View
337
Download
5
Category
Preview:
Citation preview
7/26/2019 Modelarea Si Simularea Sistemelor Mobile Biomorfe
1/18
Universitatea POLITEHNICA din BucuretiUniversitatea POLITEHNICA din Bucureti
Facultatea de Ingineria i Managementul Sistemelr Te!nlgiceFacultatea de Ingineria i Managementul Sistemelr Te!nlgice
"e#artamentul de Teria Mecanismelr i a $%&ilr"e#artamentul de Teria Mecanismelr i a $%&ilr
Studii universitare deStudii universitare de MasteratMasterat
Programul de studiiProgramul de studii
Mdelarea i Simularea Sistemelr Mecanice M%ileMdelarea i Simularea Sistemelr Mecanice M%ile
MSSMMMSSMM
$EFE$AT$EFE$AT
MODELAREA I SIMULAREA SISTEMELOR
BIOMORFE
SEMEST$UL ISEMEST$UL I
Cnduc'tr tiin&i(icCnduc'tr tiin&i(ic))
Pr(*univ*dr*ing* Adriana Cm'nescuPr(*univ*dr*ing* Adriana Cm'nescu
Student master)Student master)
Busic +* Alina,Iana
-./0 , -./1
1. INTRODUCERE
~ 1~
7/26/2019 Modelarea Si Simularea Sistemelor Mobile Biomorfe
2/18
1.1. Definiie
Robotul este un sistem complex din mai multe elemente: mecanic (mecanism de
direcionare), actuatori i senzori. Mecanica stabilete nfiarea robotului i micrile posibile
n timpul funcionrii i are grij ca robotul si ndeplineasc obiecti!ul cu succes. "istemul decomand i control e!alueaz informaiile primite de la senzori, regleaz motoarele i planific
micrile care trebuiesc efectuate.
1.2.Roboii pitori
#deea construirii mainilor pitoare, respecti! a mainilor care se deplaseaz intrun mod
asemntor mamiferelor terestre sau unor insecte, a atras atenia de mult !reme cercettorilor i
constructorilor. $umea animal, lumea !ie a oferit un c%mp imens de in!estigare, iar micarea n
aceast lume a fascinat ntotdeauna. &mul, ca fiin iscoditoare a ncercat permanent s studiezenatura i si identifice legile. 'ercetrile sistematice n domeniul roboilor pitor au nceput n
a dou jumtate a secolului , ciar dac fascinaia acestui domeniu a atras cercettorii cu mult
nainte, n condiiile n care suportul tenologic nu a permis realizri deosebite.
*oboii +ipezi pot efectua acti!iti caracteristice oamenilor ca de exemplu lo!irea unei
mingi de fotbal, mersul cu bicicleta ac ion%nd pedalele acestuia, desciderea u ilor, mane!rarea
obiectelor de pe rafturi, precum i acionarea butoanelor i comutatoarelor cu m%na. in punctul
de !edere al !itezei, stabilit ii, complexit ii sau mobilit ii, mersul pe patru sau mai multe
picioare este mult mai a!antajos. $u%nd ca exemplu animalele cu picioare mai mici i mai puin
puternice pot alerga cu o !iteza mult mai mare dec%t omul. -tiliz%nd cele patru picioare,
insectele care folosesc principii de micare (deplasare) foarte simple, se pot deplasa foarte
eficient, folosind dotarea lor ce const dintrun numr mare de picioare i un centru de greutate
plasat foarte jos. Mersul biped de tip uman prezint deza!antajul unui centru de greutate nalt cu
o suprafa mic de contact cu solul, obin%nd un poligon mic de ecilibru al corpului, cu
consecina pericolului permanent de pierdere a ecilibrului.
2. MODELE PRIVIND TR!TE"IILE DE DEPL!!RE ! RO#O$ILOR #IPE%I
~ 2~
7/26/2019 Modelarea Si Simularea Sistemelor Mobile Biomorfe
3/18
Modul de deplasare al roboilor bipezi, n urma cercetrilor fcute ciar a celor realizate
prin intermediul internetului sa constatat faptul c exist exist dou sisteme de deplasare n
raport cu poziia iniial adoptat ca fiind cea n care picioarele sunt paralele i plasate simetric n
raport cu platforma, dup cum urmeaz:
micarea platformei se realizeaz n sistemul start-stopn trei timpi (ig./). 0n prima
faza unul dintre picioare ram%ne pe sol, are loc micarea piciorului conex n poziia
urmtoare n raport cu platforma i amplasarea sa pe sol. #n timpul al doilea timp piciorul
prim sau ambele determin deplasarea platformei ntro nou poziie de referin. #n
timpul al treilea are loc micarea acestui picior n raport cu platforma acesta fiind adus
paralel cu cel amplasat pe sol i aezat pentru susinerea platformei.
ig./
1entru o !izualizare concret a modelului de deplasare sa realizat animaia pentru
o platform biped dotat cu dou pedipulatoare cu o structur plan 2*. up cum se
poate obser!a n igura 3.
~ 3~
tT 2T 3T 4T 5T 6T
Pedipulator
I
Pedipulator
II
Platforma
7/26/2019 Modelarea Si Simularea Sistemelor Mobile Biomorfe
4/18
ig.3
micarea platformei se realizeaz continuuastfel nc%t alternati! unul dintre picioareeste n transport n raport cu aceasta, piciorul de sprijin determin%nd n general micarea
acesteia (ig.4).
&i'.(
1entru modelarea cinematic i dinamic a micrii robotului este important s se obser!e
necesitatea adoptrii a trei sisteme de referin (ig.5): sistemul de referin fix ( f,6f) 7 solidar
cu suprafaa de sprijin, un sistem de referin ataat plaformei (p,6p) la care se raporteaz
~ 4~
tT 2
T
3
T
4
T
5
T
6
T
Pedipulato
r
I
Pedipulator
II
Platform
a
7/26/2019 Modelarea Si Simularea Sistemelor Mobile Biomorfe
5/18
pedipulatoarele n transport i un sistem de referin ataat extremitii pedipulatorului (e,6e)
necesar pentru stabilirea parametrilor caracteristici de transport ai platformei.
&i'.)
"cema cinematic adoptat pentru pedipulator este constituit pe baza celui mai simplu
lan cinematic, monocontur cu trei grade de mobilitate. 'ele trei grade de mobilitate sunt
necesare pentru a se putea adapta extremitatea piciorului 4 la configuraia terenului. 8lementul 2
~ 5~
2(
1
! #
C
D
E
&
2 3
4
5
6
3(
3P
2P
3e
2e
7/26/2019 Modelarea Si Simularea Sistemelor Mobile Biomorfe
6/18
al fiecrui pedipulator este solidar cu corpul platformei n micare. 9cionarea fiecrui
pedipulator n raport cu platforma 2, precum i a platformei n raport cu elementul de execuie 4
al pedipulatorului se realizeaz prin motoare (actuatori) situate respecti! n cuplele cinematice ',
i , acestea fiind n consecin cuplele acti!e ale sistemului.
1edipulatorul poate a!ea di!erse sceme cinematice, obinute ca soluii ale lanurilor
cinematice plane cu trei grade de mobilitate i un numr diferit de contururi independente. &
astfel de soluie bicontur, inspirat dintro construcie japonez este redat n ig..
&i'.*
'uplele acti!e ale acestui sistem sunt situate n ', i ;, elementul < fiind solidar cu
platforma robot, iar elementul de execuie este =.
"oluiile cinematice adoptate pentru pedipulatoarele platformelor mobile bipede pot fi de
tipul celor din ig.3 sau ig.4. 9cestea asigur at%t poziia orizontal a platformei n timpul
deplasrii c%t i posibilitatea adaptrii elementului de execuie al pedipulatorului la microrelieful
suprafeei de e!oluie a robotului.
~ 6~
3
2
5
6
8
41
L
M A
B
E
DC
F
K
7
7/26/2019 Modelarea Si Simularea Sistemelor Mobile Biomorfe
7/18
3. MODELE DE DEPL!!RE ! PL!T&ORMEI
RO#O$ILOR #IPE%I
0n raport cu sistemul de referin fix ( f,6f) ataat suprafeei de sprijin (ig.5) platformai pstreaz cota constant. ou puncte caracteristice ale sale sunt notate respecti! 1 /(1/,
61/) i 13(13, 613). 1resupun%nd terenul amenajat plan rezult 61/ > 613 > const. ?alorile
parametrilor 1/ i 13 depind de timp i modelul de deplasare adoptat. #n cele ce urmeaz se
exemplific modele de deplasare at%t n sistemul startstop c%t i n cazul micrii continue n
regim permanent.
Modelul de deplasare cu legea de micare liniar
1entru deplasarea platformei se adopt o !itez de translaie orizontal ! > @.3 mAs ninter!alul de timp considerat B > 5 s. &riginea sistemului de referin fix n raport cu acela ataat
platformei este definit prin 1@ > @ i 61@ > @.
7/26/2019 Modelarea Si Simularea Sistemelor Mobile Biomorfe
8/18
(.1. Mo+ele +e +epl,-,re pentru eleentul +e e/e0uie ,l pe+ipul,torului
8lementului de execuie al pedipulatorului (talpa piciorului elementul cinematic 4
pentru soluia cinematic din ig.5, respecti! = n aceea din ig.) indiferent de scema
cinematic adoptat i se pot impune n raport cu sistemul de referin fix ( f,6f) legi de micare
di!erse. 'a i n cazul platformei sunt de preferat acele legi care asigur continuitatea funciilor
de acceleraie pentru o !ariaie n consecin a forelor de inerie.
#n cele ce urmeaz se !or prezenta modelele de deplasare ale elementului de execuie
conform acestor legi raportate at%t la sistemul de referin fix ( f,6f), c%t i n sistemul de
referin (p,6p) ataat plaformei. 'orespunztor unei perioade B n inter!alul de timp t
),@( T (ig./) elementul de execuie poate a!ea n raport cu sistemul de referin legi de
micare !ariate.
(.1.1. Mo+elul +e +epl,-,re 0u le'e, +e i0,re lini,r
~ 8~
7/26/2019 Modelarea Si Simularea Sistemelor Mobile Biomorfe
9/18
"e adopt o !itez de translaie orizontal ! > @.3 mAs n inter!alul de timp considerat B
> 5 s. &riginea sistemului de referin fix n raport cu acela ataat platformei este definit prin
1@ > @ i 61@ > @.
7/26/2019 Modelarea Si Simularea Sistemelor Mobile Biomorfe
10/18
*aportat la sistemul de referin ataat platformei aceleai puncte caracteristice au
ecuaiile:
diagramele de !ariaie fiind urmtoarele:
& platform biped poate fi dotat cu dou pedipulatoare, fiecare a!%nd scema
cinematic din ig./.
~ 10~
@.2
@.
Recommended