Статья:

Классификация шагающих роботов

Конференция: III Студенческая международная научно-практическая конференция «Технические и математические науки. Студенческий научный форум»

Секция: Технические науки

Выходные данные
Помазков Н.А., Потапов А.А. Классификация шагающих роботов // Технические и математические науки. Студенческий научный форум: электр. сб. ст. по мат. III междунар. студ. науч.-практ. конф. № 3(3). URL: https://nauchforum.ru/archive/SNF_tech/3(3).pdf (дата обращения: 08.12.2019)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Классификация шагающих роботов

Помазков Никита Александрович
студент, ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» Филиал в г. Калуга, Россия, Калуга
Потапов Андрей Алексеевич
студент, ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» Филиал в г. Калуга, Россия, Калуга
Лапиков Антон Леонидович
научный руководитель, ассистент, ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» Филиал в г. Калуга, Россия
Масюк Владимир Михайлович
научный руководитель, канд. физ. –мат. наук, доцент ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» Филиал в г. Калуга, Россия, Калуга

 

Введение

Существует огромное число разнообразных роботов, соответственно существует и огромное число вариантов классификации роботов: по размеру и форме, по функциональному назначению, по типу программной логики и т.д. Классификация по возможности передвижения является одной из наиболее важных классификаций, согласно которой все роботы делятся на не передвигающихся и передвигающихся (в дальнейшем мобильных). В данной работе рассматривается крупный класс мобильных роботов – шагающие роботы, проводится анализ и структурирование существующих технических решений, а также приводится классификация шагающих роботов. Целью работы является определение наиболее оптимального вида шагающих роботов по различным параметрам, с целью дальнейшего создания технических заданий.

Обзор существующих технических решений

Одной из наиболее развитых вариаций антропоморфного робота можно назвать Atlas(Рис.2).Atlas – проект американской компании Boston Dynamics, являющейся одной из наиболее известных в робототехнической среде[1].

 

Рисунок 1. Atlas

 

Atlas обладает 28 сочленениями. Робот способен удерживать равновесия после прыжков и после того как его толкнули, оснащен системой ЛИДАР, позволяющей ему ориентироваться на местности [2].

Помимо Atlas Boston Dynamics создали ряд четвероногих роботов – Spot, Spotmini, WildCat и BigDog(Рис.3) [1].

 

Рисунок 2. Spot,Spotmini, WildCat, BigDog (слева на право)

 

Каждый робот помимо базовых характеристик имеет свои собственные конструкционные особенности. Spot и Spotmini являются тихими роботами,которые могут быть использованы не только на заводах но и в бытовых условиях, для этого они могут быть оборудованы манипуляторами с 5 степенями подвижности. WildCat является самым быстрым из всех известных роботов – он способен развивать скорость до 32 километров в час, сохраняя при этом маневренность и статическую устойчивость. BigDog до недавнего времени разрабатывался по контракту Армии США в качестве грузового робота,способного перемещаться там, где не сможет проехать транспорт. Данный робот способен поднимать до 150 кг веса при это сохраняя скорость в 10 километров в час даже на труднопроходимой местности.

Робот KMR-M6 (рисунок 4) - продукт японской компании Kondo [3].

 

Рисунок 3. KMR-M6

 

Каждый из его движителей обладает двумя серводвигателями KondoKRS-2552HV ICS RedVersion – для горизонтального и вертикального перемещения. Робот KMR-M6 управляется платой RCB-4HV, отвечающей за перемещение движителей робота, обладает батареей в 800 mAh. Размеры робота: 20 см в высоту и 30 см в ширину. Также предоставлена возможность добавить к роботу необходимые комплектующие, Например, дополнительные движители, сенсоры, камеры и т.д. Стоимость KMR-M6 $880.

CMU Field Robotics Center (FRC) разработала DanteII(Рисунок 5) c целью исследования вулкана Сперр. Робот собирал данные о температуре и газах в жерле [4].

 

Рисунок 4. Dante II

 

Классификация шагающих роботов

Шагающих роботов можно классифицировать по количеству их движителей:

· роботы с 2 движителями (антропоморфные);

· роботы с 4 движителями (анимаморфные);

· роботы с 6 движителями (инсектоморфные);

· роботы с 8 движителями (арахноморфные);

· роботы с нечетным количеством движителей;

· роботы с количеством движителями более 8.

Антропоморфные роботы представляют собой механизмы, конструкция которых напоминает строение тела человека, либо двуногих животных. Конструкторы сталкиваются с двумя крупными проблемами в ходе создания подобных машин: контроль стабильности и контроль движения [5]. Устойчивость антропоморфного робота может быть повышена увеличением площади соприкосновения с поверхностью, однако подобные действия резко снижают мобильность. Для улучшения контроля движения применяются различные сенсоры и гироскопы, приближенные к чувству равновесия человека [6].

Конструкция шагающего робота с четырьмя движителями обладает оптимальным соотношением большой устойчивости, быстроходности, массы, энергоэффективности и простоты управления по сравнению с моделями шагающих роботов с большим количеством движителей и более простыми алгоритмами по сравнению с роботами с 2 движителями. Однако явное управление изменением направления перемещения центра тяжести после каждого шага робота приводит к тому, что на малых скоростях четвероногий робот в отличие от животных передвигается неестественной рыскающей из стороны в сторону походкой [7].

Шестиногие шагающие роботы являются самой многочисленной и популярной из всех когда-либо и где-либо разработанных категорий механизмов, способных перемещаться с помощью искусственных ног, что обусловлено тем, что проблемы обеспечения статической устойчивости движущихся шестиногих аппаратов решаются относительно просто по сравнению с другими конструкциями. Одной из проблем, которой уделяется внимание при проектирование подобных аппаратов является низкое КПД, в следствие недостаточной энергоэффективности по сравнению с колесными аппаратами.

При создании восьминогих роботов необходимо решать проблемы схожие с проблемами при проектировании шестиногих роботов. КПД арахноморфных машин будет ниже из-за большего энергопотребления, однако их устойчивость и маневренность будет выше, чем у роботов с меньшим числом движителей.

Роботы с нечетным количеством движителей практически не распространены из-за сложности проектирования. Для создания таких роботов необходимо решить проблему обеспечения статической устойчивости при движении.

Заключение

В работе получены следующие результаты:

1. Проведен анализ различных существующих технических решений

2. Составлена классификация мобильных роботов по числу движителей, рассмотрены достоинства и недостатки каждого типа роботов.

3. Выбран тип роботов с 4 движителями, как наиболее оптимальный в плане характеристик и сложности выполнения технического задания по созданию подобного аппарата.

 

Список литературы:
1. Boston Dynamics Страница [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.bostondynamics.com
2. Lidar [Электронный ресурс] Режим доступа: http://pro.arcgis.com/ru/pro-app/help/data/las-dataset/what-is-lidar-.htm
3. KMR-M6 Страница [Электронный ресурс] Режим доступа: http://kondo-robot.com/product/kmr-m6-ver-2
4. DanteII Страница [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.frc.ri.cmu.edu/projects/danteII
5. Тодд, Д. Дж.Шагающие машины [Текст]/ Тодд, Д. Дж. - М: Springer US, 1985. 190 с.
6. Макаров, И. М. Робототехника. История и перспективы/ И. М.Макаров, Ю.И. Топчеев – М.: Наука, 2003.
7. Ганзалес де Сантос, П. Четырехногое движение/ Ганзалес де Сантос, П – М.: Springer-Verlag London, 2006. 268с.