СПОСОБЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ДВУНОГИХ РОБОТОВ В ПОЛОЖЕНИИ
СТОЯ НА ПОДВИЖНОЙ ОПОРЕ

Базылев Дмитрий Николаевич, Пыркин Антон Александрович, Маргун Алексей Анатольевич, Зименко Константин Александрович, Кремлев Артем Сергеевич, Ибраев Денис Дамирович, Чех Мартин

doi:10.17586/2226-1494-2015-15-3-418-425

2015 , ТОМ 15, НОМЕР 3 ( май-июнь )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

doi: 10.17586/2226-1494-2015-15-3-418-425

УДК 681.51

СПОСОБЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ДВУНОГИХ РОБОТОВ В ПОЛОЖЕНИИ СТОЯ НА ПОДВИЖНОЙ ОПОРЕ

Базылев Д.Н., Пыркин А.А., Маргун А.А., Зименко К.А., Кремлев А.С., Ибраев Д.Д., Чех М.

Читать статью полностью

Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Базылев Д.Н., Пыркин А.А., Маргун А.А., Зименко К.А., Кремлев А.С., Ибраев Д.Д., Чех М. Способы стабилизации двуногих роботов в положении стоя на подвижной опоре // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 3. С. 418–425.

Аннотация

Предмет исследования. Рассматривается задача стабилизации двуногих шагающих роботов на поверхности, угол наклона и угловая скорость которой изменяется произвольно в ограниченном диапазоне. Методы. Предлагаются два способа стабилизации двуногих роботов. В первом способе требуется построение кинематической и динамической моделей робота. Динамические уравнения получены с помощью метода Эйлера–Лагранжа. Алгоритм управления основан на методе инверсной динамики, при котором исходная нелинейная динамическая модель линеаризуется обратной связью. Во втором способе стабилизации используется только кинематическая модель робота. Для данного подхода разработан гибридный регулятор. При низких угловых скоростях подвижной опоры стабилизация робота выполняется ПД-регулятором по ошибке углов отклонения вала сервоприводов. При относительно высоких угловых скоростях опоры в управлении дополнительно используются измерения гироскопа, установленного в торсе робота. В качестве цели управления для двух подходов было выбрано условие поддержания центра масс робота над центром опоры для обеспечения устойчивого положения. Основные результаты. Работоспособность и эффективность предложенных способов стабилизации двуногих роботов на подвижной поверхности продемонстрированы на примерах численного моделирования. Оба способа обеспечивают устойчивость балансирующих роботов при изменении угла наклона и угловой скорости подвижной поверхности в диапазонах (50; 50) и (40 / c; 40 / c) соответственно. Проведен сравнительный анализ данных подходов при одинаковых требованиях к показателям качества переходных процессов: время переходного процесса 0,2 с п t  и перерегулирование   0%. Определены условия, при которых каждый из способов управления будет более эффективным при реализации на практике.

Ключевые слова: шагающий робот, подвижная опора, стабилизация, система управления.

Благодарности. Работа выполнена при государственной финансовой поддержке ведущих университетов Российской Федерации (суб-сидия 074-U01). Работа была поддержана Министерством образования и науки Российской Федерации (проект 14.Z50.31.0031).

Список литературы

1. Berkemeier M.D., Fearing R.S. Control of a two-link robot to achieve sliding and hopping gaits // Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation. Nice, France, 1992. V. 1. P. 286–291.

2. Collins S., Ruina A., Tedrake R., Wisse M. Efficient bipedal robots based on passive-dynamic walkers // Science. 2005. V. 307. N. 5712. P. 1082–1085. doi: 10.1126/science.1107799

3. Grizzle W., Abba G., Plestan F. Asymptotically stable walking for biped robots: analysis via systems with impulse effects // IEEE Transactions on Automatic Control. 2001. V. 46. N 1. P. 51–64. doi: 10.1109/9.898695

4. Westervelt E.R., Grizzle J.W., Chevallereau C., Choi J.H., Morris B. Feedback Control of Dynamic Bipedal Robot Locomotion. Boca Raton-London-New York: CRC Press, 2007. 528 p.

5. Goswami A., Espiau B., Keramane A. Limit cycles in a passive compass gait biped and passivity-mimicking control laws // Autonomous Robots. 1997. V. 4. N 3. P. 273–286.

6. Freidovich L.B., Mettin U., Shiriaev A.S., Spong M.W. A passive 2-DOF walker: hunting for gaits using virtual holonomic constraints // IEEE Transactions on Robotics. 2009. V. 25. N 5. P. 1202–1208. doi: 10.1109/TRO.2009.2028757

7. McGeer T. Passive dynamic walking // International Journal of Robotics Research. 1990. V. 9. N 2. P. 62–

82.

8. Shiriaev A., Perram J.W., Canudas-de-Wit C. Constructive tool for orbital stabilization of underactuated nonlinear systems: virtual constraints approach // IEEE Transactions on Automatic Control. 2005. V. 50. N 8. P. 1164–1176. doi: 10.1109/TAC.2005.852568

9. Shiriaev A., Robertsson A., Perram J., Sandberg A. Periodic motion planning for virtually constrained mechanical system // Proc. 44th IEEE Conference on Decision and Control, and the European Control Conference (CDC ECC'05). Seville, Spain, 2006. V. 2005. P. 4035–4040. doi: 10.1109/CDC.2005.1582793

10. Eaton M. Evolutionary humanoid robotics: past, present and future // Lecture Notes in Computer Science. 2007. V. 4850 LNAI. P. 42–52.

11. Thai C.N., Paulishen M. Using robotis bioloid systems for instructional robotics // Proc. IEEE Southeast Conference 2011. Nashville, USA, 2011. P. 300–306. doi: 10.1109/SECON.2011.5752954

12. Rokbani N., Zaidi A., Alimi A.M. Prototyping a biped robot using an educational robotics kit // Proc. Int. Conf. on Education and e-Learning Innovations (ICEELI 2012). Sousse, Tunisia, 2012. Art. 6360682. doi: 10.1109/ICEELI.2012.6360682

13. Bazylev D., Pyrkin A. Stabilization of biped robot standing on nonstationary plane // Proc. 18th IEEE Int. Conf. on Methods and Models in Automation and Robotics (MMAR 2013). Miedzyzdroje, Poland, 2013. P. 459–463.

14. Bazylev D., Kremlev A., Margun А., Zimenko K. Control system of biped robot balancing on board // Proc. 19th Int. Conf. on Methods and Models in Automation and Robotics (MMAR 2014). Miedzyzdroje, Poland, 2014. P. 794–799. doi: 10.1109/MMAR.2014.6957457

15. Spong M.W., Hutchinson S., Vidyasagar M. Robot Modeling and Control. NY: Wiley, 2005. 496 p.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License