КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И ЯКОБИАНСКИЙ АНАЛИЗ ДЛЯ ЧЕТЫРЕХНОГОГО РОБОТА

В работе представлены методы прямой кинематики, обратной кинематики и Якобианский анализ четырехногих роботов. Кинематический анализ - основная проблема шагающего робота. В этом исследовании для каждой ноги четырехногого робота прямая задача кинематики решается с использованием метода Денавита-Хартенберга (D-H), а для решения обратной кинематической задачи используются геометрический и математический методы. Кинематика делится на две категории: прямая кинематика и обратная кинематика. Прямая кинематика, как мы знаем, позволяет установить конечную точку угла (θ1,θ2 и θ3). Обратная кинематика используется для вычисления относительных углов, которые достигают желаемого положения и ориентации концевого эффектора относительно базовой рамы. Метод Якобиана является одним из наиболее важных анализов для управления плавностью траектории и вывода динамического уравнения движения робота. Для расчета используется программное обеспечение MATLAB, а для моделирования робота используется Simulink toolbox в программном обеспечении MATLAB. При моделировании в пакете MATLAB рассматривалась одна нога модели, проводился расчет угловой скорости и относительных углов. Функциональная программа MATLAB состоит из различных алгоритмов в зависимости от требований к работам. Получена программа, рассчитывающая угловые скорости звеньев и относительные углы при перемещении из заданного положения в конечное. В данном исследовании приведены различные угловые скорости и углы конечной точки ноги. Основное внимание в работе уделяется механическому дизайну, расчету кинематического анализа, функции Якобиана и экспериментальным данным четырехногих роботов в среде моделирования MATLAB.

прямая кинематика, обратная кинематика, якобианский анализ, четвероногие роботы, параметр D-H, MATLAB, моделирование, Forward kinematics, Inverse kinematics, Jacobian analysis, four-legged robots, D-H parameter, MATLAB, Simulation and Simulink

1. Математическое моделирование мобильного гусеничного робота / С.Ф. Яцун, Чжо Пьо Вей, А.В. Мальчиков, Е.С. Тарасова // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6.

2. Gor M. M., Pathak P. M. and J-M Yang., Dynamic Modeling and Simulation of Compliant Legged Quadruped Robot // Proceedings of the 1st International and 16th National Conference on Machines and Mechanisms (iNaCoMM2013), IIT Roorkee, India, Dec 18-20 2013, pp 7 - 11.

3. Muhammed Arif Sen, Veli Bakircioglu, and Mete Kalyoncu., Inverse Kinematic Analysis Of A Quadruped Robot // International journal of scientific & technology research. September 2017. Volume 6, issue 09, 2277-8616, Pp. 285 - 289.

4. Zielinska T., John Heng., Mechanical design of multifunctional quadruped // Mechanism and Machine Theory. 2003. № 38. P. 463 - 478.

5. Song S. M., Waldron K. J., Machines that walk: The adaptive suspension vehicle, MIT Press, Cambridge (1989).

6. Mary Anne Simpson., Boston Dy-namics: Quadruped Rough Terrain Robot Prototype (2008, March 27). 2017, pp. 1 - 2. URL: https://phys.org/news/2008-03-boston-dynamics-quadruped-rough-terrain.html.

7. Nancy Owano., Boston Dynamics unwraps military robot AlphaDog (w/ video) (2011, October 3). 2017, pp 1 - 2. URL: https://phys.org/news/2011-10-boston-dynamics-unwraps-military-robot.html.

8. Robert F. Battaglia., Design of the SCOUT II Quadruped with Preliminary Stair-Climbing // M.E. Thesis, Department of Mechanical Engineering, McGill University, Montreal, Canada, May 1999.

9. K. Berns and W. Ilg., Mechanical construction and computer architecture of the four-legged walking machine BISAM // ASME Transactions on Mechatronics, 4 (1) (1999) 32-38.

10. C. Ridderstom and J. Ingvast., Quadruped posture control based on simple force distribution-a notion and a trial // IEEE Conference on Intelligent Robots and Systems. Mad, Hawaii, USA (2001). P. 2326-2331.

11. Wai Mar Myint, Theingi., Kine-matic Control of Pick and Place Robot Arm // International Journal of Engineering and Techniques. July - Aug 2015. Vol. 1. Is. 4. P. 63 - 70.

12. Smita A. Ganjare, V S Narwane and Ujwal Deole., Kinematic Modeling of Quardruped Robot // International Journal on Theoretical and Applied Research in Mechanical Engineering (IJTARME). 2013. Vol. 2, is. 4. P. 21 - 26.

13. Emmanuel Dean-Leon, Suraj Nair and Alois Knoll., User friendly MatLab-toolbox for symbolic robot dynamic modeling used for control design 2013. URL: // http://ieeexplore.ieee.org/document/ 6491292/

14. Ahmed Kharidege, Ding Jianbiao, Yajun Zhang., Performance Study of PID and Fuzzy Controllers for Position Control of 6 DOF arm Manipulator with Various Defuzzification Strategies // MATEC Web of Conferences 77, 01011 (2016),pp 1 - 6.

15. Adrian-FlorinNICOLESCU, Florentin-Marian ILIE and Tudor-George ALEXANDRU., forward and inverse kinematics study of industrial robots taking into account constructive and functional parameter's modeling // Proceedings in Manufacturing Systems. 2015. Vol. 10, is. 4. P. 157-164.

16. Krzysztof Tcho´n, Member IEEE., Optimal Extended Jacobian Inverse Kinematics Algorithms for Robotic Manipulators // IEEE Transactions on robotics. 2008. Vol. 24, № 6. P. 1440 - 1552.

17. Анализ конструкций, принципы создания, основы моделирования / С.Ф. Яцун, С.И. Савин, О.В. Емельянова, А.С. Яцун, Р.Н. Турлапов. Курск, 2015. С. 32 - 37.

18. Яцун С. Ф. Савин С. И., Кинематический анализ многозвенного робота для перемещения в трубопроводах // Управляемые вибрационные технологии и машины: сб. науч. ст. Ч. 2. Курск, 2014. С. 256-266.

19. Яцун С.Ф., Тарасова Е.С., Кинематический анализ движения руки в локтевом суставе при реабилитации методами механотерапии // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. Т. 13, №4(4). С. 1215-1220.