4.Алгоритмы передвижения робота
4.1 Выбор базового алгоритма походки.
Алгоритмы походки имеют набор функций, описывающих производимые роботом действия. Также существуют условия реализации алгоритма, накладывающие требования и ограничения на аппаратную часть. Все эти аспекты отражены в виде критериев для определения базового алгоритма.
Критерии, определенные для алгоритмов походки шестиногих роботов:
-
Движение «вперед»
-
Движение «вбок»
-
Движение «разворот»
-
Устойчивость при перемещении (количество конечностей опирающихся на поверхность во время выполнения действий)
-
Количество действий, приходящихся на одно полное движение
-
Минимальное количество сервоприводов на одну конечность (влияет на массу и стоимость робота, зависит от требований алгоритма)
-
Трудоемкость реализации алгоритма
Для выбора анализа и выбора алгоритма передвижения эти характеристики представлены в виде таблицы:
Таблица 4. Основные параметры различных алгоритмов походки
№
|
Алгоритм
|
Движение "вперед"
|
Движение "вбок"
|
Движение "разворот"
|
Устойчивость в движении
|
Кол-во действий на движение
|
Мин. кол-во сервоприводов на конечность
|
Трудоемкость реализации алгоритма
|
1
|
3+3 инсект.
|
да
|
нет
|
да
|
3
|
3
|
2
|
низкая
|
2
|
3+3 животн.
|
да
|
да
|
нет
|
3
|
3
|
3
|
средняя
|
3
|
3+3 комби.
|
да
|
да
|
да
|
3
|
3
|
3
|
высокая
|
4
|
4+2 инсект.
|
да
|
нет
|
да
|
4
|
4
|
2
|
средняя
|
5
|
5+1 инсект.
|
да
|
нет
|
да
|
5
|
7
|
2
|
высокая
|
Основными критериями выбора алгоритма в представленной таблице являются оценка сложности его реализации, требуемое минимальное количество сервоприводов на конечность и устойчивость при походке. По данным критериям был выбран алгоритм «3+3» инсектоподобный. Основной недостаток данного алгоритма - невозможность реализации движения вбок, однако для робота продолговатой конструкции нет необходимости реализовывать этот тип движения.
Таким образом, основным алгоритмом передвижения робота выбран алгоритм «3+3 инсектоподобный».
4.2 Алгоритм «3+3 инсектоподобный»
Алгоритм «3+3 инсектоподобный» – один из наиболее распространенных алгоритмов передвижения среди насекомых. Именно по такому алгоритму передвигается рыжий таракан - «прусак». Из-за простоты реализации и большой скорости передвижения данный алгоритм получил широкое распространение и в шагающих машинах.
Передвижение робота продолговатой формы в данном алгоритме можно представить виде циклограммы (Рис.34). На представленной диаграмме по оси Х откладывается время, а по оси У откладываются положения шести конечностей робота с условными обозначениями ЛП (левая передняя), ЛС (левая средняя), ЛЗ (левая задняя), ПП (правая передняя), ПС (правая средняя), ПЗ (правая задняя). Конечности условно могут иметь два положения: высокое («нога поднята») и низкое («нога опущена»)
Рис.34 Циклограмма алгоритма «3+3 инсектоподобный»
4.3 Основные принципы адаптивного передвижения
В основе адаптивного передвижения робота положено три основных принципа: принцип стабилизации, принцип останова и принцип нащупывания поверхности.
4.3.1 Принцип стабилизации
Принцип стабилизации основан на выравнивании робота относительно горизонтальной поверхности по показаниям акселерометра. Если показания свидетельствуют, что робот наклонен вправо, то три правые ноги опускаются на минимальную величину коррекции, а три левые ноги поднимаются на минимальную величину коррекции. После завершения первого этапа стабилизации опять происходит считывание показаний акселерометра и, если акселерометр свидетельствует о наклонном положении робота, вновь происходит стабилизации на минимальную величину коррекции. Стабилизация будет продолжаться до тех пор, пока робот полностью не выровняется или три (правые, если робот наклонен влево и наоборот), ноги не будут опущены до конца.
Рис. 34 Условное изображение принципа стабилизации
Рис. 35 Блок-схема алгоритма стабилизации
4.3.2 Принцип останова
Принцип останова лежит в основе адаптивного опускания ног робота. Принцип останова заключается в том, что робот будет опускать ноги до тех пор пока они не достигнут поверхности или не опустятся в крайнее нижнее положение. В алгоритме данного метода робот на каждом шаге опускает ноги на минимальную величину коррекции и затем считывает показание датчиков касания. Если нога не достигла поверхности, опускание ноги происходит заново. В случае, если поверхность достигнута или нога опущена в крайнее нижнее положение, опускание прекращается.
Рис. 36 Циклограмма алгоритма походки 3+3 с принципом останова
Рис. 37 Блок-схема алгоритма принципа останова
4.3.3 Принцип нащупывания поверхности
Принцип нащупывания поверхности заключается в том, что при отсутствии касания поверхности при опускании ноги по принципу останова (нога опущена в крайнее нижнее положение, но касания поверхности нет) происходит поиск («нащупывание») поверхности по горизонтали сначала спереди, а затем сзади. По принципу нащупывания нога, не достигшая поверхности, поднимается вверх и поворачивается на величину горизонтальной коррекции вперед. Затем по принципу останова происходит опускание ноги. Если нога вновь не коснулась поверхности, то она поднимается и перемещается по горизонтали на двойную величину горизонтальной коррекции назад, затем вновь производится опускание ноги по принципу останова.
Рис.38 Условное изображение принципа нащупывания
Рис. 39 Блок-схема алгоритма принципа нащупывания поверхности
|