Устройство для управления движением адаптивного транспортного робота

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ АДАПТИВНОГО ТРАНСПОРТНОГО РОБОТА, содержащее последова- . тельно соединенные блок сенсорных датчиков, блок формирования модели внешней среды, вычислительный блок и последовательно соединенйые 8-стабильный триггер и блок исполнительньк механизмов, выход которого подключен к соответствуючему входу вычислительного блока, отличаюп ( ее с я тем, что, с целью повышения быстродействия и повышения безопасности движения адаптивного транспортного робота к заданному местоположению в условиях неоднородной по рельефу и несущей способности опорной поверхности, в устройство введены последовательно соединенные блок датчиков-измерителей характеристик местности и блок моделирования проходимости местности , выходы кото рого соединены с дополнительными входами вычислительного блока. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вычислительный блок содержит матрицу Л х t ключевых элементов, причем первый, второй и пятый входы каждого ( i , | ) ключевого элемента вычислительного блока, кроме ряда матрицы, сое|Динены с соответствующими входами ; вычислительного блока, a выход каждого ( i , j ) ключевого элемента , СО кроме It-го ряда матрицы, ерез уп оо равляеные линии задержки соединен с ч третьим входом ( i, j + 1), четвер 00 тьм входом ( f - 1, j ), шестым входом ( i, j- 1), седьмым входом о ( 1, j ) ключевых элементов, управляияцие входы управляемых линий задержки соединены с дополнительными входами вычислительного блока, выход ключевых элементов |с-го ряда матрицы через соответствукщуюуправляемую линию задержки соединен с соответствующим выходом вычислительного блока.

4 (51) G 05 В 1/01

Г063ЩАР(ЛВЕННЫЙ НОМИЧ ЕТ ССОР

ГВ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И СйЯРЦТИЙ

ОГЗНОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н а В тоМнбму с» и)ьстам (21} 3635887/24-24 (22) 19.08.83 (46) 07 .02.85. Бюл. 1 5 (72) А.А.Шелестов, N.Ï.Àíãåëîâ и А.М.Кориков (71) Сибирский физико-технический институт им. В.Д.Кузнецова (53) 62-50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Н - 716807, кл. В 25 > 9/00, 1980 (прототип).

2. Электромагнитный индикатор качества строительных изделий (ЭМИКСИ-1). Информационный листок

У 19-80. Томский межотраслевой территориальный ЦНТИ и пропаганды.

3. Юшков В„Н. Методы измерения физических характеристик слоистых систем с применением открытой волноводной структуры. "Известия ВУЗов.

Физика", Ж 80. Томск,изд-во Томского университета, 1980.

4. Фельдбаум А.А., Вутковский А.Г.

Методы теории автоматического управления. N. "Наука", i971, с. 391.

5. Справочник по радиоэлектронным системам. Под ред. Б.X.Кривицкого, т. 1, N., "Энергия", 1979, с.161-164 ° (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО Для УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИИ АДАПТИВНОГО ТРАНСПОРТНОГО РОБОТА, содержащее последовательно соединенные блок сенсорных датчиков, блок формирования модели внешней среды, вычислительный блок и последовательно соединенные 9 -стабильный триггер и блок исполнительных механизмов, выход которого подключен к соответствующему входу выЯ0.„1138786 А числительного блока, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и повышения безопасности движения адаптивного транспортного робота к заданному местоположению в условиях неоднородной по рельефу и несущей способности опорной поверхности, в устройство введены последовательно соединенные блох датчиков-измерителей характеристик местности и блок моделирования проходимости местности, выходы которого соединены с дополните ьными входами вычислительного блока.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что вычисли- g тельный блок содержнт матрицу .k x t ключевых элементов, причем первый второй и пятый входы каждого (1, f ) ключевого элемента вычислительного блока, кроме %-го ряда матрицы,сое g ,динены с соответствующими входа»ы

lewaL вычислительного блока, а выход каждого (1, 1 ) ключевого элемента, кроме g-го ряда матрицы, crepes уп- М равляемые линии задержки соединен с Об третьим входом (1, j + 1), четвер- »» 4 тым входом (1 - 1, 1 ), шестым Q©

Входом (1» ) 1 )» ееДъмым ВХОДом фф (i + 1, j ) ключевых элементов, управляющие входы управляемых линий задержки соединены с дополнительными входами вычислительного блока, а выход ключевых элементов f --го ря". ф » да матрицы через соответствукицую. управляемую линию задержки соединен с соответствующим выходом вычислительного блока.

1138786

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании робототехнических систем различного назначения, в частности подвижных транспортных роботов-ис- 5 следователей, функционирующих на пересеченной местности, содержащей участки различной проходимости.

Известно устройство для управления движением адаптивного транспортного робота, содержащее последовательно соединенные блок сенсорных датчиков, блок формирования модели внешней среди на данный момент времени, вычислительный блок, содержащий матрицу 1с х 0 ключевых элементов, 3 - -стабильный триггер, где

1 - количество столбцов матрицы вы-:: числительного блока, и блок исполнительных механизмов, выход которого подключен к соответствующему входу вычислительного блока, причем первый, второй и пятый входы каждого (1, j )-го ключевого элемента вычислительного блока соединены с соответствующими входами вычислительного блока (t ).

Недостаток известного устройства заключается в том, что маршрут, синтезируемый такой системой управ- ЗО ления, не всегда является оптимальным в смысле минимума времени, затрачиваемого на достижение цели.

Это является следствием того, что идентификация поверхности, по которой осуществляется движение робота, решается как задача дихотомии: отнесение каждого участка поверхности либо к классу преодолимых, либо к классу непреодолимых препятствий, щб т.е. входом вычислительного блока является булева функция, принимающая значение О в случае наличия препятствий или 1 при отсутствии препятствий в данном анализируемом участке поверхности. В условиях реальной внешней среды, содержащей участки различной проходимости, изза наличия крутых подъемов, спусков каменистой почвы, зыбучих песков, ц) трясины и т.п., использование такой системы управления приведет к току, что всякий раз будет выбираться кратчайший маршрут до цели пути.

Однако кратчайшему маршруту будет 55 соответствовать минимум времени движения транспортного робота до цели пути только в случае однородной местности, когда объект движется по каждому участку местности с одинаковой, постоянной скоростью. В случае неоднородной местности кратчайший путь может быть пройден за время,. значительно превышающее время движения по другому, более длинному маршруту, двигаться по которому можно с более высокой скоростью. Кроме того, выбор маршрута через участки, не содержащие непреодолимых препятствий, но с .низкой несущей способностью .грунта, может привести к выходу из строя или гибели. транспортного робота э

Цель изобретения — повышение быстродействия и безопасности движения адаптивного транспортного робота K заданному местоположению % ус ловиях неоднородной по рельефу и несущей способности опорной поверхности

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления движением адаптивного транспортного робота, содержащее последовательно соединенные блок сенсорных датчиков, блок формирования модели внешней среды, вычислительный блок и последовательно соединенные C --стабильный триггер и блок исполнительных механизмов, выход которого подключен к соответствующему. входу вычислительного блока, дополнительно введейы последовательно соединенные блок датчиков-измерителей характеристик местности и блок моделирования проходимости местности, выходы которого соединены с дополнительными входами вычислительного блока.

Кроме того, .вычислительный блок содержит матрицу k х ключевых элементов, причем первый, второй и пятый входы каждого (1, j ) ключевого Элемента вычислительного блока, кроме Й-го ряда матрицы, соединены с соответствующими входами вычислительного блока, а выход- каждого (1, j ) ключевого элемента, кроме

Ь-го ряда матрицы, через управляемые линии задержки соединен с третьим входом (i j + 1), четвертым входом (1 — 1, j ), шестым входом (1, 1), седьмым входом (i + 1, ) ключевых элементов, управляющие входы управляемых линий задержки соедине ны с дополнит ел ьными вход ами вычислительного блока, а выход клю- ю

3 1138786 чевых элементов % -го ряда матрицы соответствующей (() -й через соответствующую управляемую в

) -й парои линию задержки соединен с соответст1 ю выходов блока 3 корми ования р я модели внешней среды 3-й 4-й 6-й вукнцим выходом вычислительного бло-й и 7-й о- входы (i, j )"-го ключа 8 через управляемые линии задержки соединеНа фиг. 1 изображена функциональ- ны с вых выходом(i, j — 1.) (i+ 1 ) ячейка мат и ы рицы вычислительного бло- элементов с нтов соответственно; 5-й вход ка; на фиг. 3 — эпюры напряжений в (, j )-ro элемента 8 соединен с управляемой линии задержки; на ф 4— а выходом блока 7 исполнительных мехафиг. — вариант исполнения блока моделирования п охо имост низмов. Элемент 8 содержит два логир д мости местнос- ческих элемента ИЛИ 10 и И 11. П и ти; на фиг. 5 — схема функциональа и . При этом второй вход элемента И 11 ного преобразователя по углу; на подключен к второму входу ключа 8 фиг. 6 — схема выпеления минимума на фиг. 7 — вариант исполнения ячей- 8 третий вход — к пятому вхо ду ключа

8, первый вход подключен к выхо ки блока формирования модели внешней ду элемента ИЛИ 10. Управляемая линия среды; на фиг. 8 — таблицы состоя- 9 за ний н входов и выходов элементов прогзадержки содержит последовательно соединенные генератор 12 линейно раммируемого запоминающего устройства на Aèã. 9 — н падающего напряжения 2, компаратор ва; на .иг. 9 — функциональная схе- 13 и ждущий и ждущии мультивибратор 14 п има блока исполнительных механизмов: че

A 0— чем вход каждой,(1, 1 )-й управляена .иг. 1 — эпюры напряжений в мои линии 9 задержки связан с выхоблоке исполнительных механизмов; на oM ()— иг. дом (1, j )-го ключа 8, а управфиг. — вариант исполнения блока ляющи" -1 ляющии вход -1 линии 9 задержки чеуправления по направлению движения. б рез лок 4 моделирования прохо иУстройство для управления движеди мости местности подключен к отдельнием адаптивноготранспсртного робота содержит блок 1 сенсорных датчиным выходам блока 2 датчиков-изме имерителей характеристик. местности. Выков, блок 2 датчиков-измерителей характеристик местности, блок 3 Aî — о ход каждого ключевого элемен а элемента послед.ор него В -го ряда матрицы блока мирования модели внешней среды, . р цы лока 5 через соответствующую этому ключ 8 блок 4 моделирования проходимости

У местности, вычислительный блок 5, управляемую линию заде жки с е д р соединен

1 -стабильный т триггер н лок

6 б 7 с соответствующим входом f -стабильисполнительных механизмов. 35

Выходы блока 1 сенсорных датчиков На фиг. 3 представлены эпюры через последовательно соединенные напряжений в блоке управляемой либлок 3 формирования модели внешней нии задержки. По оси абсцисс откласреды, вычислительный блок 5 и дывается время t а по оси ординат

3-стабильный триггер 6 подключены к 4О напряжения: 0 — напряжение на вывходам блока 7 исполнительных меха- ходе генера 12 тора линеино падающего низмов, выход которого подключен к напряжения; 0 „ — напряжени посту- 7 соответствующему входу вычислитель- пающее на вход управляемой линии 9 ного блока 5. Отдельные выходы блока задержки, — величина прямо пропор2 датчиков-измерителей характеристик 5 циональная максимально допустимой местности через блок 4 моделирования скорости движения робота на анализипроходимости местности подключены к соответствующим входам вычислитель- ряжение, поступающее на вход генера( ного блока 5. тора 12 с выхода ключевого элемента

Вычислительный блок (ВБ) 5 имеет N 8; 0 — напряжение на выходе ждущематричную структуру и представляет го мультивибратора 14 собой мат и v М х — вРемя р ц. ячеек. Ячейка задержки прохождения единичного им(1, 1 } вычислительного блока 5 пульса через управляемую линию за(фиг. 2) представляет собой последо- держки — величина обратно пропорвательно соединенные (j 1 )-й клю- 55 циональная максимально допустимой чевой элемент 8 и (<, 1 )-ю управ- скорости движения робота на конкляемую линию 9 задержки. Входы 1 и ретном, анализируемом участке мест2 (i, j )-ro ключа 8 соединены с ности, 1138786

На фиг. 4 приведен вариант выполнения ячейки (1, 1 ) матрицы блока

4. Входами ячейки являются информация о несущей способности грунта и информация об углах наклона 5 рельефа о ; . Выходом ячейки (, 1 ) блока 4 является аналоговая величина, пропорциональная значению

" .1 предельно-допустимой скорости перемещения по рассматриваемому участку ,местности. Для нахождения Ч„; информация о и Ы поступает на нелинейные функциональные преобразователи 15 и t6. Выходом преобразователя

15 является величина Ч„,,, харак15 теризующая предельно-допустимую скорость движения на данном грунте, (41 ). rue „® представляет собой непрерывную монотонно возрастающую функцию. Выходом преобразователя 16 является сигнал характеризующий предельнодопустимую скорость на участке с углом наклона Ы;, т.е. Ч „ ;

4, (<„j ), где E (о ) — монотонно падающая функция. Сигналы, пропорциональ ые Ч„,„1.. и Ч„, ;-, поступают на схему 17 выделения минимума, выходом которой является величина

Vn1 = m1n Чв%1) у Мпк111, характе— 30 риз цая проходимость участка мест-, ности. Остальные ячейки матрицы блока 4 выполняются аналогично.

На фиг. 5 приведена схема (возможного варианта исполнения) функ- 35 ционального преобразователя 16 по углу, которая содержит инвертирующий операционный усилитель 18, источник напряжения Е, резисторы ߄— диоды Ч„ и Ч, стабилитроны Ч,-V

На вход преобразователя 16 поступает аналоговый сигнал с соответствующего выхода бл, ка 2, характеризующий величину крутизны наклона el-- анализируемого (i, j )-ro участка местности. На выходе преобразователя 16 имеем сигнал, определяющий предельную допустимую скорость движения робота по данному участку местности. Схема реализует вычисле- 50 ние значения монотонно падающей функции от угла наклона М„.1 L5 ) и j4).

Схема преобразователя 15 строится аналогично преобразователю 16, за исключением того, что преобразова- 55 тель 15 не содержит источника питания E и резистора R1. Подобная схе-. ма реализует вычисление монотонно возрастающей функции от несущей способности опорной поверхности !

На фиг. 6 приведена схема вь1пеления минимума (CBM) 17 (i j )-й ячейки блока 4. Блок 17 содержит два источника напряжения — Е„ и + F, операционные усилители 19 и 20, диоды Ч и Ч, и резисторы.

На Лиг. 7 приведен вариант выполнения ячейки (1, j ) блока 3 формирования модели внешней среды, имеющего матричную структуру строения.

Ячейка (i, 1 ) содержит пороговые элементы (ПЭ) 21 и 22, усилители-ог.раничители 23 и 24, программируемое запоминающее устройство 25. Элементы ,21 и 22 имеют уровень срабатывания

А и 3 соответственно, причем А (5

Вход ячейки (, j ) блока 3 соединен с соответствующим выходом блока сенсорных датчиков, а выходы 1 и 2 ячейки (, j ) соединены соответственно с входами 1 и 2 (i, j )-го ключевого элемента 8 вычислительного блока 5. Блок 25 выполняет роль специализированного логического блока. Здесь выходы усилителей 23 и

24 подключены к отдельным входам элемента И 26, выход которого подключен к первому выходу соответствующей пары выходов блока 3 формирования модели внешней среды. Выход усилителя

24 через последовательно соединенные инвертор ?7, элемент И 28, вторым входом соединенный через инвертор 29 с выходом усилителя 23, и элемент ИЛИ 30 подключен к второму выходу соответствующей пары выходов блока 3. Отдельные входы элемента

И 31 подключены к отдельному входу элемента ИЛИ 30. Подобная схема реализуется на микросхеме типа 155 PE 3, серийно выпускаемой промышленностью.

На фиг.. 8 приведены три таблицы состояний входов и выходов элементов программируемого запоминающего устройства 25.

Табл. 1 соответствует случаю, когда (.i, 1 )-й анализируемый участок местности не содержит препятствия, т.е. на входах 1 и 2 блока 25 формируется сигнал "0-0". Табл. 2 соответствует (i, j )-й участок местности, содержащий препятствие, в этом случае на входах 1 и 2 блока 25 присутствует сигнал "1-0".

Табл. 3 характеризует (i, j )-й участок местности, содержащий цель

1138786

2 -2

- Ю«б tt;—

o х,-х, ю г го пути, на входах 1 и 2 блока 25 формируется сигнал "1-1".

На фиг. 9 приведена схема варианта исполнения блока 7 исполнительных механизмов, которая содержит: элемент 5

ИЛИ 32, входы которого соединены с выходами k --стабильного триггера 6, а выход через ждущий мультивибратор (ЖИ) 33 подключен к соответствующему входу блока 5, блок 34 управления по направлению движения, входы которого соединены с соответствующими выходами У -стабильного триггера 6, 1-й вход блока 34 соединен с выходом мультивибратора 33, t5

На фиг. 10 представлены эпюры напряжений в блоке ?. По оси абсцисс откладывается время 1, а по аси ординат напряжения: О„ — напряжение иа вьиоде элемента ИЛИ 32, U — нап- о ряжение на выходе мультивибратора 33.

На Лиг. 11 приведена схема блока

34 управления по направлению движения, содержащая последовательно соединенные сдвиговый регистр 35,входы которого подключены к выходам 1 -ста1бильиого триггера 6, триггер 36 и кл рч 37, вьиод которого подключен к отдельному входу сдвигового регистра 35; выход генератора тактовых ЗО импульсов (HYH) 38 подключен к отельно в д му ходу ключа 37, выход ключа 37 через последовательно соединенные интегратор 39, фильтр 40 низкой частоты, 1-й сумматор 42, вто-з5 рым входом подключенный к выходу задатчика 41,уровня, 2-й сумматор

43, механизм 44 поворота колес-, рулевые колеса 45 и датчик 46 рулевого положения рулевых колес под- 40 ключен к 2-у входу 2-го сумматора

43; источник 47 питания через последовательно соединенные широтноимпульсный модулятор 48, вторым входом подключенный к первому входу 5 блока 34, электродвигатель 49 подключен к ведущим колесам 50. Первый вход блока 34 подключен к отдельному входу слвигового регистра 35> к отдельному входу триггера 36 и к so отдельному входу интегратора 39.

Сдвиговый регистр 35 представляет собой цепочку триггеров числом

Скорость движения адаптивного транспортного робота зависит ат угла 5. наклона поверхности Ы 1град 1. и несущей способности гручта g (кГ/см ).

Физико-механические характеристики б опорной поверхности (платность (кГ/смэ3, прочность (кГ/см ), влажность (Х) и др.) определяются блоком 2 с помощью прибора ЭМИКСИ-1 электромагнитного индикатора качества строительных изделий (2) . Принцип действия прибора основан на измерении амплитуды дифракционного электромагнитного поля в волноводной линии, в частности его поверхностной составляющей, в мбмент взаимодействия поля с контролируемой поверхностью.

Прочность, измеряемая датчиком (прибором), есть не что иное, как несущая способность грунта о . Угол наклона опорной поверхности или крутизну наклона о(участка профиля между опорной точкой обработки a (x е 0 э

2 ) и текущей точкой ol (Х;, Z; ) определяется блоком 2 с помощью оптических, радиолокационных ультра" звуковых и других дальномеров. Угол наклона о определяется по формуле

2,— ã

+мгс1 ) Z > 2 х.-х о

Зависимость скорости транспортного робота от несущей способности грунта Y(q) получена экспериментально в процессЬ обработки движения робота на различных грунтах-аналогах

Ф подобно тому как строилась зависиб масть коэфджциента тяги для самоходного шасси лунаходов от несущей способности грунта g (Зj. .Также экспериментальна получена зависимость относительной скорости движения транспортного робота от угла наклона опорной поверхности Ч (Ы) (3).

Эти зависимости Ч () и Ч (Ы) построены с помощью функциональных нреобразавателей соответственно ФП о и

ФП oL, расположенных в блоке 4 моделирования проходимости местности, который содержит матрицу 9 х f ячеек. Каждая отдельная ячейка блока 4 состоит из ФП g 15, вход которого . связан с отдельным выходом блока 2 датчиков-измерителей характеристик. местности, а выход — с вхоу«nм CRM 17, и ФП о 16, вход которого связан с отдельным выходом блока 2, а выход— с входом СВМ 17, и СВМ 17, выход

1138786 которой связан с соответствующим входом вычислительного блока 5.

Устройство работает следующим образом.

Перед .началом выполнения каждого 5 элементарного шага движения на выходе 5лока 7 исполнительных механизмов появляется запрещающий сигнал "0", который поступает на третьи входы элементов И 11 и блокирует их. Та- ким образом, íà всех выходах ключевых элементов блока 5 сигналы отсутствуют, следовательно, сигналы отсутствуют и на выходах g --стабильного триггера б, и робот движется по инерции. В это же время на вход каждой (i j )-й ячейки блока 3 формирования внешней среды (фиг. 7) с соответствующего выхода блока 1 сенсорных датчиков поступает сигнал в виде аналоговой величины С, характеризующий или наличие препятствия (в этом случае 4 < С 4 8) „или отсутствие препятствия (С (jl ) в конкретном рассматриваемом участке

25 местности. Если же в (1, 1 )-м участке местности находится цель, в направлении которой робот должен перемещаться, например помещен уголковый отражатель, то величина С )8 .30

В случае, когда (i j )-й участок местности не содержит препятствия, на вход пороговых элементов

21 и 22 поступает сигнал С, величина которого (С (A и С (В ) мень- З1 ше порога срабатывания Ароговых элементов 21 и 22. Таким образом, яа выходах элементов 21 и 22, кото- рые подключены через усилители 23 и

24 к 1-у и 2-у входам блока 25 со- 40 ,ответственно, сигналы отсутствуют.

Тем самым яа входах 1 и 2 блока 25 формируется сигнал "0-0". На выходах 1 и 2 блока 25 - сигнал "0-1" соответственно. В этом случае на 45

1-м входе (1, )-го ключа 8 блока

5, соединенном с 1-м выходом ячейки ((, j)блока 3,,появляется "0", а на 2-м входе ключа 8, соединенном с 2-м выходом ячейки (i, j ) блока 50

3 — "1".

Если (1, j )-й участок местности содержит препятствие (А < С 4 8 }, сигнал, поступающий на вход (1, }-й ячейки блока 3, вызывает сра- 5 батывание только порогового элемента

21, на вьмоде порогового элемента

22 сигнал отсутствует, следовательно, на выходе усилителя 24 будет "0", а на выходе усилителя 23 — "1". Таким образом, на входах 1 и 2 блока 25 формируется сигнал "1-0". В этом случае яа 1-м и 2-м выходах блока

25 будет "0", следовательно и яа входах 1 и 2 (i, j )-го ключа 8 блока 5 будет "0" °

Если (i, j )-й участок местности содержит цель (C>A и C>S ), то в этом случае сигнал, поступающий на вход (i j )-й ячейки блока

3, вызовет срабатывание пороговых элементов 21 и ПЭ 22. С выхода этих элементов сигналы проходят через усилители 23 и 24 и поступают на входы блока 25, т.е. на входе блока

25 формируется сигнал 1-1", в этом случае на обоих выходах блока 25 и на входах 1 и 2 (i, I )-го ключа 8 блока 5 появляется "1 .

Каждому участку поверхности той местности, по которой перемещается робот, соответствует один ключ 8 блока 5.

Пусть (1, j )-й ключ 8 соответствует участку местности, в котором находится цель. В этом случае на

1,-й и 2-й входы (i j )-ro ключа 8 поступают единичные сигналы "1". На вьмоде элемента ИЛИ 10 (i, j )-го ключа 8 независимо от вида других сигналов, поступающих на вход ИЛИ 10 (i 1 )-го ключа 8, будет "1" (фиг. 2).

После окончания запрещающего сигнала, формируемого блоком 7 исполнительных механизмов, на 5-й вход всех ключевых элементов блока 5, поступает разрешающий сигнал "1 ", следовательно, иа 3-й вход элемента

И 11 (i 1 )-го ключа 8 поступит

Таким образом, так как в (1, j )-м участке местности расположена цель, то на всех входах И 11 (, 1 )-го ключа 8 присутствуют единичные сигналы, следовательно, и яа выходе этого ключа 8 будет "1", т.е. (i 1 )-й участок ключа 8, ко

I торый соответствует участку, в направлении которого нужно двигаться, является генератором импульса. В момент после окончания запрещающего сигнала, формируемого блоком 7, на входах элемента ИЛИ 10 любого другого ключа, не соответствующего участку, содержащему цель, будут "0", поэтому и на выходе элементов ИЛИ 10 будут

1138786.12 величина Ч„. = min(V„Ч

Ф1 1 1 Й . 11 э qq 11 } е характеризующая проходимость (1 )-го участка местности или иначе максимальную допустимую скорость

5 движения робота по данному участку.

Этот сигнал У ; с выхода (, j )-й ячейки блока 4 йоступает на управляющий вход (, 1 )-й управляемой

1О линии 9 задержки блока 5 в качест-. ве опорного напряжения Од

После окончания запрецающего сигнала, формируемого блоком 7 исполни« тельных механизмов, ключевой элемент

15 блока 5, который соответствует участку среды, содержащему цель пути, начинает генерировать импульсы, распространяющиеся во все стороны через проводящие ключевые элементы 8 и

20 соответствующие им линии 9 задержки

Ф обходя непроводяцие ключевые элементы 8. Если ключ 8 является проводящим, тб проходящий через него единичный сигнал, поступает на вход соответствующей линии 9 задержки и запускает генератор 12 линейно падающего напряжения. Напряжение, генерируемое генератором 12, сравнивается с опорно напряжением, пос30 тупающим на компаратор 13 через . управляюций вход линии 9 задержки с отдельного выхода блока 4. В случае равенства этих напряжений запускает-. ся мультивибратор 14, который формирует сигнал, идентичный сигналу, поступаюцему с выхода ключа 8 на вход линии 9 задержки, т.е. время задержки (фиг. 3) прохождения сигнала через линию 9 задержки обратно пропорционально максимально-допустимой

О скорости движения робота через соответствующий участок местности,, т.е. время задержки адекватно отображает проходимость каждого конкретного участка поверхности.

Если несущая способность грунта или крутизна наклона e(местности не позволяют роботу продолжить дви1) 11

О, т. е. на 1-м входе элементов

И 11 тоже будут "0". А так как в этот момент на 3-м входе элементов

И 11 всех ключей присутствует " 1",то, независимо от вида сигнала на 2-м входе этих элементов И 11, на выходе ключевых элементов, не соответствуюцих участку местности, содержащему цель пути, будет "0".

С выхода (i j ) -го ключа 8 еди- ничный сигнал через (i, j )-ю управляемую линию 9 запержки поступает на вход элементов ИЛИ 10 (1

1)-го, (1, j + 1)-го, (1 — 1, j) ro и (1 + 1, j )-ro ключевых элементов блока 5. Следовательно, на выходе элементов ИЛИ 10 и на 1-м входе элементов И 1 1, соответствующих перечисленным ключевым элементам, будет "1". Единичный сигнал будет и на 3-м входе этих элементов И 11.

Таким образом, если, например, (1, j- 1)-й, (1 - 1, j )-й и (j + 1, j )-й ключевые элементы соответствуют запреценным для движения участкам местности, то на 2-й вход, связанный с 2-м входом И 11 этих ключей, поступит "0", и эти ключевые элементы окажутся блокированными, непроводяцими, так как на выходе элементов И 11 и, следовательно, на выходе этих ключей будет "0". Пусть (1, + 1)-й ключ соответствует участку местности, свободному от препятствий, тогда на 1-м, 2-и и

3-м входах элемента И 11 и, следовательно, иа выходе (1, j + 1)-го ключа будет "1, т.е. этот ключ является проводящим.

В то время, когда робот движется 4 по инерции, иа выходах блока 2 по-являются сигналы в виде аналоговых величин, характеризующие проходимость местности или иначе- несущую способность грунта q и угол наклона или 4 крутизну Ы участка поверхности. Эти сигналы поступают на вход блока 4 и с помощью соответствующих функциональных преобразователей 15 и 16 преобразуются в сигналы, характери- 50 зуюцие предельно допустимую скорость движения робота для данного участка поверхности с углом наклона опорной поверхности а ;1 и несуцей способностью грунта ;1, т.е. соответствен-55 но Ч „<1 и Ч „®, . Эти сигналы

I поступают на схему 17 выпеления минимума. Выходом узла 17 является жение, т.е-. скорость робота равна

О, то фактически окажется, что соответствуюций ключ 8 является блокировАнным, ненроводяцим. Путь сигнала, первым достигюего одного из входов -стабильного триггера 6, является воспроизводимой на логической сети и управляемых линиях 9 задержки вычислительного блока 5 моделью оптимального (в смысле минимума времени на достижение цели) 1138786

30 пути транспортного робота к цели пути, учитываюцей проходимость отдельных участков местности.

Каждому элементарному анализи руемому участку поверхности, напри- 5 мер, размера 5 х 5 соответствует один ключ, т.е. длина элементарного шага перемещения робота не должна превышать 5, скорость перемещения

М также ограничена. Таким образом, время, затрачиваемое на выполнение элементарного шага не превышает d4 =

5/Ч, Пусть в момент времени Ф1 сигнал, который первым достиг одного из входов (-триггера 6, через соответствуюций выход блока 6 поступит на вход элемента ИЛИ 32 блока 7, пе- . репад напряжения на выходе ИЛИ 32 запускает мультивибратор 33, который формирует импульс, длительностью =, 5 х v (это достигается путем соответствующего подбора элементов мультивибратора 33), поступающий на соответствующий вход блока 5. Таким образом, в моМент времени Ф передний фронт импульса мультивибратора 33 (фиг. 10) блокирует ключевые элементы блока 5, и робот движется по инерции. Через время — 5 / Ч на 5-й вход всех ключей блока 5 поступит разрешаюций сигнал "1 . В момент прихода первого сигнала на один из входов

1-триггера 6 остальные входы 3 --триг-gg гера 6 блокируются.

В момент времени 1 сигнал с одного из выходов 1 -триггера 6 поступит на соответствующий вход сдвигового регистра 35 блока 34. В 4î это же время передний фронт импульса мультивибратора 33 переводит ин" тегратор 39 в исходное нулевое состояние, поступает на отдельный вход сдвигоного регистра 35 как управляю- 4g щий сигнал и переводит триггер 36 из исходного нулевого состояния в состояние, при котором на выходе триггера 36 появляется единичный сигнал, который, поступая на вход о ключа 37, открывает этот ключ. С генератора 38 тактовых импульсов через замкнутый ключ 37 .на отдельный вход сдвигового регистра 35 и иа вход интегратора 39 начинают посту- и пать импульсы. Предположим, что сигнал, первым достигший одного из входов L --триггера 6, пришел с и -й ячейки (1 4 и + 0 ) последнего

g-ro ряда матрицы блока 5, Тогда соответственно на и -м триггере сдвигового регистра 35 будет " 1", а на остальных — "0". При

"появлении на выходе сдвигового регистра 35, подключенного к входу триггера 36, сигнала "1", триггер 36 переходит в исходное нулевое состояние и закрывает ключ 37. Сигнал выхода интегратора 39 через фильтр !

40 низкой частоты поступает на вход

1 первого сумматора 42, на 2-й вход этого же сумматора 42 с выхода задатчика 41 уровня поступает сигнал заданной постоянной величины U

Если й-я ячейка ВБ 5 соответствует элементарному участку местности, разрешенному для движения транспортного робота, расположенному прямо по ходу движения, то на выходе 1-го сумматора будет "0", и робот будет перемещаться прямолинейно вперед.

В противном случае на выходе t-ro сумматора 42 появляется сигнал, поступающий на инвертирующий вход второго сумматора. 43 определенной величины и знака. Знак этого сигнала характеризует отклонение рулевых колес вправо-влево, а величина сигнала пропорциональна углу курса движения объекта. Посредством меха". низма 44 поворота колес рулевые колеса 45 поворачиваются либь вправо, либо влево до тех пор, пока сигнал с выхода датчика 46 углового поло-. жения рулевых колес, поступающий на

2-й вход сумматора 43, не будет равен по абсолютной величине сигналу на 1-м входе этого же сумматора 43, т.е. пока на выходе сумматора 43 не будет "0".

Таким образом, осуществляется управление роботом но курсу для движения по оптимальному маршруту.

В момент 1 прихода первого сигнала на один из входов (-стабильного триггера 6 сигнал с выхода ЖИ 33 поступает на 2-й вход широтно импульсного модулятора в качестве опорного напряжения. В результате этого регулируется время подключения источника 47 питания к электродвигателю 49, своим выходом подключенным к ведущим колесам 50.

Таким образом, фиксация сигнала, ° первым достигшего одного иэ входов

16

1138786

15 -стабильного триггера 6, соответствует акту принятия решения, заключающегося в выборе того направления, в котором нужно совершить перемещения, с тем, чтобы, минуя существующие в данный момент препятствия и участки с плохой проходимостью, по оптимальному пути достичь цели пути.

После элементарного шага перемещения все описанные операции повторяются до тех пор, пока робот на достигнет цели пути. В момент достижения цели пути и когда перед роботом возникают непроходимые участки и преп TcTBHH oH останавливается.

Применение изобретения позволяет уменьшить время, затрачиваемое на

5 достижение цели пути, и повысить безопасность движения, Ьоспольку устройство управления из всех возможных маршрутов движения выберет оптималь- ный (в смысле минимума времени) и наиболее безопасный путем выбора маршрута, не проходящего как через непреодолимае препятствия, так и через участки с низкой несущей способностью опорной поверхности.

113878б

1 38786

1)38786

f138786

Фиг 8

Фиг. Я

II38786

Фиг. 70

Фиа. 11

ВНЦИПК Заказ 291 Тираж 863 Подписное

Филиал ППП "Патеит", г. Ужгород,ул.Проектная, 4