ориентированных на конкретные области применения. Наиболее перспективным представляется создание машин, для аварийно-спасательных работ в очень сложных условиях, например, в зоне разрушений после землетрясения, техногенной катастрофы и т.д.
В таких сложных условиях существенна возможность опрокидывания шагающей машины из-за потери опоры на одну или несколько ног или существенного смещения точек опоры ног, вызванных деформацией или разрушением опорной поверхности. Это определяет необходимость разработки: алгоритмов управления движением, которые позволят научить систему управления движением робота:
- Как уменьшить вероятность опрокидыания машины?
- Как обеспечить экстренное торможение машины?
- Как управлять движением машины при при потере статической устойчивости? Потеря статической устойчивости еще не означает неизбежность падения.
- Как лучше (с минимальными повреждениями) упасть, если падение неизбежно?
Данная работа посвящена исследованию первой из этих проблем. Предлагается при движении шагающей машины в сложных условиях использовать специальную “осторожную” походку, которая позволяет сохранить статическую устойчивость машины при неожиданной потере опоры на любую из ног. Естественной платой за повышенную безопасность от опрокидывания является снижение кинематических возможностей машины, а, следовательно, и проходимости. Предлагается также пересмотреть общепринятое определение запаса статической устойчивости с тем, чтобы его величина лучше отражала возможность опрокидывания машины. Наиболее удачным определением запаса статической устойчивости шагающей машины представляется минимальное значение изменения потенциальной энергии силы тяжести, необходимое для опрокидывания замороженной конфигурации машины.

1. Waldron K.J., Vohnout V.J., Pery A., McGhee R.B. Configuration Design of the Adaptive Suspension Vehicle // The International Journal of Robotics Research. 1984. No. 2. P. 37-48.
2. Pugh D.R., Ribble E.A., Vohnout V.J., Bihari T.E., Walliser T.M., Patterson M.R., Waldron K.J. Technical Description of the Adaptive Suspension Vehicle // The International Journal of Robotics Research. 1990. No. 2. P. 24-42.
3. Sutherland I.E., Ulner M.K. Footprints in the Asphalt // The International Journal of Robotics Research. 1984. No. 2. P. 29-36.
4. Raibert M.H. Legged Robots that Balance. Cambridge, Massachusetts: MIT Press, 1986. 234 p.
5. Song S-M., Waldron K.J. Machines That Walk. The Adaptive Suspension Vehicle. Cambridge, Massachusetts, London, England: MIT Press, 1989. 314 p.
6. Okhotsimsky D., Platonov A., Kiril'chenko A., Lapshin V., Tolstousova V. Walking machines // Advances in Mechanics. 1992. Vol. 15, no. 1-2. P. 39-70.
7. Боровин Г.К., Буданов В.М., Девянин Е.А., Лапшин В.В., Мирный В.М., Охоцимский Д.Е., Платонов А. К. Основные проблемы и особенности проектирования многоцелевого гидравлического шагающего шасси. М.: ИПМ им. М.В. Келдыша РАН. 1995. 28 с. (Препринт / ИПМ им. М.В. Келдыша РАН; № 72)
8. Salmi S., Halme A. Implementing and Testing a Reasoning Based Free Gait Algorithm in the Six Legged Walking Machine “MECANT” // Proceedings of the 2nd IFAC Conference on Intelligent Autonomous Vehicles, Helsinki, Finland, 1995. P. 127-132.
9. Боровин Г.К., Костюк А.В. Математические модели гидравлического привода с LS управлением шагающей машины. М.: ИПМ им. М.В. Келдыша РАН. 2000. 28 с. (Препринт / ИПМ им. М.В. Келдыша РАН; № 56) . Режим доступа: http://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2000-56 (дата обращения 01.05.2014).
10. Raibert M., Blankespoor K., Nelson G., Plater R. BigDog, the Rough-Terrain Quadruped Robot // Proceedings of the 17th World Congress IFAC, 2008. P. 10822-10825.
11. Брискин Е.С., Жога В.В., Чернышев В.В., Малолетов А.В. Динамика и управление движением шагающих машин с цикловыми движителями. М.: Машиностроение, 2009. 188 с.
12. Ковальчук А.К., Кулаков Б.Б., Кулаков Д.Б., Семенов С.Е., Яроц В.В. Основы теории исполнительных механизмов шагающих роботов. М.: Изд-во "Рудомино", 2010. 170 с.
13. Лапшин В.В. Механика и управление движением шагающих машин. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. 199 с.
14. Кулаков Б.Б., Кулаков Д.Б., Беляев В.В. Антропоморфные роботы как новая сфера применения гидроприводов // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. №. 4. Режим доступа: http://engjournal.ru/catalog/machin/hydro/682.html (дата обращения 01.05.2014).
15. Брискин Е.С., Леонард А.В. Устойчивость поступательного движения шагающей машины с цикловыми движителями // Известия РАН. Теория и системы управления. 2013. № 6. С. 131-138. DOI:  10.7868/S0002338813040069
16. Павловский В.Е. О разработках шагающих машин. М.: ИПМ им. М.В. Келдыша РАН. 2013. 32 с. (Препринт / ИПМ им. М.В. Келдыша РАН; № 101). Режим доступа: http://library.keldysh.ru//preprint.asp?lg=r&id=2013-101 (дата обращения 01.05.2014).
17. McGhee R.B. Some Finite State Aspects of Legged Locomotion // Mathematical Biosciences. 1968. Vol. 2, no. 1-2. P. 67-84.
18. Бессонов А.П., Умнов Н.В. К вопросу о систематике походок шагающих машин // Машиноведение. 1975. № 6. С. 23-30.
19. Охоцимский Д.Е., Голубев Ю.Ф. Механика и управление движением автоматического шагающего аппарата. М.: Наука, 1984. 310 с.
20. Todd D.J. Walking Machines. An Introduction to Legged Robots. London: Kogan Page, 1985. 190 p.