Теоретическая оценка потребной мощности приводов робота-андроида при шагании с различными скоростями

Теоретическая оценка потребной мощности приводов робота-андроида при шагании с различными скоростями

Горобцов Александр Сергеевич
д.т.н., с.н.с., ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет» (ВолгГТУ), заведующий кафедрой «Высшая математика», 400005, Волгоград, пр. В.И. Ленина, д. 28; ФГБУН Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН), г.н.с., 101000, Москва, Малый Харитоньевский пер., д. 4, тел.: +7(8442)24-84-87, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0002-5458-2240

Карцов Сергей Константинович
д.т.н., с.н.с., ФГБОУ ВО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)», профессор кафедры «Строительная механика», 125319, Москва, Ленинградский пр., д. 64, тел.: +7(926)354-58-76, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0009-0006-1747-7464

Поляков Юрий Анатольевич
д.т.н., доцент, ФГБОУ ВО «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», профессор кафедры теоретической механики и сопротивления материалов, 127994, Москва, ГСП-4, Вадковский пер., д. 1, тел.: +7(495)601-51-67, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0002-2964-9853

Дианский Антон Валерианович
ВолгГТУ, аспирант кафедры «Высшая математика», 400005, Волгоград, пр. В.И. Ленина, д. 28, тел.: +7(8442)24-84-87, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Материал поступил в редакцию 23 октября 2023 года.

Аннотация
Рассматривается математическая модель для анализа мощности, затрачиваемой приводами робота-андроида при прямолинейном движении с равномерно нарастающей скоростью. Математическая модель составлена с помощью методов динамики связанных систем твердых тел. Решение задач с помощью модели выполняется методами численного интегрирования. Построены временные зависимости углов поворотов приводов и их угловых скоростей. Получены также зависимости моментов в приводах при нестационарном режиме движения с увеличивающейся скоростью. Выявлены приводы с максимальным потреблением энергии. Показано, что требуемая мощность в приводах значительно повышается с увеличением скорости движения робота. Характер потребляемой мощности в приводах имеет импульсный вид, с участками положительной и отрицательной мощности, что свидетельствует о возможности значительного снижения энергопотребления в приводах за счет рекуперации. Пиковая мощность в наиболее нагруженных приводах нижних конечностей может достигать 0.7 кВт. Полная алгебраическая сумма потребляемых мощностей во всех приводах также примерно равна 0.7 кВт. При этом модуль полной мощности всех приводов достигает 2 кВт. Максимальные значения энергопотребления имеют место на больших скоростях – до 0.9 м/с. На скоростях до 0.2 м/с полная мощность не превышает 150 – 200 Вт.

Ключевые слова
Робототехника, шагающие роботы, управление, математическое моделирование.

DOI
10.31776/RTCJ.12207

Индекс УДК 
514.853:007.52

Библиографическое описание
Теоретическая оценка потребной мощности приводов робота-андроида при шагании с различными скоростями / А.С. Горобцов [и др.] // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 12. - № 2. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2024. – С. 132-138. – Текст : непосредственный.

Литература

  1. Крутько П.Д. Обратные задачи динамики управляемых систем: Нелинейные модели / П.Д. Крутько. – Москва: Наука, 1988. – 326 с. – Текст: непосредственный.
  2. Вукобратович М. Шагающие роботы и антропоморфные механизмы / М. Вукобратович; Пер. с англ. канд. техн. наук А.Ю. Шнейдера; под ред. д-ра мед. наук В.С. Гурфинкеля. – Москва: Мир, 1976. – 541 с. – Текст: непосредственный.
  3. Компьютерные методы построения и исследования математических моделей динамики конструкций автомобилей: монография / А.С. Горобцов [и др.]. – Москва: Машиностроение, 2011. – 462 с. – Текст: непосредственный.
  4. Горобцов А.С. Программный комплекс расчета динамики и кинематики машин как систем твердых и упругих тел / А.С. Горобцов // Справочник. Инженерный журнал. – 2004. – № 9(90). – C. 40–43. – Текст: непосредственный.
  5. Горобцов А.С. Комплекс ФРУНД – инструмент исследования динамики автомобиля / А.С. Горобцов, С.К. Карцов, Р.П. Кушвид // Автомобильная промышленность. – 2005. – № 2. – C. 32–37. – Текст: непосредственный.
  6. Sutyasadi P. Gait tracking control of quadruped robot using differential evolution based structure specified mixed sensitivity H∞ robust control / P. Sutyasadi, M. Parnichkun // Journal of Control Science and Engineering. – 2016. – 18 p. – DOI: 10.1155/2016/8760215. – Text: electronic.
  7. Development of the insectoid walking robot with inertial navigation system / V. Egunov [et al.] // Proceedings of the 2018 International Conference on Artificial Life and Robotics (ICAROB 2018), February 1–4, 2018, B-Con Plaza, Beppu, Oita, Japan. – Pp. 387–390. – DOI: 10.5954/ICAROB.2018.OS7-2. – Text: electronic.
  8. Yang U. Mechanical design of powered prosthetic leg and walking pattern generation based on motion capture data / U. Yang, J.  Kim // Advanced Robotics. – 2015. – Vol. 29, no. 16. – Pp. 1061–1079. – DOI: 10.1080/01691864.2015.1026939. – Text: electronic.
  9. Горобцов А.С. Синтез параметров управляемого движения многозвенных механических систем произвольной структуры методом обратной задачи / А.С. Горобцов // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2004. – № 6. – C. 43–50. – Текст: непосредственный.
  10. Особенности решения уравнений метода обратной задачи для синтеза устойчивого управляемого движения шагающих роботов / А.С. Горобцов [и др.] // Труды СПИИРАН. – 2019. – Т. 18. – № 1. – C. 85–122. – DOI: 10.15622/sp.18.1.85-122. – Текст: электронный.
  11. Ackerman E. Festo's new bionic robots include rolling spider, flying fox / E. Ackerman // IEEE Spectrum. 28.03.2018. – URL: https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/robotics-hardware/festo-bionic-learning-network-rolling-spider-flying-fox (дата обращения: 09.10.2023). – Text: electronic.
  12. Синтез устойчивых квазистатических режимов шагания антропоморфного робота / А. С. Горобцов [и др.] // Известия Волгоградского государственного технического университета. Сер.: Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах. – 2016. – № 6 (185). – C. 75–76. – Текст: непосредственный.
  13. Pinto C.M.A. Fractional central pattern generators for bipedal locomotion / C.M.A. Pinto, J.A.T. Machado // Nonlinear Dynamics. – 2010. – Vol. 62, no. 1. – Pp. 27–37. – DOI :10.1007/s11071-010-9696-4. – Text: electronic.
  14. Kim J.Y. Error analysis and effective adjustment of the walking-ready posture for a biped humanoid robot / J.Y. Kim., J.H. Kim // Advanced Robotics. – 2010. – Vol. 24. Iss. 15. – Pp. 2137–2169. – DOI :10.1163/016918610X534295. – Text: electronic.
  15. Исследование управляемого движения шагающих роботов методами компьютерного моделирования динамики связанных систем тел / А.С. Горобцов [и др.] // Современные наукоемкие технологии. – 2019. – № 12-2. – С. 282–286. – DOI: 10.17513/snt.37872. – Текст: электронный.