Устройство управления движением шагающего аппарата

Устройство управления движением шагающего аппарата

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«»736975 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 14.06.77 (21) 2500438/28-13 с присоединением заявки ¹вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.05.80. Бюллетень № 20 (45) Дата опубликования описания 30.05.80 (51) М.1 л а А 6! Е 5/02

В 62 D 57/02

Гасударственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) У, ),К 615.4 71 (088,8) (72) Авторы изобретения

В. Г. Остапчук, Е. М. Канаев и В. С. Гурфинкель

Институт проблем передачи информации АН СССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ

ШАГАЮЩЕГО АППАРАТА

Изобретен ие относится к области транспортных аппаратов и предназначено для координированного движения конечностей при перемещении аппарата по пересеченной местности.

Известно устройство управления движением шагающего аппарата, содержащее пульт управления, блок управления дв ижением шарниров конечностей, блок коррекции, блок датчиков углового положения шарниров, блок тактильных датчиков (1).

Недостатком известного устройства является то, что при перестроениями походки существует некоторый момент времени, когда текущая походка не соответствует заданной. Другим недостатком является влияние внешних возбуждений (параметры поверхности перемещения, проскальзывание конечностей и т. д.) на поддержание заданного типа походки.

Целью изобретения является поддержание вновь заданного типа походки при ее перестроении и воздействии внешних возбуждений в процессе движения.

Указанная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены блок вычисления величин порогов, блок пороговых элементов, блоки вычисления продолжительностей фаз переноса и опоры, генератор линейно-нарастающего напряжения и блок запуска его, логическая схема И и блок вертикального опускания конечностей.

Причем, один из выходов блока вычисления величин порогов соединен с последовательно включенными блоком вычисления продолжительности фазы переноса и блоком коррекции, второй выход соединен с последовательно включенными блоком вычисления продолжительности фазы опоры, блоком управления движениями шарниров конечностей и блоком вертикального опускания конечностей, а третий выход — с одни,т из входов блока пороговых элементов, второй вход которого соединен с выходом гс-!

5 нератора линейно-нарастающего напряжения, а выход — с входами блока запуска генератора линейно-нарастающего напряжения и блока управления движением шарниров конечностей, второй вход которого соединен с выходом блока коррекции, один из выходов блока тактильных датчиков соединен с входом блока вертикального опускания конечностей, а другой — с последовательно включенными логической схемой И, блоком запуска и генератором л инейно-нарастающего напряжения. При этом выход блока датчиков углового положения шарниров соединен с вторым входом блока коррекции, а выходы пульта управления

ЗО соединены с соответствующим и входами

736975 блока коррекции, генератора линейно-нарастающего напряжения и блока вычисления величин порогов.

На фиг. 1 изображены диаграммы движения конечностей устройства при «поочередной» походке; на фиг. 2 — блок-схема устройства управления движением шагающего аппарата.

Устройство содержит пульт 1 управления, блок 2 вычисления велич ни порогов, блок 8 пороговых элементов, блоки 4 и 5 вычисления продолжительностей фаз переноса и опоры, генератор б линейно-нарастающего напряжения, блок 7 коррекции, блоки 8 управления движениями шарниров конечностей, блок 9 запуска, блок 10 вертикального опускания, конечностей, логнчеакую схему 11, И, блок 12 >датчиков углового положения шарниров и блок 18 тактильных датчиков.

Устройство, работает следующим образом.

Рассмотрим работу на примере шагающего аппарата, имеющего симметричное относительно продольной оси расположение конечностей. Каждая конечность аппарата имеет, например, три степени свободы и состоит из двух шарниров: двухстепенного шарнира бедра и одностепенного шарнира голени. Причем, одна степень свободы шарнира бедра обеспечивает движение конечности вперед — назад, а другая степень вместе с шарниром голени обеспечивает движение конечности в вертикальной плоскости.

Управлен|ие каждой конечностью осуществляется независимо от остальных по командам своего блока управления движениями. Целенаправленные движения аппарата осуществляются координацией движений >конечностей за счет формирования и поддержания заданното типа походки. На фиг. 1 показана диаграмма формирования

«поочередной» походки. Данная походка ха рактеризуется поочередным переводом каждой конечности в фазу переноса (обозначено жирной чертой),пр йчем очередность перевода выбрана, на пример, вида 1 — 2 — 8—

4 — 5 — б, где 1 — 8 — номера KoнечHolcTeH левой стороны аппарата в направлении движения, а 4 — б — правой стороны. Вид фазы определяется по движению в первом ша рни ре: при движении в перед — фаза переноса, назад — опоры. Причем, в интервале времени tI — tz (для первой конечности) производится изменение напра|вления

>движения в первом шарнире (фаза опоры), а движение во втором и третьем шарнирах сохраняется до момента t, что позволяет поставить конечность на опору. В этот мо мент времени конечность М 2 переходит в фазу переноса.

15

На пульте 1 упра>вления выби>рают заgIaiHный TIIIII проходки и око рость д>вижения

65 авп(рата. Сигнал, соответствующий данной походке, по ступает на блок 2 вычисления по рогов, осуществляющий вычисление для каждой конечности некоторого значения nolpora, соответствующего номеру конечности и заданной пах>од>ке. Вы>чи слен>ные значения поступают на блок 8 пороговых элементов, на второй вход которого поступает сигнал с генератора б линейно-на>раста|ощего на пряжения, период которого ра вен,периоду,шага. Как только сигнал гене ратора,превы>шает вел>ичину порога данной конечности, на выхо>де блока 8 появляется сигнал, переводящий блок 8 управления данной конечно>стью в соответствующую фазу, на>пример фазу, переноса. Спустя .заданное вовремя переноса, та кже о пределяемое пороговым значением, блок 8 упра вления переводит конечность в фазу опоры.

Но так как регуля>рные движения конечноIcTeH описываются уравнением пi и — t(>Vp S> где t„, 4 †длительнос фаз переноса и опоры;

V, V< — -.корости фаз;

5 — дл ина шага; ,и пери>од сипнала генератора б равен периоду ша>га, по изменение типа походки должно соуп!ро в ожда Tbс>я >изменением длителыно стей фаз перен о са и о поры, что при по>стоя>и ной длине шага требует вычи>слеиия ссответст>вующих значений скор остей этих фаз. Такие вычисления для зада>иной походки IIроиз вадятая >в бл>аках 4 и 5.

Следующая в волне переноса конечность не будет переводиться,в фазу переноса да тех,пор, пака с выхода 6JIlolKa 18 та ктильных датчкиав не при>дут сигналы на схему

11 М, соответствующие движению в фазе

olIIolpbI всех конечностей. Если сигнал схемы 11 — «0», то блок 9 запуска фиксирует сигнал генератора на дастипнутом у|ровне, а если — «1», то аипнал генератора продолжает увеличиваться и п роисх>одит заданное по л рапрам>ме переключение фаз движения.

При переключении каждой конечности в фазу опоры сигнал с блокав 8 упра>вле ния поступает на блок 10 вертикального опуакания канечности, обеапечивая движе.ние этой канечности по вертикали к поверхно сти. Это движение осуществляется за счет второго и третьепо шарнирав и п рекратитая при до стижении по|верхности по сигналу с блока 18 та|ктильных датчиков.

Таким о разо м, неро вн>асти паверхнасти не будут влиять на >изменение фаз mepeIIoca u опо>ры, что апособствует поддерживанию задан ного ти па походки.

Изменяя в произвольный момент времени тип похад ки на пульте 1 блоки 2 — 5 IIpa ктичваки м>пновенно переводят блоки 8 в реиим навой походки. П ри этом переходной пер иод отсутствует.

736975

Однако такое изменение может происходить при проиъволыных угл)о)вых положениях конечностей, Поэтом)у по сигналам с бло)ка /2 датчи)кю)в углового положения в бло. ке 7 ко)ррекции текущие значения угла)вых положений opaIBHIIIBBIOTcH с програ)м)м)но зада)наемы)ми дл)я )моментов переключения фаз и, если они pàiâ!íы, то в блоке 7 вырабатывается cBBHaJr, )пропорциональный расаоглаicoIBaíèþ и изменяющий ако)ро)сть переноса каждой,конеч)ности так, чтобы придти в конце фазы перено)са в за)да)нное положение.

Данное успрой)спво у)п)ра)вления движением шагающего аппарата за счет фо)рмирования ти)па походии по зада)вае)мым длительностям фаз переноса и IIIIOIpbr, а та)кже использование вертикального опускания конечности на о)порную поверх)ность обеспечивает )поддержание заданного ти)па походки

IrlIprI его переспроеыии и воздей)спвии внеш них возбуждений в IIIporrec!Ce движения алпарата.

Формула изо6)р етен и я

У)спройспво уп)ра)вления движением шагающего а ппа)рата,)со)держащее н)ульт y)IIIpaBления, )блок IJJIIIpaIBJIBHHH движением ша)р)ни)р!rIB конеч)ностей, бл)ок кар)рекции, блок датчиков )угл)о вопо )положения шари)иров, блок тактильных датчиков, о тл.ич а ю ще е с я тем, iwllo, Ic .целью !II!oääe)ðæàií!H)ÿ, IBновь задан)ного ти)па )п)оход)ки )при ее )пе)респроении и )воздейспвии в)неш)них )в)озбуждений )в пропеасе дв)ижения, IB )непа дополнительно IBIBB)дены блок )выч)и)сления )величин )порогов, блок Irlo)po)I!cIBbrx элеме)нпо)в, блоки )вычисления )п)родолжителыностей фаз )переноса и опоры, генератор л)иней)но .на)растающего напряжения и блок заггуака erо, логическая схема И и блок верти)кального опускания

)ко)нечностей,,п р)ичем, оди)н из выходов бло«а )вычисления )вел)ичлн )порогов соединен с

)последовательно в)ключен)ны)ми блоком )вычисле)ния .п)р)одол иителынссти фазы переноH бло)ко)м )коррекции, )второй )Bbrzo)a;,соединен с Ilrîcëåäñ Bàòåëbío )включенными блоком вычисления )п)родоляяителыноспи фазы o)rloipbr, блоком у)пра)вления дзпжениями ша)рни)ро)в )конечно)стей и блоком вертикальното о)п)уака)ния )конечнюстей, а претий IBblход — с одним из )входов бло)ка ворога)вых элементю)в, вво)рой вход которого соединен с )выходом генератора линейно-нарастающего напряжения, а выход — с входами блока запуака генератора л)инейно-,нарастающего нан)ряже)ния и блока у)пра)вления движением ша)рнироB конечностей, )вто)рой вход кото20 )рого соединен с выходом блока коррекции, один из )вых)одо)в бло)ка та)ктильных датчиKoIB соеди)нен с,входом блока вертикального !

oirI!ycIHaIHiHsr конеч)но)стей, а другой — с последо)вательио,вклю)чен)ными логичес)кюй схе25 мой И, блоком за)пу)ска н генератором линейно-)нара)стающего нав)ряжения, )п)ри этом выход блока датчиков углового положения ша)рниров соединен с вторьгм входом блока

)кю)р)р е)кции, а выхюды пульта уп р ав лен ия соединены с соответствующими входами блока ко1р)рекцин, генератора линей)но-на)ра)стающего на)п)ряжения и блока вычисления величин порогов.

И)споч)ник информации, принятый )во внимание )п)р)и эиапертизе:

1. Авто)р)акое )авидетельство СССР

)по зая)в)ке № 2350825i13, жл. А 61 F 5/02, В 62 Д 57/02, 1976 ()п)ротютпп).

Рив. 2

Составитель С Малютина

Тсхред А. Камышникова

Редактор Г. Прусова

Корректор С. Файн

Заказ 575/713 Изд. Ко 309 Тираж 673 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент>