Исследование вариантов реализации серий прыжков при преодолении прыгающим роботом лестничного пролета

Цель исследования. Данная работа посвящена вопросам преодоления прыгающим роботом лестничного пролета при движении по нему вверх. При этом важно совершать прыжки с такой длиной и высотой, которая позволяет преодолеть препятствие с минимально затрачиваемыми энергией и временем. Поэтому в рамках статьи необходимо определить оптимальный вариант реализации серии прыжков для преодоления лестничного пролета по двум ранее указанным критериям.

Методы. Для исследования движения робота по лестничному пролету используются численные методы моделирования в специально разработанном программном комплексе. Для описания контактного взаимодействия устройства со ступенями пролета применяются методы теории удара, для моделирования разгона и полета устройства – методы динамики многомассовых систем.

Результаты. В рамках работы проведено численное моделирование движения устройства при движении его сериями прыжков по лестничному пролету, в результате которого получены зависимости затрачиваемых на преодоление пролета энергии и времени от варианта движения (серии прыжков), а также построены оптимизационные диаграммы. Данные диаграммы позволяют сгруппировать варианты серий прыжков по областям от I до VII по мере удаления от оптимальной области I. Также установлено,  что независимо от числа прыжков оптимальным вариантом является тот, при котором один прыжок осуществляется на максимально возможное число ступеней, а во время каждого из остальных происходит запрыгивание на одну ступень.

Заключение. Полученные в данной работе результаты найдут применение при разработке системы управления движением прыгающего робота, позволяющей устройству реализовывать преодоление лестничных пролетов оптимальным, с точки зрения затрачиваемых энергии и времени, вариантом.

1. Zhao J., Yan W., Xi N., Mutka M.W., Xiao L. A miniature 25 grams running and jumping robot // Robotics and Automation (ICRA): Proc. IEEE Intern. Conf., Hong Kong, China, 2014. P. 5115-5120.

2. Lambrecht B. G. A., Horchler A. D., Quinn R. D. A small, insect-inspired robot that runs and jumps // Robotics and Automation (ICRA): Proc. IEEE Intern. Conf., Barcelona, Spain, 2005. P. 1240-1245.

3. Xu Z., Lü T., Ling F. Trajectory planning of jumping over obstacles for hopping robot // J. of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2008. Vol. 30. No. 4. P. 327-334.

4. Яцун С.Ф., Ворочаева Л.Ю., Савин С.И. Исследование вопросов управления ориентацией колесного прыгающего робота в полете // Мехатроника, автоматизация, управление. 2019. № 4. С. 236-243.

5. Vorochaeva L., Savin S. Study of the Acceleration Modes of a Jumping Robot for Two Cases of Realisation // Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics): Proc. IEEE Conf., Omsk, Russia, 2018. Р. 16.

6. Ворочаева Л.Ю., Мальчиков А.В., Савин С.И. Определение диапазонов допустимых значений геометрических параметров колесного прыгающего робота // Известия Юго-Западного государственного университета. 2018. Т. 22. № 1(76). С. 76-84. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2018-22-1-76-84.

7. Anitescu M., Potra, F.A. Formulating dynamic multi-rigid-body contact problems with friction as solvable linear complementarity problems // Nonlinear Dynamics. 1997. Vol. 14(3). P. 231-247.

8. Cottle R.W. Linear complementarity problem // Springer US. 2009. P. 1873-1878.

9. Avis D., Fukuda K. A pivoting algorithm for convex hulls and vertex enumeration of arrangements and polyhedral // Discrete & Computational Geometry. 1992. Vol. 8(3). P. 295-313.