HEXAPOD
HEXAPOD - to 6-cionożny robot, którego noga jest jednym modułem. Każda noga posiada dwa stopnie swobody (podnoszenie do góry, oraz przesuwanie nogi).
Elementami napędowymi są miniserwomechanizmy.
Serwomechanizm - zamknięty układ sterowania przemieszczeniem (układ automatyki), o strukturze typowego układu regulacji. Wartość wzorcowa porównywana jest z przetworzonym przez przetwornik bieżącym sygnałem wyjściowym i powstały w ten sposób uchyb podawany jest na człon korekcyjny, a dalej na wzmacniacz. Wzmocniony sygnał trafia do siłownika, którego przemieszczenie jest wartością wyjściową układu. Zadaniem serwomechanizmu jest likwidacja błędów regulacji (uchybu przemieszczenia), powstających na skutek zmian wielkości wzorcowej, a więc klasyfikujemy go jako układ nadążny. Serwomechanizm ma strukturę typowego układu regulacji, nie steruje jednak obiektem technologicznym, lecz siłownikiem w celu usprawnienia działania toru wykonawczego.
Specyfikacją serwomechanizmów jest całkujący charakter siłownika o dynamice nie utrudniającej regulacji, ale wnoszącej nieliniowość. Zmusza to do stosowania korektorów proporcjonalnych (regulator P), o dużym wzmocnieniu, a nawet wzmacniaczy trójpołożeniowych.
Całkujący charakter siłownika zapewnia, teoretycznie, zerowy błąd statyczny. Duże wzmocnienie w torze głównym poprawia nadążanie układu za zmianami wzorca, ale zmniejsza zapas stabilności. Sytuację można poprawić wprowadzając korektor regulator proporcjonalno-różniczkujący
Maszyny kroczące mo_na sklasyfikowac w zale_nosci od ró_nych parametrów takich jak: ilosc
nóg, rodzaj chodu, rodzaj stabilnosci, wzorzec ruchu.
W zależności od ilosci nóg roboty dzieli sie na jednono_ne, dwuno_ne, czterono_ne,
szescionożne, ożmionożne, wielonożne.
W 1968r. McGee podał wzór na maksymalna kombinacje rodzajów chodu w zale_nosci
od ilosci nóg:
N = (2× k -1)!
k – ilosc nóg,
N – ilosc mo_liwych rodzajów chodu.
Roboty jednono_ne moga poruszac sie tylko skokami. Noga (lub nogi) przypomina odwrócone
wahadło. Roboty dwu- i wiecej no_ne moga poruszac sie chodem symetrycznym lub
asymetrycznym o ró_nej predkosci i efektywnosci przemieszczania sie.
Ze wzgledu na stabilnosc ruchu mo_na podzielic na:
- statycznie stabilne – ruch jest opisany wyłacznie z wykorzystaniem metod kinematyki,
w ka_dej chwili ruchu układ znajduje sie w stanie statycznym.
- quasi-statycznie stabilne – sa to bipedy o du_ych stopach. W fazie dwupodporowej
zachowana jest stabilnosc statyczna. W pozostałych fazach ruchu zachowana jest stabilnosc
dynamiczna.
- dynamicznie stabilne – maja do kilkudziesieciu stopni swobody, zachowuja stabilnosc tylko
w czasie ruchu, a dokładniej w wyniku spełnienia warunków dynamicznej równowagi sił
i momentów.
Opisy chodów
Chody robotów mo_na podzielic na symetryczne i niesymetryczne. Najwa_niejsze parametry
chodu:
- okres chodu (ang. gait period) jest czasem realizacji jednej pełnej sekwencji przestawien nóg,
- współczynnik obcia_enia (ang. duty factor) jest czasem styku nogi z podło_em
znormalizowanym w stosunku do okresu chodu.
- faza wzgledna (ang. relative phase) jest znormalizowanym – do okresu chodu – odstepem
czasu od poczatku okresu do postawienia okreslonej nogi (lub odstepem czasu od postawienia
wybranej nogi do postawienia innej, okreslonej nogi),
- faza przenoszenia (protrakcja) – czas, kiedy dana noga jest przemieszczana do przodu
wzgledem korpusu,
- faza podparcia (retrakcja) – faza, podczas której noga dotyka terenu, noga pcha korpus
do przodu, czyli przemieszcza sie do tyłu wzgledem korpusu.
Po omówieniu najwa_niejszych parametrów chodu mo_na opisac rodzaje chodów.
Chody symetryczne charakteryzuja sie identycznym współczynnikiem obcia_enia wszystkich
nóg, nogi znajdujace sie w parach maja fazy wzgledne ró_niace sie o 0,5.
Metody chodzenia robotów szesciono_nych.
Wzorowane są one na rodzajach chodów owadów. Fale przemieszczen nóg przesuwaja sie od tyłu do przodu
ciała. Czas protrakcji jest krótki (1/6 okresu chodu) natomiast obcia_enie nogi wynosi 5/6. Na
rysunku 8 troche szybszy rodzaj chodu: czas protrakcji wynosi 1/4, natomiast obcia_enie 3/4.
Napędy
Silniki HS-475 sa serwonapedami zaprojektowanymi pierwotnie do stosowania
w modelarstwie w radiowo sterowanych modelach samochodów, okretów czy samolotów. Ka_dy
taki serwonaped wyposa_ony jest w silnik pradu stałego, czujnik poło_enia (potencjometr),
przekładnie mechaniczna i procesor. Sterownie tymi silnikami odbywa sie poprzez wysyłanie
sygnałów w postaci impulsów prostokatnych o czasie trwania impulsu w przedziale od 1ms do 2 ms
z odpowiednia czestotliwoscia (60 razy na sekunde). W zastosowaniach modelarskich zakres ruchu
serwonapedów wynoszacy 90o (-45o÷+45o) jest w zupełnosci wystarczajacy. W takim przypadku
wysyłanie impulsów o czasie trwania z przedziału 1ms-2ms odpowiada ruchowi serwonapedu
w zakresie -45o÷+45o
Wiekszosc serwonapedów sterowanych w opisany wczesniej sposób posiada mo_liwosci ruchu
w szerszym zakresie ni_ -45o÷+45o. Sterownik SSC-32 umo_liwia sterowanie serwonapedami
w takim szerszym zakresie. Mianowicie sterownik ten umo_liwia przesyłanie impulsów
prostokatnych o czasie trwania z zakresu 0.5ms÷2.5ms co umo_liwia sterowanie poło_eniem
serwonapedów w zakresie -90o÷+90o jak przedstawiono to na rys. 20. Nie wszystkie serwonapedy
mo_na pozycjonowac a_ w tak szerokim zakresie, w zwiazku z czym nale_y programowo
ograniczyc zakres ruchu do zakresu jaki oferuje dany silnik. W odniesieniu do silników typu HS-
475 dozwolony zakres zmian długosci trwania impulsów sterujacych wynosi 0.9ms÷2.1ms.
Programowanie robota
Programowanie robota odbywa sie z poziomu jezyka Basic. Zestawienie wszystkich dostepnych
komend znajduje sie w dokumentacji oprogramowania.
Programy pisze sie w oparciu o budowe modułowa: główna petla programu zawiera skoki do
odpowiednich podprogramów realizujacych kolejne etapy kroku. Petle tworzy sie poprzez wpisanie
etykiety (zakonczonej dwukropkiem) w danym miejscu programu oraz wywołanie skoku do tego
miejsca (goto <etykieta>). Skoki do podprogramów wywołuje sie poleceniem gosub <etykieta>,
podprogramy zakonczone musza byc poleceniem Return (powrót). Zastosowanie petli w programie
głównym powoduje powtarzanie całej sekwencji kroku uzyskujac jeden rodzaj chodu w okreslonym
kierunku. Poni_szy przykład przedstawia podstawowa strukture programu, w którym program
działajac w petli wykonuje podprogramy etykieta_1, czekaj 1s, etykieta_2, czekaj 1s, 5 razy
etykieta_3 z pauza 1s po ka_dym przejsciu.
Przykład:
‘blok deklaracji zmiennych i stałych
A var byte
‘program główny (zapetlony)
Main:
gosub etykieta_1
pause 1000
gosub etykieta_2
for A = 0 to 4
gosub etykieta_3
next
goto main
‘blok podprogramów
etykieta_1:
…
Return
mechatronika