Расчёт и определение области устойчивости образовательного антропоморфного робота
- Авторы: Ипатов Д.В.1, Петров К.В.1, Чернобрывец М.А.2, Кулагин К.А.3
-
Учреждения:
- ФГБОУ ВО Московский политехнический университет
- ФГАОУ ВО Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (Национальный исследовательский университет)
- ФГБУН Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
- Выпуск: № 117 (2025)
- Страницы: 141-170
- Раздел: Математическая теория управления
- URL: https://journals.rcsi.science/1819-2440/article/view/360561
- DOI: https://doi.org/10.25728/ubs.2025.117.7
- ID: 360561
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Рассматривается разработка и исследование образовательного антропоморфного робота комплекта «СТЕМ Академия». Для анализа кинематических характеристик использована методика Денавита – Хартенберга. Для расчета действующих на робота внешних сил была составлена динамическая модель, учитывающая действующие на приводы силы тяжести на основе метода Ньютона – Эйлера. Построена модель зависимости точки нулевого момента от углов поворота сервоприводов с учетом положения центра масс каждого звена. Проведено экспериментальное определение точки нулевого момента с использованием датчиков деформации, результаты которого были сравнены с теоретическими данными. Введен новый термин «область гарантированной статической устойчивости» (ОГСУ), являющийся подмножеством понятия «области устойчивости» и дополняющийся учетом технологических факторов. Проведен экспериментальный анализ ОГСУ, который показал, что ОГСУ не соответствует размерам области устойчивости, описываемым физическим контуром стопы. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов показало, что рассчитанную математическую модель возможно интегрировать в систему управления антропоморфным роботом, а также в симулятор программирования движений для оценки статической устойчивости. Полученные результаты позволяют предсказывать устойчивость целевого положения в статике и могут служить основой для дальнейших исследований алгоритмов динамической стабилизации.
Об авторах
Дмитрий Владимирович Ипатов
ФГБОУ ВО Московский политехнический университет
Email: ipatow.dima2014@yandex.ru
Москва
Константин Владимирович Петров
ФГБОУ ВО Московский политехнический университет
Email: r.92rab@gmail.com
Москва
Михаил Андреевич Чернобрывец
ФГАОУ ВО Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (Национальный исследовательский университет)
Email: misha8cher@gmail.com
Москва
Константин Александрович Кулагин
ФГБУН Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Email: Kka86@bk.ru
Moscow
Список литературы
1. БОРИСОВ О.И., ГРОМОВ В.С., ПАРКИН А.А. Методы управления робототехническими приложениями: учеб-ное пособие. – СПб.: Университет ИТМО, 2016.2. ГОРОБЦОВ А.С., АНДРЕЕВ А.Е., МАРКОВ А.Е. и др. Особенности решения уравнений метода обратной за-дачи для синтеза устойчивого управляемого движения шагающих роботов // Труды СПИИРАН. – 2019. – Т. 18, №1. – С. 85–122.3. Грант РНФ N 24-29-00671 [Электронный ресурс]. – Ре-жим доступа: https://rscf.ru/project/24-29-00671 (дата об-ращения: 25.04.2025).4. ЗЕНКЕВИЧ С.Л., ЮЩЕНКО А.С. Основы управления ма-нипуляционными роботами: учебник для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004.5. КИЛИН А.А., КИЛИНА Н.А., МАМАЕВ И.С. Динамика управляемых механических систем. – Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2020. – 280 с.6. КОЛЮБИН С.А. Динамика робототехнических систем: учебное пособие. – СПб.: Университет ИТМО, 2017. – 117 с.7. ЛЕСКОВ А.Г., БАЖИНОВА К.В., СЕЛИВЕРСТОВА Е.В. Описание кинематики антропоморфных роботов мето-дом блочных матриц // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Приборостроение». – 2018. – №6. – С. 123.8. ПОПОВ Д.И., КЛИМЧИК А.С. Моделирование жестко-сти для шагающих роботов // Компьютерные исследова-ния и моделирование. – 2019. – Т. 11, №4. – С. 631–651.9. ПРОТОПОПОВ А.А., СТЕРЕХОВА В.С. Исследование применимости методов стабилизации движения для малоразмерных антропоморфных роботов // Молодежь и современные информационные технологии : Сборник трудов XVI Международной научно-практической кон-ференции студентов, аспирантов и молодых ученых, 3-7 декабря 2018 г., Томск. – Томск: Изд-во ТПУ, 2019. – С. 344–345.10. Секрет устойчивого хождения антропоморфного робо-та на двух ногах в автономном режиме [Электронный ресурс]: эссе. – URL: https://streltsovaleks.narod.ru/WalkingRobots.htm (дата об-ращения: 10.04.2025).11. СЕМЕНОВ В.А., МОРОЗОВ А.В. Методы определения центра масс в образовательной робототехнике // Робо-тотехника и искусственный интеллект. – 2023. – №2. – С. 67–75.12. ФУ К., ГОНСАЛЕС Р., ЛИ К. Робототехника. – М.: Мир, 1989. – 624 с.13. ANGELES J. Fundamentals of robotic mechanical systems: Theory, methods and algorithms. – Springer, 2007.14. CRAIG J.J. Introduction to Robotics: Mechanics and Con-trol. – Pearson Education, 2017. – 408 p.15. DENAVIT J., HARTENBERG R.S. Kinematic notation for Lower-Pair Mechanisms Based on Matrices // J. Appl. Mech. –1955. – P. 215–221.16. GOSWAMI A. Postural Stability of Biped Robots and the Foot-Rotation Indicator (FRI) Point // Int. Journal of Robotic Research. – 1999. – P. 1–11.17. HWANG Y.-L., TA T.-N., CHEN C.-H. Using Zero Moment Point Preview Control Formulation to Generate Nonlinear Trajectories of Walking Patterns on Humanoid Robots // 12th Int. Conf. on Fuzzy Systems and Knowledge Discovery (FSKD). – 2015. – P. 2405–2412.18. KAJITA S., HIRUKAWA H., HARADA K. et al. Introduc-tion to Humanoid Robotics. – Heidelberg: Springer, 2014.19. PINA FILHO A.C. de (ed.) Humanoid Robots: New Devel-opments. – Croatia: Advanced Robotic Systems International, 2007.20. SPONG M.W., HUTCHINSON S., VIDYASAGAR M. Robot Modeling and Control: First Edition. – Hoboken: Wiley-Interscience, 2006. – 464 p.21. VUKOBRATOVIC M., BOROVAC B. Zero-Moment Point — Thirty-Five Years of Its Life // Int. Journal of Humanoid Robotics. – 2004. – Vol. 1, No. 1. – P. 157–173.22. ZABALA M., MORAN R., BLANCO S. A New Educational Tool for Bioloid Kit // Proc. of 4th Int. Workshop Teaching Robotics, Teaching with Robotics & 5th Int. Conf. Robotics in Education. – Padova, Italy, 2014.
Дополнительные файлы
