ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИНЦИПОВ БИОМЕХАНИКИ В РОБОТОТЕХНИКЕ

 cover-1-14-2017

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИНЦИПОВ БИОМЕХАНИКИ В РОБОТОТЕХНИКЕ

Б.А. Смольников
К.ф-м.н., Санкт-Петербургский Политехнический университет Петра Великого (СПбПУ), профессор, с.н.с., 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29, тел.: +7(812)552-77-78, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.


Аннотация
Обсуждаются бионические возможности использования локомоционных принципов статики, кинематики и динамики в задачах современной робототехники и нелинейной динамики. В частности, при разработке захватных устройств манипуляторов целесообразно использовать те принципы оптимизации процесса удержания объекта в схвате, которые характерны для лапок птиц и пресмыкающихся. Ещё более важное значение для робототехники и нелинейной динамики машин имеют биодинамические принципы беговой локомоции человека и крупных хищников, в которых отчётливо проявляется взаимосвязь линейных режимов колебаний конечностей при спокойной ходьбе и нелинейных режимов при переходе к бегу и прыжкам. Известно, что в современной технике и технологии такие переходы часто сопровождаются ухудшением качества и эффективности движения, тогда как у быстроходных животных это же качество (эффектность и эффективность) только улучшается. Ясно, что животные используют в таких ситуациях биогенное управление, тесно связанное с использованием управляемых резонансных режимов. В статье предлагается для осуществления плавного перехода от линейного режима разгона к нелинейному использовать коллинеарное управление, позволяющее сохранить кинематическую форму движения, несмотря на изменение резонансной частоты. Для наглядной иллюстрации такого процесса приводятся результаты компьютерного расчёта вынужденных колебаний двухзвенного маятника, имитирующего ногу животного или человека. Из полученных графиков отчётливо видно, что как форма, так и одночастотность колебаний такого маятника сохраняются даже глубоко в нелинейной области, где амплитуды звеньев достигают нескольких десятков градусов. Это позволяет рассматривать коллинеарное управление как биоморфное и использовать его при разработке систем управления бегом андроидов и звероидов.

Ключевые слова
Андроид, звероид, коллинеарное управление, биогенное управление, биоморфное управление, биодинамика, схват, бионика, нелинейный резонанс.

Индекс УДК

612.76:007.52

Библиографическое описание

Смольников Б.А. Перспективы применения принципов биомеханики в робототехнике / Б.А. Смольников // Робототехника и техническая кибернетика. – №1(14). – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2017. – С. 61-68.

Литература

  1. Смольников Б.А. К проблеме биоморфного управления движениями роботов / Б.А. Смольников, Е.И. Юревич // Робототехника и техническая кибернетика. – 2015. – №1(6). – С. 17-20.
  2. Смольников Б.А. Проблемы механики в современной робототехнике / Б.А. Смольников // Робототехника и техническая кибернетика. – 2016. – №1(10). – С. 3-6.
  3. Мартека В. Бионика / В. Мартека. – Москва : Мир. – 1967. – 145 с.
  4. Крайзмер Л.П. Бионика / Л.П. Крайзмер, В.П. Сочивко. – Москва : Энергия. – 1968. – 112 с.
  5. Меркин Д.Р. Прикладные задачи динамики твердого тела / Д.Р. Меркин, Б.А. Смольников. – Санкт-Петербург : изд-во СПбГУ. – 2003. – 534 с.
  6. Смольников Б.А. Проблемы механики и оптимизации роботов / Б.А. Смольников. – Москва : Наука. – 1991. – 232 с.
  7. Бидерман В.Л. Теория механических колебаний / В.Л. Бидерман. – Москва : Высшая школа. – 1980. – 408 с.

Полный текст статьи (pdf)

Адрес редакции:  Россия, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., 21   Тел.: +7(812) 552-13-25 e-mail: zheleznyakov@rtc.ru 
fb1    vk1