DISTRIBUOVANÝ SYSTÉM ŘÍZENÍ KRÁČIVÉHO ROBOTU

DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM OF THE WALKING ROBOT

journal article - other

Czech

Robot je zařízení, jehož účelem je ulehčit lidem práci a nahradit je v prostředích, která jsou pro ně nebezpečná nebo nedostupná. Existují projekty robotů hledajících miny, detekující přítomnost zdraví škodlivých látek, provádějících geologický průzkum. Zároveň se v posledních několika letech objevují roboty-hračky. V současnosti nejvíce rozvinutou kategorií lokomočních robotů jsou kolové roboty. Tato kategorie mobilních robotů se ale vyznačuje závažnými omezení pro pohyb v neregulárním terénu. Částečného zmírnění tohoto omezení lze dosáhnout použitím pásových podvozků. Z hlediska dosažitelné mobility je však nejlepším řešením použití kráčivých robotů. Mezi výhody mobilních kráčivých robotů patří kromě podstatně snazšího překonávání terénních nerovností i velká manévrovatelnost, umožňovaná vysokým počtem stupňů volnosti pohybového mechanismu. Mezi nevýhody patří hlavně podstatně složitější mechanická konstrukce pohybového ústrojí robotu, velké množství pohybujících se součástí, vysoká náročnost na výkon jednotlivých pohonů a s ní spojená nízká účinnost robotu jako celku. Dalším problémem, který je spojen s kráčivými roboty, jsou vysoké nároky na řízení. Vysoký počet stupňů volnosti pohybového ústrojí kráčivých robotů poskytuje širokou škálu variant pří volbě počtu a tvaru noh robotu. Na základě zvoleného počtu noh a počtu stupňů volnosti každé nohy lze navrhnou i velké množství variant způsobů řízení samostatných noh a následně několikanásobně větší počet strategií řízení chůze robotu. Chůze dále poskytuje mnoho způsobů řešení nestandardních situací, jako je například porucha jedné čí více noh. Kráčivé roboty tudíž představují vynikající platformu pro zkoumání různých inteligentních způsobů řízení využívajících fuzzy množin, neuronových sítí, genetických algoritmů, opakovaně posilovaného učení a jiných.

Presented thesis deals with the proposal of distributed control system of four-legged walking robot. Problem solving includes current design of mechanical, electrical and software level of walking robot as mechatronic system (object). Due to high complexity of the problem the thesis deals only the problem of lower layers of the system up to the gait generation module, which is not the part of this work. Analytical section of thesis shows the analysis of present state in walking robots research worldwide and defines the most important basic terms for problems solved in thesis, e.g. definition of robot stability or landing of robot’s leg end point. Subsequently the basic structure of control system of walking robot is defined as well as definition of layers connection and its communication protocol. The core part of thesis deals with proposal of mechanical design, hardware including the sensor system and software for lower levels of robot control. Proposed sensor system of the robot consists of scene and collision sensors, leg end point landing sensor and robot’s body inclination sensor. Mechanical design of given robot consists of robot’s body and four pantographic legs. The leg of the robot is equipped with three drives. A prototype of the single leg was build to experimentally verify its function. Robot leg consists of three geared drives, position sensor and control modules, leg control system with electronics and sensor of leg endpoint landing sensor. Robot movement control is performed by module of legs control, module for communication with legs, module of local map generation and those modules process data from sensor system. Sensor system of scene and collision sensors is put in sensor tower. Inclination sensor is proposed as the system of two two-axis accelerometers and two single-axis gyroscopes and is located as close to the robot body CG as possible. Proposed sensor is of small dimension s and has low power requirements. Its disadvantage is lower precision, but a method to improve inclination measurements precision is proposed. Proposed and partially implemented distributed control system of walking robot can be considered the basic part of complex mechatronic system – four-legged walking robot.

Distributed control system, walking robot, sensor system, attitude measuring, leg landing

HOUŠKA, P.

2005

1. 1. 2005

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ, FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ

Brno, CZ

1213-4198

Vědecké spisy Vysokého učení technického v Brně Edice PhD Thesis

317

Czech Republic

1

30

30