Alulaktuált, sétáló robot dinamikájának numerikus szimulációja
Dolgozatunk témája egy alulaktuált, sétáló robot viselkedésének numerikus szimulációja, továbbá módszerek bemutatása a robot periodikus mozgásának, vagyis járásának előállításához.
A járkáló robotok dinamikai modellezésével közelebb kerülhetünk az emberi járás megértéséhez. Ezen kívül egy jól megépített sétáló robot nagy előnye az általános kerekeken haladó szerkezetekkel szemben, hogy sokkal kevésbe érzékeny a talaj minőségére, ezért ebből a szempontból is érdemes megvizsgálni a lábakon közlekedő robotokat.
Sok tanulmány (pl. [1]) foglalkozik teljesen passzív, lejtőn lesétáló robototokkal. A lejtőre az egyes lépéseknél elveszett mozgási energia pótlása miatt van szükség. A szakirodalomban található passzív rendszerek tanulmányozása után sík talajon, részben aktuátorok segítségével történő mozgást vizsgáltunk. A lépéseknél ütközés miatt elveszett energiát a csípőnél és a térdnél található aktuátorok pótolják vissza a rendszerbe. Járás közben azonban előfordul, hogy a rendszer egyes részei passzívan, vagyis a bármilyen aktuátor beavatkozása nélkül működnek, tehát a rendszer alulaktuált. Ennek ellenére szabályozható módon az emberi járást utánzó mozgás állítható elő, mely munkánk alapvető célja.
A mechanikai modell ismeretében a többtest dinamika területéről ismert módszereket felhasználva megalkottuk a szerkezetet leíró matematikai modellt [2].
A feladat érdekessége, hogy a folytonos dinamika mellett a diszkrét dinamika is megjelent az ütközések következtében. A folytonos mozgást leíró differenciál egyenletrendszert Runge Kutta módszer segítségével oldottuk meg. A talaj-láb érintkezéseket kényszerekkel kezeltük és a pillanatszerű dinamikát ennek megfelelő projekcióval számítottuk ki. A szimuláció pontosságának növeléséhez szükség volt az ütközések előtti időlépés nagyságrendi finomítására.
A járásnak megfelelő periodikus pályák megkeresésére két módszert használtunk. A belövéses módszert (shooting method), illetve a pásztázás módszerén alapuló paraméter vizsgálatot. Mindkét esetben azon fizikai paraméterek és kezdeti feltételek megtalálása a cél, amelynél periodikus mozgás keletkezik. A várakozásoknak megfelelően a robot mozgása érzékenynek bizonyult a kezdeti értékekre, a geometriára és az aktuátorok szabályozási módszereire egyaránt.
Irodalom:
[1] V.F.H. Chen: Passive Dynamic Walking with Knees: A Point Foot Model, Master’s thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2007.
[2] J.G. de Jalón, E. Bayo: Kinematic and Dynamic Simulation of Multibody Systems University of California, 2009.
szerzők
-
Wéber Richárd
mechatronikai mérnöki
nappali alapszak -
Hermann Bence
mechatronikai mérnöki
nappali alapszak
konzulens
-
Zelei Ambrus
Tudományos munkatárs, Műszaki Mechanikai Tanszék
