Calculation and determination of the stability area of an educational anthropomorphous robot

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

This article discusses the development and study of the educational anthropomorphic robot of the STEM Academy kit. The robot design features increased mass and mass redistribution with heavier feet to lower the center of mass in order to improve stability. The Denavit – Hartenberg technique was used to analyze the kinematic characteristics. A dynamic model wascompiled to calculate the external forces acting on the robot, taking into account the gravity forces acting on the drives based on the Newton – Euler method. A model wasconstructed for the dependence of the zero moment point on the servo rotation angles taking into account the position of the center of mass of each link. An experimental determination of the zero moment point was carried out using strain gauges, the results of which were compared with theoretical data. A new term, the "region of guaranteed static stability" (ROGSS), was introduced, which is a subset of the fundamental concept of the "region of stability", supplemented by taking into account technological factors. An experimental analysis of the stability area of the ROGSS robot was also conducted, which showed that the ROGSS does not correspond to the dimensions of the stability area described by the physical contour of the foot. Comparison of theoretical and experimental results showed that the calculated mathematical model can be integrated into the control system of an anthropomorphic robot, as well as into a simulator of motion programming for assessing static stability. The results obtained allow predicting the stability of the target position in statics and can serve as a basis for further research into dynamic stabilization algorithms.

Sobre autores

Dmitrii Ipatov

Moscow Polytechnic University

Email: ipatow.dima2014@yandex.ru
Moscow

Konstantin Petrov

Moscow Polytechnic University

Email: r.92rab@gmail.com
Moscow

Michael Chernobryvets

Bauman Moscow State Technical University (National Research University)

Email: misha8cher@gmail.com
Moscow

Konstantin Kulagin

V.A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of RAS

Email: Kka86@bk.ru
Moscow

Bibliografia

  1. 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.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML


Creative Commons License
Este artigo é disponível sob a Licença Creative Commons Atribuição–NãoComercial 4.0 Internacional.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».