RHex szerű hatlábú robot mechatronikai tervezése, dinamikai modellezése és irányítása
A járó robotok egyre elterjedtebbek napjainkban, mivel több helyen is igény mutatkozik nagy mobilitású robotok alkalmazására. A járó robotoknál irányítani és időzíteni lehet a talaj felé kifejtett erőket, így megválaszthatjuk, hogy a robot előre szökkenjen, felfelé ugorjon, szaltót vagy más mozdulatot végezzen. A gyakorlatban ezek a gépek segíthetik a műszaki mentést, ismeretlen környezet feltérképezését vagy zord környezeti körülmények között végzett munkát.
A természetben az állatok kiváló agilitásuk mellett nagy energiahatékonysággal mozognak. A biológusok megfigyelték, hogy a járás folyamatát egy merev lábon átbillenő pontszerű tömegű testtel (inverz inga), a futásét pedig egy tömeg-rugó sablonnal (Spring Loaded Inverted Pendulum) lehet modellezni. [1] Alulirányított mechanikai szerkezetnél együttesen növelhetjük az energiahatékonyságot és a sebességet, ha a rendszer dinamikus mozgása ezen sablonokhoz hasonló.
Az RHex egy bioinspirált, hat lábú masina mely lábanként egy-egy aktuátorral rendelkezik. Lábai teljesen körbe tudnak fordulni, így mozgása részben hasonlít a kerekes robotokéhoz. Mechanikai egyszerűsége ellenére olyan összetettebb mozgási feladatokra is képes, mint a futás, szaltó, fordulás, ugrálás, lépcsőzés.
A dolgozat egy RHex szerű robot megépítésének előkészületeit és mozgásának szimulálását írja le. A megépítés előtt célszerű a robotot analitikusan modellezni és szimulálni. Ennek segítségével előre optimalizálhatjuk a szerkezet tulajdonságait.
CAD modellezés és végeselemes módszer segítségével meghatározzuk a robot dimenzióit, össztömegét, súlypontjának elhelyezkedését, lábának rugóállandóját és sajátfrekvenciáját. A lábparaméterek validálását egy saját fejlesztésű mérőműszerrel végezzük, mely statikus és dinamikus mérésekre egyaránt fel van készítve. A robot szabályozását megnehezíti, hogy futás közben lábai bizonyos ideig nem érintkeznek a talajjal, így mozgásegyenlete hibrid differenciál egyenlettel írható le.
A járásalgoritmus, a motorszabályozás és a mechanika együttes szimulációját SimMechanics környezetben végezzük az importált CAD modellel. A szimuláció segítségével optimalizálhatjuk a járásalgoritmust, az energiaveszteségeket és a szabályozók paramétereit.
[1] Daniel E. Koditschek, Robert J. Full, Martin Buehler - Mechanical aspects of legged locomotion control 2004
szerző
-
Bessenyei Szilard
Villamosmérnöki szak, mesterképzés
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Harmati István
egyetemi docens, Irányítástechnika és Informatika Tanszék
