Пример синтеза управляющих воздействий для шестиногого шагающего робота при передвижении по неровной поверхности

В статье изложен новый подход к решению обратной задачи кинематики. Показан пример применения подхода при синтезе управляющих воздействий для приводов шагающих роботов. Идея подхода заключается в следующем: из всех сочленений робота выбирается ограниченный набор сочленений, необходимых для реализации избранной походки. Для этих сочленений назначается строгая последовательность движения в течение каждого шага и ограничения изменений обобщенных координат. Сочленения, не участвующие в реализации избранной походки, блокируются, для них расчеты не проводятся. Достоинствами подхода являются: однозначность получаемого решения, возможность рассмотрения вырожденных конфигураций исполнительного механизма шагающего робота, возможность вычислений в условиях кинематической избыточности, высокая скорость вычислений. Указанные достоинства обусловлены тем, что последовательность движения сочленений изначально устанавливает определенную желаемую конфигурацию ноги в пространстве и, по сути, задает направление решения. Получение управляющих воздействий показано на примере шестиногого шагающего робота, имеющего по шесть сочленений в каждой ноге. DOI: 10.7463/aplts.0315.0782457

алгоритм, шагающий робот, обратная задача кинематики, обобщенные координаты

1. Каргинов Л.А. Синтез управляющих воздействий для приводов исполнительных механизмов шагающих роботов без решения обратной задачи кинематики // Инженерный журнал: Наука и инновации. 2013. № 4. Режим доступа:http://engjournal.ru/catalog/machin/hydro/692.html (дата обращения 06.10.2014)

2. Охоцимский Д.Е., Голубев Ю.Ф. Механика и управление движением автоматического шагающего аппарата. М.: Наука, 1984. 312 с

3. Лапшин В.В. Механика и управление движением шагающих машин. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. 200 с

4. Зенкевич С.Л., Ющенко А.С. Основы управления манипуляционными роботами: учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. M .: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 480 с

5. Aristidou A., Lasenby J. Inverse Kinematics: a review of existing techniques and introduction of a new fast iterative solver: Technical Report CUED/F-INFENG/TR-632. Cambridge University , 2009. 74 p

6. Welman C. Inverse kinematics and geometric constraints for articulated figure manipulation: Master Dissertation. Simon Fraser University, Department of Computer Science , Burnaby, Canada, 1993. 84 p

7. Pechev A.N. Inverse kinematics without matrix inversion // Proceedings of the 2008 IEEE International Conference on Robotics and Automation , Pasadena, CA, USA. IEEE Publ., 2008. P. 2005-2012. DOI: 10.1109/ROBOT.2008.4543501

8. Zhao J., Badler N.I. Inverse kinematics positioning using nonlinear programming for highly articulated figures // ACM Transactions on Graphics. 1994. Vol. 13, no. 4. P. 313-336. DOI: 10.1145/195826.195827

9. Castellet A., Thomas F. Using interval methods for solving inverse kinematic problems // Proc. of the NATO Advanced Study Institute on Computational Methods in Mechanisms. Vol. 2. Varna, Bulgaria, 1997. P. 135-144

10. Courty N., Arnaud E. Inverse Kinematics Using Sequential Monte Carlo Methods // Articulated Motion and Deformable Objects: Proceedings of the 5th International Conference (AMDO’08) , Mallorca, Spain. Springer Berlin Heidelberg , 2008. P. 1-10. (Ser. Lecture Notes in Computer Science; vol. 5098). DOI: 10.1007/978-3-540-70517-8_1

11. Grochow K., Martin S.L., Hertzmann A., Popovic Z. Style-based inverse kinematics // ACM Transactions on Graphics. 2004. Vol. 23, no. 3. P. 522-531. DOI: 10.1145/1015706.1015755

12. Sumner R.W., Zwicker M., Gotsman C., Popovic J. Mesh-based inverse kinematics // ACM Transactions of Graphics. 2005. Vol. 24, no. 3. P. 488-495. DOI:10.1145/1015706.1015755

13. Unzueta L., Peinado M., Boulic R., Suescun Á. Full-body performance animation with sequential inverse kinematics // Graphical Models. 2008. Vol. 70, no. 5. P. 87-104. DOI: 10.1016/j.gmod.2008.03.002

14. Wang L.-C.T., Chen C.C. A combined optimization method for solving the inverse kinematics problems of mechanical manipulators // IEEE Transactions on Robotics and Automation. 1991. Vol. 7, no. 4. P. 489-499. DOI: 10.1109/70.86079

15. Müller-Cajar R. Mukundan R. Triangulation: A new algorithm for inverse kinematics // Proceedings of the 22nd International Image and Vision Computing New Zealand Conference (IVCNZ), Hamilton, New Zealand, December 2007. P. 181-186

16. Brown J., Latombe J.-C., Montgomery K. Real-Time Knot Tying Simulation // The Visual Computer. 2004. Vol. 20, no. 2-3. P. 165-179. DOI: 10.1007/s00371-003-0226-y

17. Aristidou A., Lasenby J. FABRIK: a fast, iterative solver for the inverse kinematics problem // Graphical Models. 2011. Vol. 73, no. 5. P. 243-260. DOI: 10.1016/j.gmod.2011.05.003

18. Kumar V., Gardner J.F. Kinematics of Redundantly Actuated Closed Chains // IEEE Transactions on Robotics and Automation. 1 990. Vol . 6, no . 2. P . 269- 274. DOI: 10.1109/70.54745

19. Ковальчук А.К., Кулаков Б.Б., Кулаков Д.Б., Семенов С.Е., Яроц В.В. Основы теории исполнительных механизмов шагающих роботов. M .: Рудомино, 2010. 170 с

20. Ковальчук А.К., Каргинов Л.А. Кулаков Д.Б., Кулаков Д.Б., Семенов С.Е., Яроц В.В., Верейкин А.А. Моделирование древовидных исполнительных механизмов шагающих роботов с учетом внешних наложенных связей: с видетельство о регистрации программ для ЭВМ № 2014612547 РФ. 2014