Ключевые слова
стабилизация
точка нулевого момента
обратная связь
скользящий режим
система виртуального окружения
Как цитировать
Аннотация
рассматривается задача разработки методов и подходов для стабилизации движения двуногих шагающих роботов в системах виртуального окружения. Актуальность данной задачи заключается в том, что тестирование и отработку алгоритмов управления роботом целесообразно проводить в виртуальной среде на виртуальной модели. Это позволит в дальнейшем уменьшить риск поломки реальных роботов и сформировать правильное экспертное мнение об их применимости для выполнения важных работ. Предлагаемые решения рассматриваемой задачи основаны на построении регулятора с обратной связью по показаниям виртуальных датчиков. В разработанном регуляторе обеспечение устойчивости движения робота реализуется с применением критерия точки нулевого момента и модели обратного маятника. При этом синтез управления двуногим шагающим роботом осуществляется с использованием скользящего режима. Такой подход не требует громоздких вычислений, решения нелинейных алгебраических уравнений и сложных матричных операций при реализации регулятора. Апробация предлагаемых в статье методов и подходов проводилась в системе виртуального окружения на примере выполнения роботом тушения пожара. Результаты апробации показали адекватность и эффективность предлагаемых решений для обеспечения равновесия двуногого шагающего робота в процессе его движения.
Литература
Saeedvand S., Jafari M., Aghdasi H. S., Baltes J. A Comprehensive Survey on Humanoid Robot Development. The Knowledge Engineering Review. 2019;34:1–18. DOI: 10.1017/S0269888919000158.
Mikolajczyk T. and others. Recent Advances in Bipedal Walking Robots: Review of Gait, Drive, Sensors and Control Systems. Sensors. 2022;22(12):1–31. DOI: 10.3390/s22124440.
Юревич Е. И. Основы робототехники: учеб. пособие, 4-е изд., перераб. и доп. СПб: БХВПетербург; 2017. 304 с.
Kajita S., Hirukawa H., Harada K., Yokoi K. Introduction to Humanoid Robotics. ser. Springer Tracts in Advanced Robotics. Springer Berlin Heidelberg; 2014. Vol. 101.
Taesin Ha, Chong-Ho Choi. An Effective Trajectory Generation Method for Bipedal Walking. Robotics and Autonomous Systems. 2007;55:795–810. DOI: 10.1016/j.robot.2007.06.001.
Al-Shuka Hayder F. N., Allmendinger F., Corves B. and Wen-Hong Zhu. Modeling, Stability and Walking Pattern Generators of Biped Robots: a Review. Robotica. 2014;32:907–934. DOI: 10.1017/S0263574713001124.
Kajita S. and others. Biped Walking Pattern Generation Based on Spatially Quantized Dynamics. IEEERAS 17th International Conference on Humanoid Robotics. Birmingham, UK. 2017;599–605. DOI: 10.1109/HUMANOIDS.2017.8246933.
Хусаинов Р. Р., Климчик А. А., Магид Е. А. Метод управления движением двуногого шагающего робота по произвольной траектории. Мехатроника, автоматизация, управление. 2018;19(10):633– 641. DOI: 10.17587/mau.19.633-641.
Nishiwaki K., Kagami S. Strategies for Adjusting the ZMP Reference Trajectory for Maintaining Balance in Humanoid Walking. 2010 IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2010;4230– 4236. DOI: 10.1109/ROBOT.2010.5510002.
Kajita S., Morisawa M., Miura K., Nakaoka S., Harada K., Kaneko K., Kanehiro F., Yokoi K. Biped Walking Stabilization Based on Linear Inverted Pendulum Tracking. 2010 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. October 18-22, 2010, Taipei, Taiwan. 4489–4496. DOI: 10.1109/IROS.2010.5651082.
Sugihara T. Standing Stabilizability and Stepping Maneuver in Planar Bipedalism Based on the Best COM-ZMP Regulator. 2009 IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2009;1966– 1971. DOI: 10.1109/ROBOT.2009.5152284.
Campos-Macias L., Carbajal-Espinosa O., Lokianov A., Bayro-Corrochano E. Stabilization Method for Dynamic Gait in Bipedal Walking Robots. IEEE-RAS 16th International Conference on Humanoid Robots (Humanoids). Cancun, Mexico. 2016;1276–1281. DOI: 10.1109/HUMANOIDS.2016.7803434.
Vukobratovic M. Zero-Moment Point — Thirty-Five Years of Its Life. International Journal of Humanoid Robotics. 2004;1:157–173. DOI: 10.1142/S0219843604000083.
Михайлюк М. В., Мальцев А. В., Тимохин П. Ю., Страшнов Е. В., Крючков Б. И., Усов В. М. Система виртуального окружения Virsim для имитационно-тренажерных комплексов подготовки космонавтов. Пилотируемые полеты в космос. 2020;37(4):72–95. DOI: 10.34131/MSF.20.4.72-95.
Сорокин Г. А. Фильтры нижних частот. Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». 2015;15(1):100–107.
Sugihara T. Solvability-Unconcerned Inverse Kinematics Based on Levenberg-Marquardt Method with Robust Damping. 9th IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots. Paris, France. 2009;555– 560. DOI: 10.1109/ICHR.2009.5379515.
Страшнов Е. В. Инверсная кинематика для управления движением двуногих шагающих роботов в системах виртуального окружения. Труды НИИСИ РАН. 2021;11(3):41–47. DOI: 10.25682/NIISI.2021.3.0009.
Страшнов Е. В., Финагин Л. А. Моделирование полуавтоматического режима управления движением двуногих шагающих роботов в системах виртуального окружения. Автоматизация и моделирование в проектировании и управлении. 2022;3(17):57–67. DOI: 10.30987/2658-6436-2022-3-57-67.
Kajita S., Kanehiro F., Kaneko K., Fujiwara K., Harada K., Yokoi K., Hirukawa H. Biped Walking Pattern Generation by Using Preview Control of Zero-Moment Point. 2003 IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2003;1620–1626. DOI: 10.1109/ROBOT.2003.1241826.
Shtessel Y., Edwards C., Fridman L., Levant A. Sliding Mode Control and Observation. Birkhauser; 2013.
Михайлюк М. В., Омельченко Д. В., Страшнов Е. В. Командный и супервизорный режимы управления виртуальными роботами. Вестник кибернетики. 2016;4:67–72.