Modelarea Si Simularea Sistemelor Mobile Biomorfe

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~


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~


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


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


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


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


7/18

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@ > @.


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~


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@ > @.


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

@.

Documents

Modelarea Si Simularea Sistemelor Mobile Biomorfe