Problemy sterowania robotami kroczącymi - generatory chodu hexapoda

Abstract

The dissertation describes the research on the six-legged robot gait generators. The hardware and the software parts of the test stand were made by the author. Three algorithms of the gait control were prepared. The algorithms were tested on the test stand which consists of mechanical construction of the walking robot, microprocessor based control system and dedicated software. The rapid prototyping of the control algorithm and the analysis of the measured data were made with the mathematical model of the robot. The first of the prepared algorithms uses linear oscillators. The algorithm works well on simulation stage. The real-time implementation of the algorithm appears very complex so the algorithm was abandoned as not practical. The second algorithm is based on the nonlinear oscillators: Rayleigh and Van der Pol. Thanks to these equations a relatively simple computational complexity of the solution is achieved. It allows to achieve only a tripod gait of the six-legged robot. In the third algorithm the Toda-Rayleigh lattice is used. The dynamics of the control algorithm allows to generate gaits with five, four and three supporting legs. All of the gait types were obtained on prepared six-legged test stand. The greatest achievement of the work is the accomplishment of the smooth changes between different gait types and smooth robot starting phase (from base position to the proper gait) and smooth stopping.

W rozprawie doktorskiej opisuje się prace badawcze nad generatorami chodu robota sześcionożnego - stanowisko badawcze z warstwami sprzętową i programową jak i sam robot są wykonane przez autora pracy. Formułuje się trzy algorytmy sterujące chodem. Algorytmy testuje się na przygotowanym stanowisku robota kroczącego składającego się z mechanicznej konstrukcji, mikroprocesorowego układu sterującego i oprogramowania umożliwiającego realizację zaproponowanych algorytmów. Autor buduje model matematyczny robota, co pozwala na szybkie prototypowanie algorytmów sterujących i analizę danych pomiarowych uzyskanych w trakcie eksperymentów. Pierwszy z zaproponowanych algorytmów wykorzystuje oscylatory liniowe. Algorytm daje dobre rezultaty na etapie symulacji, ale testy na rzeczywistym stanowisku robota kroczącego, ze względu na trudności w implementacji w układach mikroprocesorowych, wstrzymują autora od dalszych badań w tym kierunku. Drugi z algorytmów opiera się na oscylatorach nieliniowych: Rayleigha i Van der Pola. Dzięki zastosowaniu wymienionych równań uzyskuje się rozwiązania o stosunkowo prostej złożoności obliczeniowej, które pozwalają zaimplementować chód trójpodporowy robota sześcionożnego. W trzecim z algorytmów wykorzystuje się kratę Toda-Rayleigha. Dynamika algorytmu umożliwia generację następujących chodów: pięciopodporowego, czteropodporowego i trójpodporowego, przy użyciu stanowiska robota sześcionożnego. Największym osiągnięciem pracy jest realizacja płynnych przejść pomiędzy różnymi rodzajami chodu, a także płynnego wybudzania robota z pozycji bazowej i płynnego zatrzymania.