Об устойчивости плоского движения мобильных роботов с шагающими движителями, работающими в "тянущем" режиме

Рассматриваются мобильные роботы с шагающими движителями, работающими в "тянущем" режиме, который, как правило, является неустойчивым. Это объясняется заклиниванием движителя за счет ортогональности действующего усилия возможному перемещению точки приложения. Ставится задача разработки такого алгоритма управления роботом, состоящего в целенаправленном изменении геометрической ориентации движителей, управляемых приводом поворота, который обеспечит устойчивое движение. Предложен метод управления ориентацией плоскости шагания при ее начальном отклонении от программного положения, основанный на реализации дискретного алгоритма управления, который предусматривает введение такой кусочно-постоянной функции на каждом шаге движителя, получившего начальное возмущение, которая обеспечит выход на устойчивый режим движения за конечное число шагов. На первом шаге, как и на последующих, выполняется управление изменением ориентации плоскостей шагания движителей, связанных с рулевым управлением, и тем самым изменяется направление движения корпуса робота. Описанный алгоритм предполагает выполнение двух необходимых условий: наличие информационно-измерительной системы, контролирующей ориентацию плоскостей шагания, и обеспечение достаточности сил взаимодействия стоп, управляемых рулевым управлением движителей, с опорной поверхностью для отсутствия проскальзывания. Представлен алгоритм управления "зависимыми" движителями (отрабатывающими программное поступательное движение корпуса) с учетом того, что их ориентация зависит от ориентации управляемых, заключающийся в изменении длины шага, которую также следует определять для обеспечения устойчивости движения. Основной задачей управления "зависимыми" движителями, не изменяющими ориентацию своей плоскости шагания в начальный момент времени, является определение точек постановки стоп за счет изменения длины шага в соответствии с установленными критериями и конструктивными ограничениями, в частности, энергетической эффективностью, максимальными усилиями в приводах, максимальной и минимальной длиной шага. На заключительном этапе корректировки движения за счет выполнения последовательности действий движитель начнет работать в устойчивом "толкающем" режиме. Установлено, что "тянущий" режим работы шагающего движителя может являться устойчивым, при соответствующем управлении.

1. Охоцимский Д. Е., Голубев Ю. Ф. Механика и управление движением автоматического шагающего аппарата. М.: Наука, 1984. 310 с.

2. Павловский В. Е. О разработках шагающих машин // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша. 2013. № 101. 32 с.

3. Малолетов А. В., Брискин Е. С. Оптимизация структуры, параметров и режимов движения шагающих машин со сдвоенными движителями. Волгоград: ВолгГТУ, 2015. 174 с.

4. Артоболевский И. И., Умнов Н. В. Некоторые проблемы создания шагающих машин // Вестник АН СССР. 1969. № 2. С. 22—27.

5. Умнов Н. В., Тартаковский И. И. О выборе структурной схемы шагающей машины // Машиноведение. 1966. № 6. С. 47.

6. Лепетухин К. Ю., Калинин Я. В., Малолетов А. В., Брискин Е. С. Управление движением группы сочлененных роботов в анизотропной и неоднородной среде // XII мультиконференция по проблемам управления (МКПУ-2019) (Дивноморское, Геленджик, 23—28 сентября 2019 г.): материалы конф. В 4 т. Т. 2. Ростов-на-Дону; Таганрог, 2019. C. 17—19.

7. Брискин Е. С., Вершинина И. П., Малолетов А. В., Шаронов Н. Г. Об управлении движением шагающей машины со сдвоенными ортогонально-поворотными движителями // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2014. № 3. С. 168.

8. Меркин Д. Р. Введение в теорию устойчивости движения. М.: Наука, 1976. 305 с.

9. Моисеев Н. Н. Асимптотические методы нелинейной механики. М.: Наука, 1969. 379 с.

10. Игнатьев М. Б., Кулаков Ф. М., Покровский А. М. Алгоритмы управления роботами и манипуляторами. М.: Машиностроение, 1972. 248 с.

11. Брискин Е. С., Соболев В. М. Тяговая динамика шагающих машин с ортогональными движителями // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1990. № 3. С. 28—34.