Министерство образования РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Юго-западный государственный университет»

Кафедра теоретической механики и мехатроники

ОТЧЁТ

о практической работе

по дисциплине

«Компьютерное управление мехатронными системами»

на тему

«Проектирование цифровой системы автоматического управления пневмоцилиндром пневматического прыгающего робота»

Выполнил: ст. гр. МТ-71

Хотяинцев К.А.

Проверил: асс. Яцун А. С.

Курск, 2010 г.

Содержание:

Микроконтроллер 11

Введение

Среди наземных роботов можно выделить множество типов. Это шагающие, ползающие, колёсные, гусеничные, инерционные, прыгающие и катящиеся роботы. Из перечисленных типов только шагающие, гусеничные и колёсные получили значительное развитие. В наши дни большой виток в развитии получили такой новый тип мобильных роботов как прыгающие роботы. Это направление стало развиваться сравнительно недавно. Оно перспективно, однако еще очень плохо и мало изучено. Но, тем не менее, ведущие державы мира развивают свои идеи в этом направлении.

Цель данного проекта – разработать цифровую систему автоматического управления пневмоцилиндром пневматического прыгающего робота.

1. Обзор существующих конструкций

Precision Urban Hopper - прыгающий робот от Boston Dynamics

Американская компания Boston Dynamics совместно со специалистами национальной лаборатории Sandia работают над созданием нового поколения роботов, способных перескакивать через заборы высотой до 10 метров. Как сказано в пресс-релизе лаборатории, новый четырехколесный "прыгун" относится к категории ударопрочных перевертышей.

Робот Precision Urban Hopper ("Высокоточный городской прыгун") размером с коробку из-под обуви будет перемещаться автономно с помощью GPS-навигации и преодолевать препятствия благодаря одной ноге, которая как бы выстреливает из его корпуса.

Рис. 1,2. Прыгающий робот «Precision Urban Hopper»

По расчетам инженеров, машина способна преодолеть за один заход как минимум 30 препятствий, которые в 40-60 раз превышают собственный рост робота. Прыжок производится под углом в 70 градусов.

Пневматический прыгающий робот

А вот в Токийском университете пытаются научить прыгать более тяжелого робота. Механизм этой машины похож уже не на кузнечика, а на лягушку. Этот робот может выпрыгивать вверх на высоту около полуметра, например, он может запрыгнуть на стул. Для движения он использует энергию сжатого воздуха. Аппарат получил имя Маугли.

Рис. 3. Пневматический прыгающий робот «Маугли»

Особый интерес представляет конструкция ног, а в частности, "мускулатуры" робота - в предварительной версии разработчики использовали обычные электродвигатели, при помощи которых "Маугли" мог подпрыгнуть лишь на несколько миллиметров на поверхностью. В последней версии двигатели было решено заменить на "пружины", работающие под действием энергии сжатого воздуха. При этом возможности робота не ограничены способностью совершать прыжки - "Маугли" может еще и ударять ногой по футбольному мячу, а в будущем разработчики планируют обучить его и ходьбе.

Инженеры создали самого прыгучего микроробота

Вдохновленные прыгучестью кузнечиков исследователи из лаборатории интеллектуальных систем при техническом университете Швейцарии EPFL (Laboratory of Intelligent Systems; Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL), сообщили о создании нового прыгающего микроробота и представили его на Международной конференции по робототехнике и автоматизации IEEE, проходящей 21 мая в Пасадене (Калифорния).

Рис. 4. Микроробот-кузнечик

Робот (фото) весит всего 7 граммов и может прыгать на полтора метра, что в 27 раз больше его размера. Микроробот-кузнечик для своего веса и размера прыгает в десять раз дальше всех существующих в мире роботов-прыгунов

Существует множество областей, где могут пригодиться подобные разработки. Например, таких роботов-кузнечиков можно оснастить крошечными датчиками и направить на исследование тяжелодоступных участков или использовать при проведении спасательных операций. Профессор Дарио Флореано (Dario Floreano) пояснил, что способность подражания живому аналогу (в данном случае - кузнечику) уникальна, так как позволяет микророботу пробираться по пересеченной местности намного дальше, чем ступающий робот или робот на колесах.

"Эти крошечные прыгающие роботы могли бы быть оснащены солнечными батареями для подзарядки между скачками. Рой таких микророботов можно было бы направить на масштабные исследования отдаленных областей на Земле или на других планетах",- добавил Дарио Флореано.

Маленькие прыгающие насекомые и животные, такие как, например, блохи, саранча, кузнечики и лягушки используют особые механизмы для постепенного накопления и резкого высвобождения энергии скачка. Благодаря таким способностям они могут совершать очень мощные прыжки и развивать огромное ускорение.

Созданный робот использует тот же самый принцип, закручивая две торсионные пружины при помощи крошечного полграммового шагового электромотора и кулачка-упора. Возможности изменения принципа движения робота дают его ноги-опоры, с помощью которых можно отрегулировать силу прыжка, угол взлета и силу отталкивания в течение фазы ускорения. Крошечной батареи, размещенной на корпусе робота, хватает приблизительно на 320 прыжков с интервалом в 3 секунды.