Пример шагающего аппарата

В качестве достойного примера шагающей машины можно рассмотреть разработку Донецкого Национального Технического Университета – шагающий аппарат «Катарина».

Шагающий аппарат содержит корпус, снабженный шестью ногами. В центре корпуса расположен гироскопический датчик, сообщающий системе управления информацию об ориентации корпуса по отношению к вектору силы тяжести; в передней части укреплен оптический дальномер, доставляющий информацию о поверхности, по которой перемещается шагающий робот. Шестиугольный корпус служит как носитель (основа) для шести конечностей, а также для рабочей платформы. Внутри корпуса размещается микропроцессорная система управления и силовая часть.

Каждая конечность имеет три степени свободы, и приводится в действие с помощью двигателя с механизмом (передача, коробка передач, редуктор). В нижней части конечности находятся три датчика усилия для измерения реакции силы ноги.

Основные характеристики шагающего аппарата “Катарина”:

· высота корпуса – 10 см; · длина стороны – 17 см;

· общая масса – 21 кг; · размер конечности – 40,5 см;

· масса конечности – 2.8 кг; · масса корпуса с микропроцессором – 3,8 кг;

· скорость – около 0,4 км/ч; · полезная нагрузка – 5 кг;

· длина бедра – 13,4 см; · длина голени – 20,2 см;

· поверхность касания конечности – 28,3 см2.

Система управления шагающим аппаратом формирует и исполняет управляющие сигналы, обеспечивающие движение аппарата с автоматической адаптацией: к малым неровностям поверхности по командам оператора (или верхнего уровня), задающего основные характеристики ходьбы и движение корпуса аппарата. На входы системы поступают сигналы от следующих датчиков, установленных на макете: шести датчиков контакта стопы с поверхностью; датчиков усилий, развиваемых ногами; гировертикали; оптического дальномера. Ее выходы (выходы блока преобразователей координат) являются входами блока усилителей следящих систем (БУСС), состоящего из 18 отдельных усилителей, на входы которых поступают сигналы с 18 позиционных датчиков углов поворота звеньев ног.

Система управления состоит из следующих крупных блоков: блока управляемых генераторов шаговых циклов, который содержит шесть идентичных генераторов, формирующих в плоскости некоторых вспомогательных декартовых координат замкнутые пространственно-временные кривые шагового цикла каждой ноги; блока линейного преобразования координат, который обеспечивает геометрическую привязку шаговых циклов к корпусу и конечностям аппарата и их масштабирование; блока маневрирования, который по командам от верхнего уровня деформирует шаговые циклы ног так, чтобы обеспечить требуемое пространственное положение корпуса аппарата; блока преобразователей декартовых координат концов ног в угловые координаты звеньев ног, который состоит из шести идентичных нелинейных трехмерных следящих систем, обеспечивающих формирование сигналов на входы блока усилителей следящих систем, а также учет границ рабочих зон ног.

Блочное построение системы управления с относительно небольшим числом каналов связи блоков друг с другом обеспечивает удобство работы с системой, позволяет вести настройку и проверку качества работы отдельных блоков, а также легко контролировать функционирование в целом.