Исследование режимов работы приводов дискретно взаимодействующих с поверхностью движителей мобильных роботов

Волгоградский государственный технический унивеситет

Исследование режимов работы приводов дискретно взаимодействующих с поверхностью движителей мобильных роботов

Рассматриваются мобильные роботы с несколькими однотипными произвольно расположенными [1] движителями, дискретно взаимодействующими с опорной поверхностью: роторно-ортогональный [2], заклинивающе-поворотный [3], якорно-тросовый [4] движители. Для каждого из них определены возможные области применения, поставлены некоторые задачи управления движением, приведены полученные результаты исследований.

 Особенность роторно-ортогонального движителя состоит в том, что основным приводом курсового движения является привод, совершающий в маршевом режиме вращательное движение [2]. Роторно-ортогональный движитель является развитием ортогонально-поворотного движителя шагающей машины «Ортоног» [5].

Робот c поворотно-заклинивающим движителем может перемещаться по вертикальному или наклонному столбу за счет периодического заклинивания одной из втулок и скольжении другой. Если с одной из втулок связать стержень с управляемой длиной и возможностью его поворота вокруг своей оси, то реализуется возможность и вращательного движения в пространстве [3].

Для перемещения груза в плотных средах рассматривается использование якорно-тросовых движителей, взаимодействующих с неподвижным грунтом посредством «якорей», положение которых изменяется дискретно за счет их управляемого переноса в новое положение. Применение такого типа движителей [4] позволяет осуществлять непрерывное перемещение под водой платформы с положительной плавучестью.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ (проект № 17-01-00675 а).

 

1.Управление движением группы шагающих машин при перемещении моногруза / Е.С. Брискин, Н.Г. Шаронов // Искусственный интеллект. - 2007. - №4. - 408-415.

2.Development of Rotary Type Movers Discretely Interacting with Supporting Surface and Problems of Control Their Movement / Е.С. Брискин, А.В. Малолетов, Н.Г. Шаронов, С.С. Фоменко, Я.В. Калинин, А.В. Леонард  // ROMANSY 21: Springer, 2016. – P. 351-359.

3.Об энергетически эффективных режимах движения роботов с поворотно-заклинивающими движителями / Брискин Е.С., Шаронов Н.Г., Барсов В.С. // Мехатроника, автоматизация, управление. Москва, 2018.

4.Об особенностях управления движением мобильных роботов с движителями якорно-тросового типа / Брискин Е.С., Серов В.А., Шаронов Н.Г., Пеньшин И.С. // Экстремальная робототехника. - 2017. - № 1. - С. 336-343.

5.Об управлении движением шагающей машины со сдвоенными ортогонально-поворотными движителями / Е.С. Брискин, И.П. Вершинина, А.В. Малолетов, Н.Г. Шаронов // Известия РАН. Теория и системы управления. - 2014. - № 3. - C. 168-176

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРА МАНГО

ФИЦ ИПМ им.М.В.Келдыша РАН

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРА МАНГО

Основные типы приводов для современных робототехнических устройств технологически производятся с известными либо хорошо прогнозируемыми характеристиками. Знание этих характеристик позволяет разработчикам, пользуясь теорией автоматического регулирования, рассчитывать согласованные параметры управления и программы формирования движений. Однако такие методы плохо адаптируются для работы с пневматическими приводами, которые обладают значительными и плохо прогнозируемые упругостями, вызванными сжимаемостью воздуха в полостях пневмоцилиндров. Математическая модель, описывающая динамику пневматического привода, сложна для анализа. Эти обстоятельства затрудняют синтез управления традиционными средствами. Для построения системы управления манипулятора с пневматическими приводами используется нейронная система управления с обучением. В качестве простой экспериментальной модели с трудно формализуемыми свойствами, позволяющей в наглядной форме реализовать управление на основе нейронной сети, выбран двухзвенный манипулятор,  кинематическая схема которого представлена на Рис. 1. Крепления звеньев и пневмоцилиндров представляют собой цилиндрические шарниры с одной степенью свободы. Положение системы определяется углами θ1 и θ2, представленными на схеме. В работе реализуется динамическая модель манипулятора с пневматическим приводом и строится система квазистатического позиционного управления, основанная на нейросетях.

Система управления представляет полносвязную нейронную сеть из 4-ех слоев. Входной слой нейросети получает начальные и целевые положения звеньев, в которые должна перейти система. На выходе нейронная сеть выдает вектор времен открытия клапанов пневматических цилиндров, которые переводят манипулятор из начального положения в целевое.

Для данной модели в среде Wolfram Mathematica построена и обучена нейронная система управления, которая позиционирует манипулятор с точностью менее 1 мм. Проведен сравнительный анализ с управлением, основанным на нейроподобном обучении, построенном в статье [2] для этого же манипулятора. В дальнейшем планируется реализовать данные алгоритмы на лабораторном прототипе робота и провести натурные испытание.

Данная работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект № 18-08-01441 А.

  

1. Neural network-based adaptive tracking control of mobile robots in the presence of wheel slip and external disturbance force, Ngoc-Bach Hoang, Hee-Jun Kang, Neurocomputing, 2016, 0925-2312

2. Квазистатическая модель манипулятора манго с нейроподобным управлением. В.Е.Павловский, А.В.Подопросветов, В.С.Смолин. Тр. XIX Международной научно-технической конференции ”Нейроинформатика-2017 Россия, Москва, 2-6 октября 2017. Ч.1, М.: НИЯУ МИФИ, (2017) с.50-59.