Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Система управления шагающим роботом, адаптивным к изменению кинематической схемы

https://doi.org/10.17587/mau.22.601-609

Полный текст:

Аннотация

В последнее время в робототехнике получили широкое распространение шагающие мобильные роботы (ШМР) различного назначения. Особенно актуально их использование в задачах экстремальной робототехники, а именно: для помощи при проведении поисково-спасательных операций; перемещения грузов по сильно пересеченной местности; построения карт. Данные роботы также служат для исследования и описания частично или полностью недетерминированного рабочего пространства, а также обследования территорий, опасных для жизни человека. Одним из важнейших требований к таким ШМР является робастность их систем управления, при которой обеспечивается сохранение работоспособности ШМР как при изменении характеристик опорной поверхности, так и при более серьезных проблемах, в частности связанных с потерей управляемости или повреждением опорной конечности (ОК). При создании системы управления ШМР авторами предлагается использовать принципы генетического программирования, позволяющие адаптировать робот к возможным изменениям его кинематической схемы, а также к характеристикам опорной поверхности, по которой он передвигается. Данный подход не требует сильных вычислительных мощностей и строгой формальной классификации возможных повреждений ШМР. В статье рассмотрены два основных режима управления ШМР: штатный, который соответствует исправной кинематической схеме, и аварийный, при котором один или несколько приводов ОК повреждены или потеряли управляемость. В качестве примера предложена структура системы управления ШМР, кинематическая схема которого частично разрушается в процессе движения. Разработан способ управления таким роботом, основанный на использовании генетического алгоритма совместно с автоматом Мили. Проведено моделирование режимов перемещения ШМР с шестью ОК в программе V-REP для двух случаев повреждения: конечность отсутствует и конечность перестала функционировать. Представлены результаты моделирования аварийных походок для этих конфигураций ШМР. Показана эффективность предложенного метода в случае повреждения кинематической схемы ШМР. Выполнено сравнение результатов работы генетического алгоритма для ШМР, имеющего повреждения, со штатным алгоритмом управления.

Об авторах

А. С. Самойлова
Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет)
Россия

магистр

Москва



С. А. Воротников
Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет)
Россия

канд. тех. наук, доц.

Москва



Список литературы

1. Bartsch S. Development, control, and empirical evaluation of the six-legged robot SpaceClimber designed for extraterrestrial crater exploration // Artificial intelligence. 2014. Vol. 28. P. 127—131. DOI:10.1007/s13218-014-0299-y.

2. Назарова А. В., Мэйсинь Ч. Проблемы использования робототехнических систем в операциях спасения `при землетрясениях // Робототехника и техническая кибернетика. 2018. № 3(20). С. 31—38. DOI 10.31776/RTCJ.6303.

3. Roennau A., Heppner G., Nowickiand M., Dillmann R. LAURON V: A Versatile Six-Legged Walking Robot with Advanced Maneuverability // International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics. 2014. P. 82—87. DOI:10.1109/AIM.2014.6878051.

4. Юревич Е. И. Основы робототехники. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 416 с.

5. Bongard J., Zykov V., Lipson H. Resilient machines through continuous self-modeling // ScienceRobotics. 2006. 314 (5802), P. 1118—1121. DOI: 10.1126/science.1133687.

6. Cully A., Clune J. Robots that can adapt like animals // Nature. 2015. 521 (7553), P. 503—507. DOI:10.1038/nature14422.

7. Мунасыпов Р. А., Москвичев С. С. Методика синтеза стратегии движения автономного мобильного робота на основе эволюционных процессов // Вестник УГАТУ. 2012. Т. 16, № 3. С. 56—62.

8. Chatzilygeroudis K., Vassiliades V., Mouret J. Resetfree Trial-and-Error Learning for Robot Damage Recovery // Robotics and Autonomous Systems. 2018. Vol. 100. P. 236—250. DOI:10.1016/j.robot.2017.11.010.

9. Бураков М. В. Генетический алгоритм: теория и практика: учеб. пособие. СПб.: ГУАП, 2008. 164 с.

10. Гасников А. В. Современные численные методы оптимизации. Метод универсального градиентного спуска: Учеб. пособие. М.: МФТИ, 2018. 291 с.

11. Ramdya P., Thandiackal R., Cherney R. Climbing favours the tripod gait over alternative faster insect gaits // Nature Communications. 2017. 8 (1), 14494. DOI: 10.1038/ncomms14494.

12. Михайлова В. В., Соловьева Т. Н., Попов В. П. Моделирование кинематики шагающего робота // Информационно-управляющие системы. 2015. № 6 (79). С. 50—56.

13. Перов А. И., Харисов В. Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования. М.: Радиотехника, 2010. 800 с.

14. Гречишкин М. Н. Система технического зрения для обнаружения движения в видеопотоке // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. № 9. С. 66—70.

15. Воротников С. А. Информационные устройства робототехнических систем: Учеб. пособие / Под ред. С. Л. Зенкевича, А. С. Ющенко. М: Изд. МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. 383 с.

16. Антонов А. В., Воротников С. А., Выборнов Н. А. Система управления трехопорным колесно-шагающим роботом // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2016. № 2 (34). С. 58—69.

17. Ющенко А. С. Маршрутизация движения мобильного робота в условиях неопределенности // Мехатроника, автоматизация, управление. 2004. № 1. С. 31—38.

18. Erazo A. S. Terrain Adaptive Gaits for Hexapod Robots // Electronic Engineer in Automation and Control. 2014. V. 10. P. 513—528.

19. Бжихатлов И. А. Моделирование робототехнических систем в программе V-REP: учеб. пособие. СПб.: Университет ИТМО, 2018. 59 с.

20. Eric Rohmer, Surya P. N. Singh. CoppeliaSim (formerly V-REP): a versatile and scalable robot simulation framework // Proc. of The International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). 2013. URL: https://www.coppeliarobotics.com/coppeliaSim_v-rep_iros2013.pdf, 6 p.

21. Самойлова А. С., Груничев П. А., Воротников С. А. Система управления шагающим мобильным роботом с использованием генетического алгоритма // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 10. С. 153—162.


Для цитирования:


Самойлова А.С., Воротников С.А. Система управления шагающим роботом, адаптивным к изменению кинематической схемы. Мехатроника, автоматизация, управление. 2021;22(11):601-609. https://doi.org/10.17587/mau.22.601-609

For citation:


Samoylova A.S., Vorotnikov S.A. The Walking Robot Control System that is Adaptive to Changes in the Kinematics. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2021;22(11):601-609. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.22.601-609

Просмотров: 49


ISSN 1684-6427 (Print)
ISSN 2619-1253 (Online)