Всенаправленный колесный человекоподобный робот, основанный на контроллере положения и скорости с линейным прогнозированием - заявка 2016144008 на патент на изобретение в РФ

1. Человекоподобный робот (100) с телом (190), соединенным с всенаправленным мобильным наземным основанием (140), снабженный:
- датчиком положения тела, датчиком положения основания и датчиком угловой скорости для обеспечения замеров,
- исполнительными механизмами (212), содержащими двигатели сочленений и по меньшей мере 3 колеса, расположенные во всенаправленном мобильном основании, с по меньшей мере одним всенаправленным колесом,
- средствами (211) извлечения для преобразования воспринятых замеров,
- диспетчером (500) для вычисления команд положения, скорости и ускорения из извлеченных данных,
- средством для преобразования команд в инструкции для исполнительных механизмов,
отличающийся тем, что диспетчер содержит:
- контроллер (501) ненаклонного состояния, контроллер (502) наклонного состояния и контроллер (503) состояния приземления, причем каждый контроллер содержит средство для вычисления, из извлеченных данных, ориентиров предупорядоченного положения и скорости, и ориентиров угла наклона и угловой скорости, установленных на 0, команд положения, скорости и ускорения, на основе модели робота с двумя сосредоточенными массами и на основе закона линейного моделируемого прогнозируемого управления с временем, дискретизируемым согласно периоду Т времени дискретизации и количеству N прогнозируемых отсчетов, выраженного в виде квадратичного оптимизирующего выражения с взвешенной суммой целевых функций, и множеством предварительно заданных линейных ограничений,
- средство (504) оценки угловой скорости удара и времени удар-приземление и
- средство для выбора контроллера согласно оцененной угловой скорости удара и извлеченной угловой скорости.
2. Человекоподобный робот по п. 1, отличающийся тем, что основание имеет постоянное угловое ускорение.
3. Человекоподобный робот по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что контроллер не-наклона основан на ненаклонной модели робота и способен вычислить команды положения, скорости и ускорения из извлеченных данных с использованием предупорядоченных ориентиров, а также тем, что целевыми функциями являются:
- целевая функция положения основания,
- целевая функция скорости основания,
- целевая функция, связанная с расстоянием между CoP и центром основания, причем CoP является барицентром контактных сил между роботом и землей,
и ограничениями являются:
- максимальная скорость и ускорение мобильного основания,
- предел CoP.
4. Человекоподобный робот по п. 1 или 2, отличающийся тем, что контроллер наклона основан на модели робота с наклонным перемещением и способен вычислить команды положения, скорости и ускорения из извлеченных данных с использованием предупорядоченных ориентиров и ориентиров угла наклона и угловой скорости, установленных на 0, а также тем, что целевыми функциями являются минимизация угла наклона и минимизация угловой скорости, и ограничениями являются кинематические пределы мобильного основания, кинематические пределы тела, положительный угол наклона и перемещение тела только по оси угловой скорости.
5. Человекоподобный робот по п. 3, отличающийся тем, что взвешенная целевая функция численной устойчивости добавлена к взвешенной сумме целевых функций.
6. Человекоподобный робот по любому из пп. 1, 2 или 5, отличающийся тем, что контроллер приземления основан на ненаклонной модели робота и способен вычислить команды положения, скорости и ускорения из извлеченных данных с использованием предупорядоченных ориентиров и ориентиров угла наклона и угловой скорости, установленных на 0, а также тем, что целевыми функциями являются целевая функция, связанная с расстоянием между CoP и центром основания, причем CoP является барицентром контактных сил между роботом и землей, и целевая функция численной устойчивости, и ограничениями являются максимальная скорость и ускорение мобильного основания и кинематические пределы тела и предел CoP и перемещение тела только по оси угловой скорости.
7. Человекоподобный робот по любому из пп. 1, 2 или 5, отличающийся тем, что целевая функция скорости основания добавлена к взвешенной сумме целевых функций.
8. Человекоподобный робот по п. 3 или 5, отличающийся тем, что ограничения содержат кинематические пределы тела.
9. Способ для управления человекоподобным роботом с телом (190), соединенным с всенаправленным мобильным наземным основанием (140), с исполнительными механизмами, содержащими по меньшей мере три колеса (141), с по меньшей мере одним всенаправленным колесом, содержащий:
- извлечение замера положения тела, замера положения основания, угла наклона робота и замера угловой скорости робота, в предварительно заданные моменты времени дискретизации,
- преобразование этих замеров в извлеченные данные,
- использование извлеченных данных, и, согласно определенному наклонному состоянию, или ненаклонному состоянию или состоянию приземления робота, состоянию робота, вычисление команд положения, скорости и ускорения с использованием закона управления наклонным состоянием или ненаклонным состоянием или состоянием приземления, на основе закона линейного моделируемого прогнозируемого управления с временем, дискретизируемым согласно периоду времени дискретизации и количеству прогнозируемых отсчетов, и выраженного в виде квадратичного оптимизирующего выражения с взвешенной суммой целевых функций с предварительно заданными весами и множеством линейных ограничений,
- преобразование этих команд в инструкции для исполнительных механизмов (212) робота.
10. Способ по предшествующему пункту, в котором состояние робота определяют согласно следующим этапам:
если один из замера угла наклона и/или замера угловой скорости больше, чем нуль, то следует оценить оцениваемую угловую скорость удара и оцениваемое время удара,
сначала, робот находится в ненаклонном состоянии,
Ненаклонное состояние:
- если не имеется оцененного времени удара, то следует переключиться в наклонное состояние;
- если угловая скорость удара является более высокой, чем предварительно заданный предел 1, то следует переключиться в наклонное состояние;
- если измеренная угловая скорость является более высокой, чем предварительно заданный предел 2, то следует переключиться в наклонное состояние;
- иначе, если угол наклона не равен нулю, то следует переключиться в состояние приземления,
- если угол наклона равен нулю, то следует оставаться в ненаклонном состоянии.
Наклонное состояние:
- если измеренная угловая скорость является более высокой, чем предварительно заданный предел 2, то следует оставаться в наклонном состоянии.
- если оцененная скорость удара является меньшей, чем предварительно заданный предел 1, то следует переключиться в состояние приземления,
- иначе, следует оставаться в наклонном состоянии.
Состояние приземления:
- если не имеется оцененного времени удара, то следует переключиться в наклонное состояние;
- если угловая скорость удара является более высокой, чем предварительно заданный предел 1, то следует переключиться в наклонное состояние;
- если измеренная угловая скорость является более высокой, чем предварительно заданный предел 2, то следует переключиться в наклонное состояние;
- если угол наклона падает до 0, и если угловая скорость, измеренная в следующий раз, равна 0, то следует переключиться в ненаклонное состояние, иначе, следует оставаться в состоянии приземления.
11. Компьютерная программа, связанная с исполнительными механизмами человекоподобного робота, содержащая компьютерный код, подходящий, при выполнении на компьютере, для исполнения способа по п. 9 или 10.
Наверх