Устройство управления движением шагающего аппарата

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(45) Дата опубликования описания 30.05,8(72) Авторы изобретения стапчук, Е. М, Канаев и В, С. Гурфинкель 1) Заявптел Институт проблем передачи информации АН СС 4) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДВ ШАГАЮЩЕГО АППАРАТА ИЕМ Изобретенне относится к области транспортных аппаратов и предназначено для координированного движения конечностей при перемещении аппарата по пересеченной местности.Известно устройство управления движением шагающего аппарата, содержащее пульт управления, блок управления движением шарниров конечностей, блок коррекции, блок датчиков углового положения шарниров, блок тактильных датчиков 111.Недостатком известного устройства является то, что при перестроении походки существует некоторый момент времени, когда текущая походка не соответствует заданной. Другим недостатком является влияние внешних возбуждений (параметры поверхности перемещения, проскальзывание конечностей и т. д.) на поддержание заданного типа походки.Целью изобретения является поддержание вновь заданного типа походки при ее перестроении и воздействии внешних возбуждений в процессе движения.Указанная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены блок вычисления величин порогов, блок пороговых элементов, блоки вычисления продолжительностей фаз переноса и опоры, генератор линейно-нарастающего напряжения и блок запуска его, логическая схема И и блок вертикального опускания конечностей, Причем, один из выходов блока вычисления величин порогов соединен с последователь но включенными блоком вычисления продолжительности фазы переноса и блоком коррекции, второй выход соединен с после.довательно включенными блоком вычисления продолжительности фазы опоры, блоком управления движениями шарниров конечностей и блоком вертикального опускания конечностей, а третий выход - с одним из входов блока пороговых элементов, второй вход которого соединен с выходом гс нератора линейно-нарастающего напряжения, а выход - с входа,ми блока запуса генератора линейно-нарастающего напряжения и блока управления движением шарниров конечностей, второй вход которого 20 соединен с выходом блока коррекции, одиниз выходов блока тактильных датчиков соединен с входом блока вертикального опускания конечностей, а другой - с после.довательно включенными логической схемой И, блоком запуска и генератором линейно-нарастающего напряжения. При этом выход блока датчиков углового положения шарниров соединен с вторым входом блока коррекции, а выходы пульта управления ЗО соединены с соответствующими входамиблока коррекции, генератора линейно-нарастающего напряжения и блока вычисления величин порогов.На фиг. 1 изображены диаграммы движения конечностей устройства при поочередной походке; на фиг. 2 - блок-схема устройства управления движением шагающего аппарата,Устройство содержит пульт 1 управления, блок 2 вычисления велични порогов, блок 3 пороговых элементов, блоки 4 и 5 вычисления продолжительностей фаз переноса и опоры, генератор б линейно-нарастающего напряжения, блок 7 коррекции, блоки 8 управления движениями шарниров конечностей, блок 9 запуска, блок 10 вертикального опускания, конечностей, логнчеакую схему 11, И, блок 12 датчиков углового положения шарниров и блок 13 тактильных датчиков,Устройство;работает следующим образом.Рассмотрим работу на примере шагающего аппарата, имеющего симметричное относительно продольной оси расположение конечностей. Каждая конечность аппарата имеет, например, три степени свободы и состоит из двух шарниров: двухстепенного шарнира бедра и одностепенного шарнира голени. Причем, одна степень свободы шарнира бедра обеспечивает движение конечности вперед - назад, а другая степень вместе с шарниром голени обеспечивает движение конечности в вертикальной плоскости.Управление каждой конечностью осуществляется независимо от остальных по командам своего блока управления движениями, Целенаправленные движения аппарата осуществляются координацией движений конечностей за счет формирования и поддержания заданното типа походки. На фиг. 1 показана диаграмма формирования поочередной походки. Данная походка характеризуется поочередным переводом каждой конечности в фазу переноса (обозначено жирной чертой), прйчем очередность перевода выбрана, например, вида 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - б, где 1 - 3 - номера конечностей левой стороны аппарата в направлении движения, а 4 - б - правой стороны. Вид фазы определяется по движению в первом шарнире: при движении вперед - фаза пе.реноса, назад - опоры, Причем, в интервале времени 1, - 1, (для первой конечности) производится изменение направления движения в первом шарнире (фаза опоры), адвижение во втором и третьем шарнирах сохраняется до момента 1, что позволяет поставить конечность на опору. В этот момент времени конечность М 2 переходит в фазу переноса. 5 10 15 20На пульте 1 управления выбирают заданный тнп проходки и окорость движения 25 30 З 5 40 45 50 55 60 65 авпрата. Сигнал, соответствующий даиной походке, поступает на блок 2 вычисления порогов, осуществляющий вычисление для каждой конечности некоторого значения порога, соответствующего номеру конечности и заданнойпоходке. Вычисленные значения поступают на блок 3 пороговых элементов, на второй вход которого поступает сигнал с генератора б линейно-нарастающего на пряжения, период которого равен,периоду,шага, Как только сигнал генератора,превышает величину порога данной конечности, на выходе блока 3 появляется сигнал, переводящий блок 8 управления данной конечностью в соопветствующую фазу, например фазу, переноса. Спустя заданное вовремя переноса, также определяемое пороговым значением, блок 8 управления переводит конечность в фазу опоры: Но так как регулярные движения конечностей описьпваются уравнением 1 п 1 п - 010 -где 1, 1, - длительности фаз переноса иопоры;1, Ро - :корости фаз;5 - длина шага;,и период сипнала генератора б равен периоду шага, по изменение типа походки должно соупровождатьоя изменением длителыностей фаз переноса и опоры, что при постояиной длине шага требует вычисления ссответствующих значений скоростей этих фаз, Такие вычисления для задаиной походки произвадятая в блоках 4 и 5.Следующая в волне переноса конечность не будет переводиться,в фазу переноса до тех,пор, пака с выхода блока 13 тактильных датчкиов не приедут сигналы на схему 11 М, соответствующие движению в фазе опоры всех ыонечностей. Если сигнал схемы 11 - 0, то блок 9 запуска фиксирует сигнал генератора на достипнутом уровне, а если - 1, то аипнал генератора продал. жает увеличиваться и происходит заданное по лрапрамме переключение фаз движения.При переключении каждой конечности в фазу опоры сигнал с блокав 8 управления поступает на блок 10 вертикального опуакания ианечности, обеапечивая движение этой конечности по вертикали к поверхности. Это движение осуществляется за счет второго и третьепо шарниров и преиратитая при достижении поверхности по сигналу с блока 13 тактильных датчиков. Таиим о 0 разом, неровности поверхности не будут влиять на изменение фаз переноса и опоры, что апособствует поддерживанию заданного типа походки,Изменяя в произвольный момент времени тип походочки на пульте 1 блоки 2 - 5 практичваии мгновенно переводят блоки 8 в реиим новой походки. При этом переходной период отсутствует.736975 4 г Одна(ко такое изменение может п(рои(сходить при произволыных угл(с(вых положениях ко(неч(нс(стей, Поэтом(у по си(гналам с блока /2 датчик(св угл(свого п(сложе 1 ния в бло. Ке 7 кЭррекции текущие значения у(глэвых положений аравни(ваются с про(грамми(с зада(наемы(ми дл(я м(о(ментов переключения фаз и, если они раув(ны, то в блоке 7 вырабатывается свпнал, про(п(эрциональный расастласованию и изменяющий акс(р(сесть переноса каждой конечности так, чтобы придти в конце фазы перенс(са в зада(нное положение.Данное успрсйспвс управления движением шагающего ап(парата за счет фсрмирсва(ния ти(па походии пс зада(вае(мым длительностям фаз переноса и эп(оры, а та(кже (и(спользсва(ние вертикального опускания конечности на эпорную поверх(ность обеспечивает псддер(жание заданного типа поход(ки при епо переспроевии и всздей(спвии внешн(их возбуждений в процессе движения аппарата. Ф (о;р.м у л а и з о б р е т е н и я У(спройспв(о у(правления движением шагающего авпарата,сс(держащее пульт у(правления, (блок управления движен(ием (шдрни(рэв коне вн(остей, бл(эк кэр(реиции, блэк датчн(ков угл(свэпо пол(ожения (шари(ирэн, блох тактилыных датчиков, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, (с целью п(сддержан(и(я вновь зада(нн(ого типа походхи п(ри ее переспроении и воздейспвии внешних возбуждений в процессе дв(ижен(ия, в непа дополнительно введены блок вы(чи(слен(ия величин (порогов, . блок асропэвых элементэв, блоки вычи(сления природ(олжителыностей фаз ие(рен(оса и опоры, генератор л(иней(но на(растающего напряжения и бл(ок заГРу(ака его, ло(гичес(хая схема И и блэк вертикального опускания кс(нечностейпри(чем, сдлн из (выходов блока вычи(сления (вел(ичлн пэро(гов соединен с (последовательно включен(ны(ми блоком (вычи(слежения прэдолиителын(ости фазы переноса и блошка(м (кэррекции, (Второй (Выход:саед(инен с последовательно включенными блоком вычисления (продоляяителыности фазы опэры, блоком уп(равления дзпжениями шахр(ни(рэв (ко(нечнсстей и блоком вертикаль(нстс спуакания к(снеч(но(стей, а претий выход - с одним из входов блска норс(го(вых элементов, втср(ой вход (которо(гс соединен с вых(одом генератора линейно-нарастающего нап;ряжен(ия, а выход - с (входамп блока запу(ака генерато(ра лнней(но-(нара(стающего нанряже(ния и блока управления движением шарнира(в кэнечностей, втор(ой вход кото рого соединен с выходом блэка кор(рекции,олин из вых(одолев блска тактильных датчиков соединен с,входа(м блока вертикального оп(ускания (кснечно(стей, а д(ругай - с последсвательво,вклю(ченными логической схе мой И, блоком запуска н генараторсм линейночнарастающего на(иряжения, п(ри этом выход блока датчиков углового положения ша(рнирэв соединен с вторым входом блока кор(рекции, а выходы пульта управления З 0 соединены (с соответствующими входамиблока кс 1 ррекц(ин, тенератэра линей(нс-на(растающего папряжения и блока вычисления величин (порогов. И(споч(ник инфэр(мации, прин(ятый (во внимание дри зиапертизе:1. Авто(р(акое авидетельство СССР (пс заявке235 О 825/13, жл. А 61 Г 5/02, В 62 Д 57/02, 1976 1(п(рототпп).736975 Составитель С МалютинаТсхред А, Камышникова Редактор Г. ПрусоваКорректор С. файн Заказ 575/713 Изд Ко 309 Тираж 673 Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Тип, Харьк. фил, пред. Патент