Исследование установившихся периодических движений модулей ползающего робота при наличии внешних возмущений

Разработка и проектирование многомодульного ползающего робота требуют детальной проработки каждого аспекта его передвижения при реализации различных задач, одной из которых является удержание положения такого робота при воздействии на него вынуждающей силы. Данная задача решена для трехмодульного ползающего робота, где одна из крайних опор зафиксирована на поверхности, а другая находится под воздействием гармонической внешней силы, изменяющейся по закону меандра. Для этого предложена система управления модулями устройства, построенная на основе СТС-регулятора. Путем численного моделирования выполнено исследование количественных и качественных характеристик колебаний модулей робота в зависимости от отношения вертикальной составляющей амплитуды силы к горизонтальной и от рассогласования между ними по фазе. Установлено, что при равенстве вертикальной и горизонтальной составляющих амплитуды внешней силы колебания углов модулей осуществляются относительно заданных значений, в противном случае появляется статическая ошибка, которая возрастает по мере удаления указанного отношения от единицы.

Литература

[1] Yamada H., Takaoka S., Hirose S. A snake-like robot for real-world inspection applications (the design and control of a practical active cord mechanism). Advanced Robotics, 2013, vol. 27(1), pp. 47–60, doi: 10.1080/01691864.2013.752318

[2] Paap K.L., Christaller T., Kirchner F. A robot snake to inspect broken buildings. IEEE/RSJ Intern. Conf. on Intelligent Robots and Systems, Takamatsu, Japan, 2000, pp. 2079–2082, doi: 10.1109/IROS.2000.895277

[3] Fjerdingen S.A., P. Liljeback A., Transeth A. A snake-like robot for internal inspection of complex pipe structures (PIKo). IEEE/RSJ Intern. Conf. Intelligent Robots and Systems, October 11–15, 2009, St. Louis, USA, 2009, pp. 5665–5671, doi: 10.1109/IROS.2009.5354751

[4] Zuo Z., Wang Z., Li B., Ma S. Serpentine locomotion of a snake-like robot in water environment. IEEE Intern. Conf. on Robotics and Biomimetics, 2008, Bangkok, Thailand, March, 2009, pp. 25–30, doi: 10.1109/ROBIO.2009.4912974

[5] Chernousko F.L. Dynamics and optimization of multibody systems in the presence of dry friction. Constructive Nonsmooth Analysis and Related Topics, 2014, vol. 87, pp. 71–100.

[6] Dai J., Faraji H., Gong C., Hatton R.L., Goldman D.I., Choset H. Geometric Swimming on a Granular Surface. Robotics: Science and Systems, 2016, pp. 1–7, doi:10.15607/RSS.2016.XII.012

[7] Gravish N., Lauder G.V. Robotics-inspired biology. Journal of Experimental Biology, 2018, vol. 221(7), p. 138438, doi: 10.1242/jeb.138438

[8] Huang C.W., Huang C.H., Hung Y.H., Chang C.Y. Sensing pipes of a nuclear power mechanism using low-cost snake robot. Advances in Mechanical Engineering, 2018, vol. 10(6), doi: 10.1177/1687814018781286

[9] Takemori T., Tanaka M., Matsuno F. Gait Design for a Snake Robot by Connecting Curve Segments and Experimental Demonstration. IEEE Transactions on Robotics, 2018, vol. 34(5), pp. 1384–1391, doi: 10.1109/TRO.2018.2830346

[10] Zhen W., Gong C., Choset H. Modeling rolling gaits of a snake robot. IEEE Intern. Conf. on Robotics and Automation (ICRA), Seattle, USA, 2015, pp. 3741–3746.

[11] Tanaka M., Nakajima M., Suzuki Y., Tanaka K. Development and control of articulated mobile robot for climbing steep stairs. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2018, vol. 23(2), pp. 531–541, doi: 10.1109/TMECH.2018.2792013

[12] Pfotzer L., Klemm S., Ronnau A., Zollner J.M., Dillmann R. Autonomous navigation for reconfigurable snake-like robots in challenging, unknown environments. Robotics and Autonomous Systems, 2017, vol. 89, pp. 123–135, doi: https://doi.org/10.1016/j.robot.2016.11.010

[13] Holden C., Stavdahl O., Gravdahl J.T. Optimal dynamic force mapping for obstacle-aided locomotion in 2D snake robots. IEEE/RSJ Intern. Conf. on Intelligent Robots and Systems, Chicago, USA, 2014, pp. 321–328, doi: 10.1109/IROS.2014.6942579

[14] Kamegawa T., Kuroki R., Travers M., Choset H. Proposal of EARLI for the snake robot

[15] Ворочаева Л.Ю., Савин С.И., Яцун А.С. Исследование системы корректировки конфигурации трехзвенного ползающего робота Study of the work of the length correction system for a crawling robot changing its configuration. Мехатроника, автоматизация, управление, 2020, т. 21, № 4, c. 232–241, doi: 10.17587/mau.21.232-241

[16] Ворочаева Л.Ю., Савин С.И. Исследование работы системы управления длинами звеньев ползающего робота Investigation of operation of links length control system of the crawling robot. Сборник УБС, 2020, вып. 85, с. 258–287, doi: https://doi.org/10.25728/ubs.2020.85.11