For modern world has become a necessity for robots capable of acting in concert to perform complex tasks, such a need can allow the robot imitates an ant.
Keywords:The robot, trajectory, sensor.
Робототехника в мире шагает с очень большой скоростью и дошла до того что в мире можно встретить робота, выполняющего любые манипуляции. Но для того чтобы шагнуть еще дальше нужно чтобы несколько роботов работали совместно над одним и тем же делом. Представляем вашему вниманию роботов-муравьев, эти роботы предназначены для того что работать в команде, как и настоящие муравьи. Данные роботы могут выполнять коллективную работу для решения сложных задач, а также при необходимости работать автономно. Роботы-муравьи подают сигналы друг, тем самым координируя свои действия и движения.
Что касается конструкции, то тело робота имитирующего муравья изготовлено из полимера. Внутри тела находятся все компоненты для функционирования робота-муравья (датчики, процессор, приводы). Токоведущие дорожки, расположенные вне тела функциональны.
Голова робота состоит из корпуса представляющего пространственный механизм, стереокамер, усов-антенн которые являются контактами для зарядки аккумулятора. Ноги и челюсти двигаются и приводятся в движение с помощью пьезокерамических актуаторов, которые очень надежны, и не требуют много места для размещения. Определяет свое местоположение робот (рис. 1) с помощью оптического датчика расположенного под полимерным корпусом, который взаимодействует со стереокамерами.
Рис. 1. Робот, имитирующий муравья
Проблема планирования траектории движения роботами является достаточно сложной и обычно включает 2 задачи оптимизации. Первый этап планирование траектории движения; второй—управление или слежение за траекторией. Ставятся и обсуждаются вопросы, связанные с реализацией обоих этапов. Особое внимание уделено задаче планирования траектории «минимальной стоимости», которая состоит в минимизации функционала, описывающего нелинейные динамические свойства и содержащего параметрическое описание требуемой траектории перемещения от начальной к конечной точке пространства с учетом сило-моментных ограничений. Предлагается новый способ планирования, использующий методы динамического программирования (ДП) для определения положений, скоростей, ускорений и моментов МР, обеспечивающих минимальную «стоимость» оценочной функции. Разработанный метод ДП справедлив для случаев, когда: 1) ограничения на момент одного двигателя зависят от моментных ограничений на другие двигатели, что связано с общим энергетическим источником для всех приводов; 2) заданы требования на ограничение производных от ускорений; 3) оценочная функция стоимости траектории может иметь произвольную форму. Показано, что решение на основе метода ДП сходится к действительно минимальной по стоимости траектории при уменьшении размерной масштабной сетки, т. е. при увеличении дискретности вычислений.
В тоже время ставится и решается задача отслеживания заданной траектории движения робота-муравья в пространстве при ограниченных допустимых входных моментах. В качестве математического аппарата, обеспечивающего формирование требуемого движения используется так называемая «стратегия оптимального решения»; выведен закон оптимального управления, который в каждый момент времени минимизирует отклонение фактического вектора ускорений звеньев от желаемого, соответствующего заданным входным моментом ограничениям. Результатом решения задачи оптимального управления является синтезирование системы управления приводами с линейной обратной связью, обеспечивающей отслеживание траектории при ограничениях входного сигнала. Отмечается, что полученная схема оптимизации моментов на степенях включена в любую из имеющихся систем управления при необходимости учета входных ограничений. Предложенный подход проверен при моделировании 3-звенного манипулятора с использованием программы нелинейного моделирования. Представлены результаты работы «стратегии оптимального решения», алгоритм которой был реализован на 64-бит процессоре. Параметры манипулятора вычислялись по уравнениям Лагранжа; все вычисления выполнялись в целочисленной арифметике, использовалось разложение тригонометрических функций в рядТейлора с пятью членами, что обеспечило требуемую точность.
Для лучшей ориентации в пространстве робота можно оснастить его оптоэлектронными датчиками, с помощью которых из электромагнитных колебаний (в области от УФ до ИК-излучений) получают электронные сигналы, пригодные для задач измерения или управления робота. Оптоэлектронные датчики подразделяются на датчики дальнего действия и датчики, предназначенные для обнаружения приближающихся предметов. Датчики последнего типа получили широкое распространение в инженерной практике. В простейшем случае такой датчик состоит из источника излучения и фотоприемника. При нарушении светопередачи датчик выдает один уровень сигнала, при полном освещении — другой. Для повышения чувствительности датчики усложняют — для увеличения мощности излучения используют отражатели и оптические линзы для фокусирования луча. Применение оптических систем различных схем и конструкций позволяет усилить световой поток, доходящий до фотоприемника, в 101 ÷ 104 раз. Элементарные фотодатчики могут объединятся в комплексные датчики, насчитывающие множество фотоприемников, источников света и линз. В качестве фотоприемников могут применяться фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, источником освещения служат светодиоды, лазерный луч.
Таким образом, снабдив роботов-муравьев данными системами, получаем роботов, которые способны совместно работать, их можно использовать как ищеек пострадавших от землетрясения или теракта в руинах зданий, массово опылять сельскохозяйственные культуры, уничтожать вредителей, выполнять мониторинг окружающей среды.
Литература:
- Поезжаева Е. В. Промышленные роботы: учебное пособие в 3 ч. — М.; УМО АМ МВТУ им. Баумана; изд-во ПГТУ, 2009.
- http://ria.ru/science/20130520/938437849.html
