Способ координации движений конечностей шагающего аппарата

Способ координации движений конечностей шагающего аппарата

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.04.76 (21) 2358109/27-11 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.08.78. Бюллетень № 32 (45) Дата опубликования описания 08.08.78 (51) M. Кл.

В 62G 57/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 629.)13,033 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

B. r. Остапчук, В. С. Гурфинкель и А. Ю. Шнеидер

Институт проблем передачи информации АН СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ КООРДИНАЦИИ ДВИ)КЕНИЯ КОНЕЧНОСТЕЙ

ШАГАЮЩЕГО АП ПАРАТА

Изобретение относится к области транспортных машин, а именно к способам управления конечностями шагающих аппаратов.

Известен способ координации движения конечностей шагающего аппарата, осуществляемый посредством жесткой механической связи между конечностями, и управляют скоростью движения, изменением скорости общего электропривода (1).

При таком способе невозможно производить перестроение походки в процессе движения.

Известен также способ координации движения конечностей шагающего аппарата посредством независимого регулирования скоростей движения конечностей в фазах переноса и опоры (2).

Однако в этом способе фазовые сдвиги между программами движения конечностей выбраны постоянными и равными, что также не позволяет изменять тип походки в процессе движения, так как каждый из них требует различных фазовых сдвигов.

Прототипом изобретения является способ координации движения конечностей шагающего аппарата путем независимого регулирования скорости каждой из симметрично расположенных вдоль аппарата конечностей в фазах переноса и опоры при постоянстве длины шага и значений угловых перемещений шарниров бедра и голени (3).

Управление движением конечностей в таком аппарате задается с помощью дифференциальных уравнений, учитывающих текущие значения угловых положений шарниров конечностей и задаваемых значений скоростей фаз опоры и переноса. Координация движения конечностей осуществляется

10 совместным решением системы уравнений и вычислением фазового сдвига между движениями конечностей для каждого момента времени.

Однако данный способ координации дви15 жения конечностей обеспечивает лишь заданный тип походки, определяемый матрицей фазовых состояний конечностей. Для того, чтобы изменить тип походки, нужно остановить аппарат и сформировать новую

20 программу движения конечностей, определяемую как новой структурой матрицы, так и новыми значениями входящих в нее элементов. При таком способе координации невозможно плавное изменение типа поход25 ки в процессе движения аппарата.

Целью изобретения является изменение типа походки в процессе движения аппарата.

Цель достигается тем, что скорость ко30 нечностсй в фазе переноса задают постояи621604

y (-,) 55

65 ной, а изменяют скорость в фазе опоры.

Кроме того, для автоматического поддержания заданных параметров движения конечностей при изменении типа походки измеряют рассогласование текущих значений угловых положений шарниров бедра конечностей и изменяют на текущем шаге скорость каждой конечности в фазе переноса на величину, пропорциональную измеренному рассогласованию между текущим и заданным положениями.

На фиг. 1 изображены четыре возможные траектории волны возбуждения; на фиг.

2 — диаграммы трех типов походки; на фиг. 3 — диаграмма перехода от походки

«галоп» к походке «трешками».

Рассмотрим осуществление способа координации движения конечностей на примере шестиногого аппарата, имеющего симметричное относительно продольной оси расположение конечностей: конечности 1 — 3 левой стороны аппарата и конечности 4 — 6 правой стороны.

Каждая конечность имеет, например, три степени свободы и состоит из двух шарниров: двустепенного шарнира бедра и одностепенного шарнира голени. Причем, одна степень свободы шарнира бедра обеспечивает движение конечности вперед-назад, а другая степень вместе с шарниром головки обеспечивает движение конечности в плоскости, перпендикулярной к боковой поверхности аппарата.

Управление движением такого аппарата заключается в формировании двух программ: программы управления движениями каждой конечности и программы межконечностной координации. Причем, первая программа обеспечивает независимое движение каждой конечности в фазах опоры и переноса при заданных значениях длины шага и угловых положений шарниров, а вторая— формирование заданных фазовых сдвигов между движениями отдельных конечностей.

Различные значения фазовых сдвигов определяют различные типы походок, т. е. различное число конечностей аппарата в каждый момент времени в фазе опоры.

Так при «поочередной» походке в каждый момент времени на поверхности находятся пять конечностей, а в фазу переноса поочередно переводят по одной конечности. При походке «галоп» на опоре находятся четыре конечности, а в фазе переноса две, а при походке «трешками» в фазах опоры и переноса — по три конечности в каждой.

Для обеспечения перестройки походок в процессе движения аппарата формируют волну возбуждения, заключающуюся в поочередном переводе каждой последующей конечности при достижении предыдущей опоры либо заданного значения углового положения в первом шарнире. Возможные траектории 1 — IV волны, показанные пунктиром-стрелками, приведены на фиг. 1.

4

Используем траекторию 1. На диаграмме (см. фиг. 2) графически изображены три типа походки. Фаза переноса выделена жирной чертой, а фаза опоры — тонкой. Из диаграмм видно, что для перехода от походки

«поочередной» к походке «трешки» необходимо длительность t,,«p фазы переноса оставить постоянной, а уменьшить длительность

/„, фазы опоры. Но так как длина шага постоянна и одинакова для всех конечностей, то уменьшение времени фазы опоры соответствует возрастанию скорости движения в этой фазе. Следовательно, для изменения типа походки аппарата необходимо при постоянных значениях длины h шага и скорости U„ „фазы переноса изменить величину. Vo скорости фазы опоры.

Рассмотрим осуществление способа координации на примере перехода от походки

«галоп» к походке «трешки» по диаграмме, приведенной на фиг. 3, где а+, а — — задаваемые значения положений шарниров бедра в конце фазы переноса и фазы опоры соответственно.

Пусть аппарат движется со скоростями

V и „соответствующими походке «галоп». Для перестроения походки изменяют величину скорости фазы опоры всех конечностей до значения, соответствующего походке «трешками» (момент А на фиг, 3).

Рассмотрим движение конечности 3. К моменту А конечность 3 находилась в фазе опоры, в которой и продолжает двигаться дальше, но с другой скоростью. В это время конечность 2, достигшую значения а —, переводят в фазу переноса, и она продолжает движение в этой фазе до достижения значения а+. Все это время третья конечность движется в фазе опоры. В момент перевода конечности 2 в фазу опоры сигнал возбуждения подают на конечность 3 и производят измерение текущего положения первого шарнира конечности 3. В данном случае шарнир сместится дальше задаваемого положения а на величину Лх (а другие конечности на Лх, Лх, Лх4,,Лх5, Лхц), и движение в фазе переноса этой конечности начнется из текущего положения. Скорость конечности 3 увеличивают в соответствии с уравнением: где V, — скорректированное значение скорости переноса, h = а++ а —. Дальнейшее движение при отсутствии рассогласований конечность будет совершать с первоначальным значением скорости фазы переноса. Аналогичные действия производят и для остальных конечностей. После переходного режима конечности будут двигаться в режиме походки

«трешками».

Изобретение обеспечивает перестроение типа походки в процессе движения аппара621604 та только лишь одним параметром — скоростью фазы опоры, и поддержание заданных кинематических параметров на автоматическом уровне. Способ может быть применен для шагающих аппаратов с автономными системами управления, когда роль оператора сводится к заданию обобщенных параметров движения, что позволяет значительно упростить управление и повысить надежность системы в целом.

Формула изобретения

1. Способ координации движения конечностей шагающего аппарата путем независимого регулирования скорости каждой из симметрично расположенных вдоль аппарата конечностей в фазах переноса и опоры при постоянстве длины шага и значений угловых перемещений шарниров бедра и голени, отличающийся тем, что, с целью изменения типа походки в процессе движе5 ния аппарата, скорость конечностей в фазе переноса задают постоянной, а изменяют скорость в фазе опоры.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью автоматического поддер10 жания заданных параметров движения конечностей при изменении типа походки, измеряют рассогласование текущих значений угловых положений шарниров бедра конечностей и на текущем шаге изменяют ско15 рость каждой конечности в фазе переноса на величину, пропорциональную измеренному рассогласованию.

621604

TylerÙ AY/

l anorz

Составитель Д. Аптер

Текред О. Тюрина

Редактор Л. Купрякова

Корректор H. Федорова

Подписное

Типогра< ня, пр. Сапунова, 2

Заказ 1507/7 Изд. № 588 Тираж 799

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5