Оптимизация параметров и режимов управления движением двуногого шагающего робота

Abstract

Досліджено задачу спільної оптимізації конструктивних параметрів (довжини та маси ланок) та законів руху двоногого антропоморфного робота. Робот під дією керуючих зусиль у шарнірах ніг крокує по нерухомій горизонтальній площині. Ходу робота змодельовано на інтервалі подвійного кроку (у класі симетричної ходи) із врахуванням основних ритмічних, кінематичних та динамічних обмежень антропоморфного переміщення. На опорні реакції стоп накладаємо двосторонні нестаціонарні обмеження. Ланки робота оптимізовано за умови сталості довжини й маси кожної ноги, за критерій оптимальності використано квадратичний функціонал. Побудовано алгоритм наближеного розв’язання досліджуваної задачі оптимального керування (з параметрами), який ґрунтується на параметризації узагальнених координат робота кубічними згладжувальними сплайнами та використанні чисельних процедур нелінійного математичного програмування.

This study investigates the problem of joint optimization of the bipedal anthropomorphic robot’s design parameters (length and masses of the links) and motion laws. The robot walks over a fixed horizontal plane under controlled force actions in the leg joints. The robot gait is modeled for a double stride period (in the class of symmetrical walking) with limitations, subject to the general rhythmic, kinematical and dynamical restrictions of the anthropomorphic movement. The robot’s links are optimized for the given constant length and mass of each leg, using the quadratic functional as the optimality criteria. The bilateral nonstationary restrictions are subjected to the ground reaction forces. An algorithm for approximate solving of the considered optimal control problem (with parameters) that is based on the parameterization of the robot's generalized coordinates utilizing cubic smoothing splines and numerical nonlinear mathematical programming procedures is built.