В данное время является актуальным создание универсального высокопроходимого и манёвренного робота, которому не требуется высокая скорость передвижения. Спектр применения этого робота широк: работы в скалистой и пересечённой местности, разборки завалов разрушенных строений, спасательные работы, транспортировка грузов и другие работы в заболоченной труднопроходимой местности, ремонтные работы на космических станциях на орбите. С этой целью была предпринята попытка создание механического аналога биологической системы (гусеницы).

В данной работе создана имитационная модель движений робота-гусеницы, для этой системы разработаны алгоритмы управления движением. Разработанные алгоритмы управления реализованы на компьютере.

Механический аналог гусеницы состоит из последовательно присоединённых модулей. Возможно два варианта базового элемента:

• модуль представляет собой четырёхзвенную кинематическую цепь с одной поступательной парой и тремя шарнирами; возможна, даже желательна, замена поступательной пары на мышцу из материала, который может удлиняться, сокращаться и оставаться фиксированным в данном положении; соседние модули имеют один общий элемент и два шарнира.
  
  
• модуль может быть практически любой формы (треугольник, прямоугольник, полукруг), соединенный с другими по средствам шарнира через шаговый электродвигатель.

В данной работе разработан второй вариант механического аналога, в котором звенья любой формы соединены между собой через шарниры с шаговым электродвигателем.

Пространственное движение робота-гусеницы можно разделить на движение в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (горизонтальной и вертикальной). В данной работе рассмотрено плоскостное движение робота-гусеницы по произвольной поверхности.

Для такого типа движения была описана система управления роботом, состоящая из механизма получения информации и выбора стратегии движения. Получая информацию о двух сечениях поверхности, мы можем приблизительно сказать о ее характере в области движения робота. Щуп может получать данные с определенной частотой, следовательно, он не может распознать полностью всю поверхность. Чтобы по этим данным получить общее представление всей поверхности может использоваться алгоритм кубической сплайн интерполяции функции одной переменной. Этот метод заключается в том, что определенным образом подбираются коэффициенты кубического полинома на каждом участке так, чтобы он проходил через все уже известные точки поверхности.

Выбрав наиболее более удобную и универсальную стратегию движения (стратегия, не зависящая от формы рельефа), в этой работе мы описали алгоритмы управления движением. Для этих алгоритмов были выведены формулы для определения изменения координат взаимного расположения модулей и поверхности. По этим данным рассчитываются углы между модулями. На реальной модели эти данные должны посылаться на шаговые электродвигатели, которые управляют пространственным движением робота.

Разработанные алгоритмы управления реализованы на компьютере в виде программы. В программе создается произвольная поверхность и изображается движений по ней робота с заданными параметрами. Исходными данными для робота гусеницы являются количество сегментов, длина одного сегмента, а также минимально возможный угол между модулями.

Исходную поверхность можно создать тремя способами:

1. Автоматическое создание
Программа случайным образом выбирает координаты точек поверхности по вертикальной оси через определенный промежуток по горизонтальной оси. После этого работает алгоритм кубической интерполяции сплайна и создается непрерывная двухмерная кривая, обозначающая поверхность.

2. Открытие из файла
Существует возможность сохранять созданные в процессе работы поверхности и для последующей работы с ними.

3. Табличное задание
Пользователь заполняет таблицу, состоящую из двух граф: А)Координата по горизонтали Б) Координата по вертикали (Эти данные задаются не обязательно в порядке возрастания величины абсцисс).

На данный момент реализован только первый способ.

Результатом работы программы является анимация, изображающая движение робота - гусеницы по кривой двухмерной поверхности. Программа также просчитывает величины углов между модулями гусеницы, реально посылаемые на шаговые двигатели. Величины этих углов а также состояние активности моторов изображаются в виде графиков в отдельных окнах.

Программа имеет стандартный оконный интерфейс Windows - приложения, что делает работу с ней довольно простой. Программа была написана на языке программирования C++ в среде Visual C++5 в операционной системе Windows 98. При расчете типовой задачи требуется компьютер Pentium c тактовой частотой от 166Mhz и выше. Необходимое графическое разрешение для работы программы - 800ґ600 пикселей.

Используемая литература:

1. Е.В. Шишкин, А. И. Плис "Кривые и поверхности на экране компьютера", издательство "ДИАЛОГ-МИФИ", Москва, 1996 г.

2. А. Мешков, Ю. Тихомиров "Visual C++ и MFC. Программирование для Windows NT и Windows 95", издательство "BHV - Санкт-Петербург", 1997 г.

3. А. А. Головин, Ю.А. Гладков "Механический аналог гусеницы" в сборнике труды конференции "Проблемы механики современных машин". Улан-Удэ, 2000 г.

4. А.А. Головин "Проектирование сложных рычажных механизмов". Москва, изд-во МГТУ, 1995