ВІДМОВОСТІЙКЕ АДАПТИВНЕ КЕРУВАННЯ КРОКУЮЧИМ ГЕКСАПОДОМ ЗА НЕСПРАВНОСТІ ОДНІЄЇ КІНЦІВКИ

Автор(и)

  • Надія Бурау Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-6848-816X
  • Ярослав Короленко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна
  • Юлія Павловська Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна
  • Олексій Павловський Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-2754-8856

DOI:

https://doi.org/10.20535/1970.68(2).2024.318216

Ключові слова:

мобільний робот, гексапод, алгоритм ходи, відмова, система керування, діагностування, відмовостійке адаптивне керування, функціональна схема, канал керування

Анотація

Статтю присвячено вдосконаленню системи керування крокуючим мобільним роботом, який має шість кінцівок (гексаподом), з метою забезпечення його стійкого руху у випадку несправності чи відмови однієї кінцівки. Як базовий алгоритм руху розглядається трипедальна хода. У якості несправності кінцівки розглядається відмова одного із суглобів. Для забезпечення руху у випадку відмови однієї кінцівки розроблено алгоритм трипедальної ходи, який забезпечує для кожної з бездефектних кінцівок перебування у стадії стійкої опори протягом двох фаз руху підряд. Оцінку можливості відмовостійкої ходи гексаподу за розробленим алгоритмом виконано на основі опорних трикутників та чотирикутника між кінцівками, що знаходяться у фазі опори.

Виконано структурно-функціональний синтез системи відмовостійкого адаптивного керування гексаподом, яка складається з таких модулів і підсистем: модуль динамічної моделі робота; модуль базового алгоритму ходи; підсистема виконавчих елементів; підсистема діагностування та прийняття рішення; підсистема альтернативних алгоритмів ходи. Розроблено та обґрунтовано структурно-функціональну схему каналу керування для реалізації алгоритму діагностування суглобу однієї кінцівки, прийняття рішення про його стан та перемикання на продовження виконання базового алгоритму ходи, якщо стан суглобу  оцінюється як бездефектний. Розроблено та обґрунтовано схему каналу керування перемиканням на виконання альтернативного алгоритму ходи, якщо стан суглобу  оцінюється як дефектний. Запропоновані структурно-функціональні рішення узагальнено для випадку відмови інших суглобів розглянутої кінцівки та інших кінцівок гексаподу.

Показано, що на основі виявлення та локалізації відмов суглобів кінцівок гексапода відбувається переконфігурація алгоритму ходи та системи керування, і таким чином реалізується відмовостійке адаптивне керування рухом гексапода. Реалізація запропонованих альтернативних трипедальних алгоритмів ходи та каналів керування у системі відмовостійкого адаптивного керування забезпечить стабільний рух гексапода при відмові однієї з кінцівок.

Біографії авторів

Надія Бурау, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

зав. каф. КІОНС, д.т.н., професор каф. КІОНС

Ярослав Короленко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

магістрант каф. КІОНС

Юлія Павловська, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

аспірантка каф. КІОНС

Олексій Павловський, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

к.т.н.,  доцент каф. КІОНС

Посилання

F. Rubio, F. Valero, and C. Llopis-Albert, “A review of mobile robots: Concepts, methods, theoretical framework, and applications”, International Journal of Advanced Robotic Systems, vol.16, Iss. 2, pp. 1-22, 2019. DOI:10.1177/1729881419839596

V. Lyashenko, M. Ahmad, N. Belova, and S. Sotnik, “Modern Walking Robots: A Brief Overview”, International Journal of Recent Technology and Applied Science, vol 3, no. 2, pp. 32-39, 2021. DOI:10.36079/lamintang.ijortas-0302.252

L. Wijayathunga, A. Rassau, and D. Chai, “Challenges and Solutions for Autonomous Ground Robot Scene Understanding and Navigation in Unstructured Outdoor Environments: A Review”, Applied Sciences, vol. 13, Iss. 17, 9877, 33 р., 2023. DOI:10.3390/app13179877

Ya. R. Korolenko, Robastna systema keruvannia rukhom krokuiuchoho mobilnoho robota/ 2024. Mahisterska dys.: 151 Avtomatyzatsiia ta kompiuterno-intehrovani tekhnolohii. 124 s. (in Ukrainian)

J. Yuan, L. Yan, Y. Zhang, H. Li, and C. Zuo, “Review of Bionic Hexapod Robot”, Journal of Artificial Intelligence Practice, vol. 5, pp. 7-10, 2022. DOI: http://dx.doi.org/10.23977/jaip.2022.050102.

Z. J. Chen, Q. X. Xi, F. Gao and Y. Zhao, "Fault-tolerant gait design for quadruped robots with one locked leg using the g(f) set theory", Mechanism and Machine Theory, vol. 178, 2022. DOI:10.1016/j.mechmachtheory.2022.105069

J.-M. Yang, "Two-phase discontinuous gaits for quadruped walking machines with a failed leg", Robotic and Autonomous Systems, vol. 56, Iss.9, pp.728-737, 2008. https://doi.org/10.1016/j.robot.2008.01.002

U. Asif, "Improving the navigability of a hexapod robot using a fault-tolerant adaptive gait", International Journal of Advanced Robotic Systems, vol.9, Iss.33, pp.1–12, 2012. DOI: 10.5772/50604

Y. Liu, X. Fan, L. Ding, J. Wang, T. Liu, and H. Gao, "Fault-Tolerant Tripod Gait Planning and Verification of a Hexapod Robot", Applied Sciences, vol.10, Iss. 8, 2959, 2020. https://doi.org/10.3390/app10082959

B. You, Y. Fan, and D. Liu, "Fault-tolerant motion planning for a hexapod robot with single-leg failure using a foot force control method", International Journal of Advanced Robotic Systems, vol. 19, Iss.5, pp.1–12, 2022. DOI:10.1177/17298806221121070

J. Coelho, B. Dias, G. Lopes, F. Ribeiro, and P. Flores, "Reactive Locomotion of a Hexapod for Navigation Across Irregular Ground", Advances in Robot Kinematics 2022 (ARK 2022), Springer Proceedings in Advanced Robotics, vol. 24, pp. 478–485, 2022. https://doi.org/10.1007/978-3-031-08140-8_52

Ya.R. Korolenko, Yu.O. Pavlovska, " Simulation of the movement of a walking robot with a damaged limb in MATLAB ", Vcheni zapysky TNU im. V.I. Vernadskoho. Seriia: Tekhnichni nauky, Vol 35 (74), №5, 2024.

C. Gurel, Hexapod Modelling, Path Planning, and Control. [Electronic resource], ResearchGate, 2017. – Resource access mode:https://www.researchgate.net/publication/320386792_Hexapod_Modelling_Path_Planning_and_Control#pf34.

Servo Tower Pro MG995 Arduino.ua Electronic resource]. – Resource access mode:https://arduino.ua/ru/prod2551-servoprivid-tower-pro-mg995-180.

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-12-26

Як цитувати

[1]
Н. Бурау, Я. Короленко, Ю. Павловська, і О. Павловський, «ВІДМОВОСТІЙКЕ АДАПТИВНЕ КЕРУВАННЯ КРОКУЮЧИМ ГЕКСАПОДОМ ЗА НЕСПРАВНОСТІ ОДНІЄЇ КІНЦІВКИ», Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., вип. 68(2), с. 56–64, Груд 2024.

Номер

Розділ

АВТОМАТИЗАЦІЯ ТА ІНТЕЛЕКТУАЛІЗАЦІЯ ПРИЛАДОБУДУВАННЯ