Выбор кинематической структуры и исследование динамики древовидного исполнительного механизма робота-краба

В настоящее время большое внимание уделяется исследованию и созданию транспортных средств, использующих для своего перемещения принцип шагания. Возможность таких механизмов перемещаться при отсутствии сплошной колеи, по сильно пересеченной местности и в условиях завалов, а также их высокая проходимость, делает их применение более эффективным, по сравнению с гусеничными и колесными машинами, для выполнения специальных операций.

Исполнительные механизмы шагающих роботов имеют древовидную кинематическую структуру. Оптимальный выбор структуры таких механизмов и исследование их динамики является важной научно-технической задачей при их проектировании.

В статье рассмотрена кинематическая схема исполнительного механизма восьминогого шагающего робота, оснащенного двумя манипуляторами. В качестве биологического прототипа при выборе схемы использован скелет краба. Кинематика и динамика исполнительного механизма робота описана методом, основанным на совместном использовании матриц (4×4), имеющих широкое применение в робототехнике и теории графов. В системе MATLAB с помощью специально составленной программы моделирования исследована кинематика и динамика древовидного исполнительного механизма робота. Получены численные значения элементов матриц A(q), B(q, q&), C(q) и H(q), входящих в уравнение динамики робота, а также значения моментов в степенях подвижности.

Предложенный в работе алгоритм выбора древовидных кинематических структур исполнительных механизмов роботов и исследования их динамики, а также программа моделирования в системе MATLAB являются эффективным средством, позволяющим сократить сроки проектирования перспективных образцов шагающих роботов.

Литература

[1] Вукобратович М. Шагающие роботы и антропоморфные механизмы: Пер. с англ. М.: Мир, 1976. 541 с.

[2] Белецкий В.В. Двуногая ходьба. М.: Наука, 1984. 287 с.

[3] Ковальчук А.К., Кулаков Д.Б., Семенов С.Е. Управление исполнительными системами двуногих шагающих роботов. Теория и алгоритмы / Под ред. А.К. Ковальчука. М.: Изд-во МГОУ, 2007. 160 с.

[4] Ковальчук А.К., Ахметова Ф.Х., Водолажский В.В. Обзор моделей двуногих шагающих роботов / Под ред. А.К. Ковальчука. М.: Изд-во МГОУ, 2007. 92 с.

[5] Ковальчук А.К., Ахметова Ф.Х., Водолажский В.В. Роботы-футболисты. Проблемы создания и управления / Под ред. А.К. Ковальчука. М.: Изд-во МГОУ, 2007. 108 с.

[6] Лапшин В.В. Механика и управление движением шагающих машин. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. 200 с.

[7] Военные роботы Boston Dynamics http://ru.wikipedia. org/wiki/BigDog. (Дата обращения 15.04.2013).

[8] Pupkov K.A., Kovalchuk A.K., Kulakov D.B. Usage of Biological Prototypes for Kinematical Scheme Construction of Modern Robots // Preprints of the 13th IFAC Symposium on Information Control Problems in Manufacturing. 3–5 June 2009, Moscow. P. 1829–1834.

[9] Ковальчук А.К., Кулаков Д.Б., Семенов С.Е. Блочно-матричные уравнения движения исполнительных механизмов роботов с древовидной кинематической структурой // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2008. № 12. С. 5—21.

[10] Медведев В.С., Лесков А.Г., Ющенко А.С. Системы управления манипуляционных роботов. М.: Наука, 1978. 416 с.

[11] Зенкевич С.Л., Ющенко А.С. Основы управления манипуляционными роботами. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 480 с.

[12] Алексеева А.А., Таланов В.А. Графы и алгоритмы. Структуры данных. Модели вычислений. М.: Изд-во Бином, 2006. 319 с.

[13] Программа моделирования древовидных исполнительных механизмов шагающих роботов / А.К. Ковальчук, Л.А. Каргинов, Д.Б. Кулаков и др. Свидетельство о регистрации программ для ЭВМ № 2012610398. 10.01.2012.