НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o102.pdf (1170.34Кб)

УДК 621.86

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

Создаваемые в настоящее время шагающие роботы часто имеют в качестве биологических прототипов высших позвоночных животных, в том числе и человека, что объясняется совершенством кинематических структур последних. Однако современный уровень техники не позволяет разработчику в полной мере реализовывать кинематическую структуру выбранного биологического прототипа. Поэтому исследования, направленные на создание методов, позволяющих синтезировать сложные пространственные древовидные кинематические структуры, весьма актуальны.
Изложены результаты синтеза кинематической схемы древовидного исполнительного механизма робота-стегозавра. Синтез проведён с использованием модифицированной системы координат Денавита-Хартенберга и алгоритма восстановления кинематической схемы биологического прототипа по фотографическим изображениям его скелета. Предполагается, что звенья скелета являются абсолютно жёсткими и соединены между собой кинематическими парами 5-го класса. На электронных фотографиях скелета произведена отметка точками геометрических центров суставов и с помощью программы Microsoft Paint вычислены их координаты. В соответствии с правилами Денавита-Хартенберга выбраны направления осей координат в центрах суставов. Построена кинематическая схема исполнительного механизма робота-стегозавра. Определены численные значения модифицированных параметров Денавита-Хартенберга для основных и вспомогательных систем координат.
Полученная кинематическая схема не повторяет в точности кинематическую схему биологического прототипа. Однако принятые в предложенном методе допущения о наличии только кинематических пар 5-го класса в значительной мере облегчают реализацию синтезированной кинематической схемы на практике. Рассмотренный подход позволяет получить варианты кинематической схемы с требуемым приближением к биологическому прототипу, предоставляя разработчику право выбора наиболее приемлемого в соответствии с выбранными критериями.
Полученные результаты могут послужить основанием для дальнейших исследований, направленных на создание робота-стегозавра.

1. Gurfinkel V.S., Gurfinkel E.V., Shneider A.Yu., Devianin E.A., Lensky A.V., Shtilman L.G. Walking Robot with Supervisory Control // Mechanism and Machine Theory. 1981. Vol . 16 , no . 1 . P . 31-36. DOI : 10.1016/0094-114X(81)90047-1
2. Девянин Е.А., Карташев В.А., Ленский А.В., Шнейдер А.Ю. Силовая обратная связь в системе управления шагающего аппарата // Исследование робототехнических систем: сб. ст. М.: Наука, 1982. С. 147-159.
3. Devianin E.A., Gurfinkel V.S., Gurfinkel E.V., Kartashev V.A., Lensky A.V., Shneider A.Yu., Shtilman L.G. The Six-legged Walking Robot Capable of Terrain Adaption // Mechanism and Machine Theory. 1983. Vol . 18 , no . 4 . P . 257-260. DOI : 10.1016/0094114X(83)90114-3
4. Охоцимский Д.Е., Голубев Ю.Ф. Механика и управление движением автоматического шагающего аппарата. М .: Наука , 1984. 312 с .
5. Okhotsimsky D.E., Platonov A.A., Cirilchenko A.A., Lapshin V.V. Walking machines // Advanced in Mechanics. 1992. Vol. 15, no . 1-2. P . 3 9-70.
6. Лапшин В.В. Модельные оценки энергозатрат шагающего аппарата // Известия РАН. Механика твёрдого тела. 1993. № 1. С . 38-43.
7. Vukobratovic M. Active exoskeletal systems and beginning of the development of humanoid robotics // In: Monograph of ANS: Academy of Nonlinear Sciences. Advances in Nonlinear Sciences II – Sciences and Applications. Vol. 2. Belgrade, 2008. P . 329-348.
8. Аустен Я., Формальский А.М., Шевалльро К. Виртуальный четырёхногий робот: конструкция, управление, моделирование, эксперименты // Фундаментальная и прикладная математика. 2005. Т . 11, № 8. С . 5-28.
9. Aoustin Y., Formalskii A.M. 3D Walking Biped: Optimal Swing of the Arms // Multibody System Dynamics. 2013. Vol . 32, no . 1. P . 55-66. DOI: 10.1007/s11044-013-9378-3
10. Лавровский Э.К., Письменная Е.В. О регулярной ходьбе экзоскелетона нижних конечностей при дефиците управляющих воздействий // Российский журнал биомеханики. 2014. Т . 18, № 2. С . 208-225
11. Аведиков Г.Е., Жмакин С.И., Ибрагимов В.С., Иванов А.В., Кобрин А.И., Комаров П.А., Костенко А.А., Кузнецов А.С., Кузмичев А.В., Лавровский Э.К., Мартыненко Ю.Г., Митрофанов И.Е., Письменная Е.В., Формальский А.М. Экзоскелет: конструкция, управление // XII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2014 (Москва, 16-19 июня 2014 г.): тр. М.: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2014. С. 84-90.
12. Kazerooni H., Steger R. The Berkeley Lower Extremity Exoskeleton // ASME Journal of Dynamics Systems, Measurements and Control. 2006. Vol. 128, iss. 1. P. 14-25. DOI: 10.1115/1.2168164
13. Kazerooni H., Steger R., Huang L. Hybrid Control of the Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX) // The International Journal of Robotics Research. 2006. Vol. 25, no. 5-6. P. 561-573. DOI: 10.1177/0278364906065505
14. Sankai Y. HAL: Hybrid Assistive Limb based on Cybernics. COE Cybernics, System and Information Engineering, University of Tsukuba, Japan // Sankai Laboratory. Cybernics Group : website . Режим доступа:http://sanlab.kz.tsukuba.ac.jp/sonota/ISSR_Sankai.pdf (дата обращения 28.01.2015).
15. Hanlon M. Raytheon XOS 2: Second-Generation Exoskeleton. Robotics Suit, United States of America // gizmag: website. Режим доступа: www.gizmag.com/raytheon-significantly-progresses-exoskeletondesign/16479 (дата обращения 28.01.2015).
16. Rixen D. Biped Robot Johnnie // Institute of Applied Mechanics at the Technical University of Munich: website. Режим доступа:http://www.amm.mw.tum.de/en/research/current-projects/humanoid-robots/johnnie/ (дата обращения 28.01.2015).
17. BigDog - The Most Advanced Rough-Terrain Robot on Earth // Boston Dynamics: website. Режим доступа: http://www.bostondynamics.com/robot_bigdog.html (дата обращения 28.01.2015).
18. LS3 – Legged Squad Support Systems // Boston Dynamics: website. Режим доступа:http://www.bostondynamics.com/robot_ls3.html (дата обращения 28.01.2015).
19. CHEETAH - Fastest Legged Robot // Boston Dynamics: website. Режим доступа: http://www.bostondynamics.com/robot_cheetah.html (дата обращения 28.01.2015).
20. ASIMO by Honda: website . Режим доступа: http://asimo.honda.com (дата обращения 28.01.2015).
21. Atlas – The Agile Anthropomorphic Robot // Boston Dynamics: website. Режим доступа: http://www.bostondynamics.com/robot_Atlas.html (дата обращения 28.01.2015).
22. Ковальчук А.К. Выбор кинематической структуры и исследование древовидного исполнительного механизма робота-собаки // Известия вузов. Машиностроение. 2011. № 8. С . 65-73.
23. Ковальчук А.К. Выбор кинематической структуры и исследование динамики древовидного исполнительного механизма робота-краба // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2013. № 7. С . 73-79.
24. Ковальчук А.К., Семенов С.Е., Каргинов Л.А., Кулаков Д.Б., Верейкин А.А., Яроц В.В. Выбор кинематической структуры и исследование динамики древовидного исполнительного механизма робота-треножника // Инженерный вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2013. № 10. Режим доступа: http://engbul.bmstu.ru/doc/654481.html (дата обращения 01.04.2015).
25. Ковальчук А.К. Проектирование исполнительного механизма антропоморфного шагающего робота // Естественные и технические науки. 2014. № 2 (70). С . 162-166.
26. Ковальчук А.К., Ромашко А.М., Верейкин А.А., Каргинов Л.А., Малякина Е.А., Ста-тива В.А. Кинематический и динамический анализ исполнительного механизма шестиногого шагающего робота // XIV Международная научно-практическая конференция “Современное состояние естественных и технических наук” (14.03.2014): матер. М.: "Спутник +", 2014. С. 60-79.
27. Ковальчук А.К., Ромашко А.М., Верейкин А.А., Каргинов Л.А., Малякина Е.А., Статива В.А. Определение моментов в сочленениях шестиногого шагающего робота // Теоретические и прикладные аспекты современной науки. 2014. № 3-1. С. 78-85.
28. Верейкин А.А., Ковальчук А.К., Кулаков Д.Б., Семенов С.Е. Анализ и выбор кинематической структуры исполнительного механизма экзоскелета // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электронный журнал. 2014. №7. С . 72-93. DOI:10.7463/0714.0717676
29. Верейкин А.А., Ковальчук А.К., Каргинов Л.А. Исследование динамики исполнительного механизма экзоскелета нижних конечностей с учётом реакций опорной поверхности // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электронный журнал. 2014. № 12. С. 256-278. DOI:10.7463/1214.0745388
30. Брискин Е.С., Чернышев В.В., Малолетов А.В., Шаронов Н.Г., Серов В.А., Мироненко К.Б., Устинов С.А. Отработка методов удалённого управления движением шагающего робота “Ортоног” // Электротехнические системы и комплексы. 2013. № 21. С . 153-160.
31. Пупков К.А., Ковальчук А.К., Кулаков Б.Б. Использование биологических прототипов при построении кинематических схем современных шагающих роботов // Вестник РУДН. Инженерные исследования . 2009. № 4. С . 44-54.
32. Pupkov K.A., Kovalchuk A.K, Kulakov B.B. Usage of Biological Prototypes for Kinematical Scheme Construction of Modern Robots // Preprints of the 13th IFAC Symposium on In-formation Control Problems in Manufacturing. 3-5 June 2009. Moscow, 2009. P. 1829-1834.