3 этап. Разработка экспериментального образца программного комплекса системы управления

По план-графику на данном этапе планируется выполнить следующие работы:

- Программная реализация разработанных алгоритмов

- Разработка экспериментального образца программного комплекса системы управления (ЭО ПКСУ)

- Разработка программы и методики экспериментальных исследований ЭО ПКСУ

- Участие в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию промежуточных результатов ПНИ

- Индустриальным партнером будет разработан и сконструирован полигон для проведения экспериментальных исследований ЭО ПКСУ совместно с ЭО ПРП

Полученные результаты

Наше исследование сосредоточено на создании экспериментального образца программного комплекса системы управления (ЭО ПКСУ) для энергоэффективной, антропоморфной ходьбы нового российского полноразмерного двуногого шагающего робота (ДШР) серии AR-600 (как для существующей модели робота AR-601M, так и для экспериментального образца AR-603E), с тестированием разработанных алгоритмов движения на полноразмерном роботе AR-601M/603E, малоразмерном роботе Aldebaran NAO и опциональном малоразмерном роботе Robotis Darwin OP. На данном этапе ПНИ представлены CAD модели роботов AR-601M, NAO и Darwin-OP, интегрированные в симуляторы Simulink/SimMechanics, Gazebo и V-REP для отработки движения робота. Выбор данных робототехнических симуляторов соответствует современной мировой практике робототехнических разработок для ПНИ и ОКР. С использованием этих CAD моделей была осуществлена программная реализация в ЭО ПКСУ двух разработанных на 2-ом этапе ПНИ алгоритмов управления ходьбой ДШР методами: (1) модели перевернутого маятника VHIPM; и (2) управления движением робота с помощью контроллера опережающего регулирования (Preview Control). При анализе работы ЭО ПКСУ, контролирующей робота посредством метаоперационной системы ROS, был рассмотрен состав и взаимодействие модулей приема и передачи данных по каналам связи робота от сенсоров к обрабатывающим и управляющим устройствам, с последующей выдачей команд сервоприводам робота. Кроме того, для тестирования ЭО ПКСУ были разработаны программы и методики экспериментальных исследований, включая методики калибровки модели антропоморфного робота, и проанализированы пути достижения желаемого уровня точности для максимального приближения параметров математических моделей роботов к параметрам их физических моделей. Правильная калибровка моделей ДШР позволит минимизировать отличия в желаемой и получаемой траектории ходьбы робота при использовании разработанных алгоритмов управления механикой движения полноразмерной робототехнической платформы (ПРП). Представленные в отчете первые пилотные эксперименты с моделями роботов АR-601M и NAO в симуляторах Gazebo, SimMechanics и V-REP показали многообещающие результаты. Для построенных моделей были отлажены процедуры управления приводами и отрегулированы показания приводов контроллеров. После чего к моделям были применены реализованные в ЭО ПКСУ алгоритмы антропоморфной ходьбы и получен контроль статического и динамического равновесия ПРП. На следующих этапах проекта мы проведем расширенные тесты и эксперименты, как с математическими, так и с физическими моделями ДШР AR-601M/603E, Aldebaran NAO и Darwin OP, используя созданный ЭО ПКСУ и разработанные программы и методики экпериментальных исследований. Индустриальный партнер ПАО «НПО «Андроидная Техника», соответственно, будет проводить эксперименты с моделями ДШР в виртуальном полигоне симулятора Gazebo, так и изготавливать детали для конструкций реального полигона (беговой дорожки, пандусов с разными поверхностями и угловой лестницы) и осуществлять изготовление и отладку полигона для проведения экспериментальных исследований ЭО ПКСУ совместно с ЭО ПРП.

Результаты, полученные в ходе данного этапа, являются значимыми для научно-технических задач, решаемых в ходе выполнения проекта. Разработка ЭО ПКСУ с программной реализацией разработанных алгоритмов вместе с разработкой программы и методики экспериментальных исследований ЭО ПКСУ (в сочетании с усилиями индустриального партнера по созданию виртуального и реального полигонов) дают широкие возможности для будущего тестирования ДШР, как с помощью робототехнических симуляторов, так и при натурных экспериментах с реальными роботами. Основными результатами работы за 3-ий этап явились:
  • Осуществлена программная реализация разработанных на этапе 2 ПНИ алгоритмов управления ходьбой ДШР с помощью: (1) модели перевернутого маятника VHIPM; и (2) управления движением робота с помощью контроллера опережающего регулирования (Preview Control).
  • Подготовлены и внедрены в симуляторы Simulink/SimMechanics, Gazebo и V-REP CAD-модели роботов AR-601M, NAO и Darwin-OP с кинематическими схемами, массовыми характеристиками частей тел роботов и инерциальными характеристиками их суставов для тестирования алгоритмов управления движением ДШР на реалистичных многотельных моделях роботов.
  • Создан ЭО ПКСУ для роботов серии AR-600 (как для существующей модели робота AR-601M, так и для экспериментального образца AR-603E), Aldebaran NAO и Darwin-OP.
  • Проанализирован контроль ДШР серии AR-600 в среде ROS с помощью следующих модулей: модуль сетевого взаимодействия; модуль опроса состояния датчиков; обработки, модуль комплексирования и анализа собранных датчиками данных, а также модуль управления сервоприводами робота.
  • Разработаны программы и методики экспериментальных исследований ЭО ПКСУ для роботов серии AR-600, Aldebaran NAO и Darwin-OP.
  • Разработаны программы калибровки моделей ДШР и проанализированы способы улучшения точности калибровки для роботов серии AR-600.
  • Индустриальным партнером ПАО «НПО «Андроидная Техника» разработан виртуальный полигон в робототехническом симуляторе Gazebo и подготовлены чертежи для изготовления основных элементов реального полигона (беговой дорожки, пандусов с разными поверхностями и угловой лестницы) для проведения экспериментальных исследований ЭО ПКСУ совместно с ЭО ПРП.
По текущим результатам проекта подана патентная заявка на изобретение "Устройство определения положения точки нулевого момента при ходьбе без сгибания стопы", была опубликована серия научных статей и принято участие в ряде мероприятий, направленных на освещение и популяризацию промежуточных результатов ПНИ.

В центре внимания

Сайт находится в технической разработке