Решение задач кинематики и динамики для трехопорного колесно-шагающего робота

Рассмотрена кинематическая схема трехопорного колесно-шагающего робота, а также его конструкция, построенная в среде SolidWorks. Показаны возможные способы перемещения робота и кратко описан алгоритм его движения в режиме ходьбы. Составлены уравнения, описывающие решение прямой и обратной позиционных задач, с использованием матриц перехода, построенных по правилам Денавита–Хартенберга. На основе уравнений Ньютона–Эйлера и упруговязкой модели взаимодействия ног робота с опорной поверхностью выведены выражения для решения обратной задачи динамики при движении робота в режиме ходьбы. Выполнено математическое моделирование составленных уравнений в среде MATLAB с использованием пакета SimMechanics. Получены и проанализированы результаты моделирования, характеризующие решение обратной позиционной задачи в виде значений обобщенных координат и решение обратной задачи динамики в виде моментов нагрузки в шарнирах робота при известных геометрических и масс-инерционных параметрах робота и заданном алгоритме движения.

Литература

[1] Павловский В.Е. О разработках шагающих машин. Москва, Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша, 2013. 32 с.

[2] Колесные планетоходы ВНИИТМ. URL: http://www.enlight.ru/post/6055/vniitm.pdf (дата обращения 19 ноября 2016).

[3] ATHLETE (All-Terrain, Hex-Limbed, Extra-Terrestrial Explorer). URL: http://www.nasa.gov/pdf/390539main_Athlete%20Fact%20Sheet.pdf (дата обращения 19 ноября 2016).

[4] Muller G., Schneider M., Hiller M. Modeling, simulation, and mod-el-based control of the walking machine ALDURO. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2000, vol. 5, no. 2, pp. 142–152.

[5] Ottaviano E., Vorotnikov S., Ceccarelli M., Kurenev P. Design Improvements and Control of a Hybrid Walking Robot. Robotics and Autonomous Systems, 2011, vol. 59, is. 2, pp. 128–141.

[6] Gronowicz A., Szrek J. Idea of a quadruped wheel-legged robot. Archive of Mechanical Engineering, 2009, vol. 56, is. 3, pp. 253–278.

[7] Szrek J., Wojtowicz P. Idea of wheel-legged robot and its control system design. Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences, 2010, vol. 58, is. 1, pp. 43–50.

[8] Heaston J., Hong D., Morazzani I., Ren P., Goldman G. STriDER: Self-Excited Tripedal Dynamic Experimental Robot. IEEE International Conference on Robotics and Automation, article no. 4209509, pp. 2776–2777.

[9] Антонов А.В., Воротников С.А., Выборнов Н.А. Система управления трехопорным колесно-шагающим роботом. Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии, 2016, № 2, с. 58–69.

[10] Glazunov V.A., Kheylo S.V. Dynamics and control of planar, translational, and spherical parallel manipulators (Book Chapter). Dynamic Balancing of Mechanisms and Synthesizing of Parallel Robots, Springer, 2016, pp. 365–403.

[11] Glazunov V., Nosova N., Ceccarelli M. Kinematics of a 6 DOFs Manipulator with a Interchangeable Translation and Rotation Motions. Recent Advances in Mechanism Design for Robotics. Proceedings of the 3rd IFToMM Symposium on Mechanism Design for Robotics, Springer International Publishing Switzerland, 2015, pp. 407–416.

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

[13] Craig J.J. Introduction to Robotics: Mechanics and Control. Pearson, 2004. 408 p.

[14] Villumsen S. Modelling and control of a six-legged mobile robot. Master’s thesis. Aalborg University, Aalborg, 2010. 216 p.

[15] SimMechanics 2. User’s Guide. The MathWorks, Natick, 2007. 840 p.

[16] Silva M. Multi-legged walking robot modelling in MATLAB/SimMechanics and its simulation. 8th EUROSIM Congress on Modelling and Simulation, 2013, pp. 226–231.