Calculation and determination of the stability area of an educational anthropomorphous robot
- 作者: Ipatov D.V.1, Petrov K.V.1, Chernobryvets M.A.2, Kulagin K.A.3
-
隶属关系:
- Moscow Polytechnic University
- Bauman Moscow State Technical University (National Research University)
- V.A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of RAS
- 期: 编号 117 (2025)
- 页面: 141-170
- 栏目: Mathematical control theory
- URL: https://bakhtiniada.ru/1819-2440/article/view/360561
- DOI: https://doi.org/10.25728/ubs.2025.117.7
- ID: 360561
如何引用文章
全文:
详细
This article discusses the development and study of the educational anthropomorphic robot of the STEM Academy kit. The robot design features increased mass and mass redistribution with heavier feet to lower the center of mass in order to improve stability. The Denavit – Hartenberg technique was used to analyze the kinematic characteristics. A dynamic model wascompiled to calculate the external forces acting on the robot, taking into account the gravity forces acting on the drives based on the Newton – Euler method. A model wasconstructed for the dependence of the zero moment point on the servo rotation angles taking into account the position of the center of mass of each link. An experimental determination of the zero moment point was carried out using strain gauges, the results of which were compared with theoretical data. A new term, the "region of guaranteed static stability" (ROGSS), was introduced, which is a subset of the fundamental concept of the "region of stability", supplemented by taking into account technological factors. An experimental analysis of the stability area of the ROGSS robot was also conducted, which showed that the ROGSS does not correspond to the dimensions of the stability area described by the physical contour of the foot. Comparison of theoretical and experimental results showed that the calculated mathematical model can be integrated into the control system of an anthropomorphic robot, as well as into a simulator of motion programming for assessing static stability. The results obtained allow predicting the stability of the target position in statics and can serve as a basis for further research into dynamic stabilization algorithms.
作者简介
Dmitrii Ipatov
Moscow Polytechnic University
Email: ipatow.dima2014@yandex.ru
Moscow
Konstantin Petrov
Moscow Polytechnic University
Email: r.92rab@gmail.com
Moscow
Michael Chernobryvets
Bauman Moscow State Technical University (National Research University)
Email: misha8cher@gmail.com
Moscow
Konstantin Kulagin
V.A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of RAS
Email: Kka86@bk.ru
Moscow
参考
1. БОРИСОВ О.И., ГРОМОВ В.С., ПАРКИН А.А. Методы управления робототехническими приложениями: учеб-ное пособие. – СПб.: Университет ИТМО, 2016.2. ГОРОБЦОВ А.С., АНДРЕЕВ А.Е., МАРКОВ А.Е. и др. Особенности решения уравнений метода обратной за-дачи для синтеза устойчивого управляемого движения шагающих роботов // Труды СПИИРАН. – 2019. – Т. 18, №1. – С. 85–122.3. Грант РНФ N 24-29-00671 [Электронный ресурс]. – Ре-жим доступа: https://rscf.ru/project/24-29-00671 (дата об-ращения: 25.04.2025).4. ЗЕНКЕВИЧ С.Л., ЮЩЕНКО А.С. Основы управления ма-нипуляционными роботами: учебник для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004.5. КИЛИН А.А., КИЛИНА Н.А., МАМАЕВ И.С. Динамика управляемых механических систем. – Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2020. – 280 с.6. КОЛЮБИН С.А. Динамика робототехнических систем: учебное пособие. – СПб.: Университет ИТМО, 2017. – 117 с.7. ЛЕСКОВ А.Г., БАЖИНОВА К.В., СЕЛИВЕРСТОВА Е.В. Описание кинематики антропоморфных роботов мето-дом блочных матриц // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Приборостроение». – 2018. – №6. – С. 123.8. ПОПОВ Д.И., КЛИМЧИК А.С. Моделирование жестко-сти для шагающих роботов // Компьютерные исследова-ния и моделирование. – 2019. – Т. 11, №4. – С. 631–651.9. ПРОТОПОПОВ А.А., СТЕРЕХОВА В.С. Исследование применимости методов стабилизации движения для малоразмерных антропоморфных роботов // Молодежь и современные информационные технологии : Сборник трудов XVI Международной научно-практической кон-ференции студентов, аспирантов и молодых ученых, 3-7 декабря 2018 г., Томск. – Томск: Изд-во ТПУ, 2019. – С. 344–345.10. Секрет устойчивого хождения антропоморфного робо-та на двух ногах в автономном режиме [Электронный ресурс]: эссе. – URL: https://streltsovaleks.narod.ru/WalkingRobots.htm (дата об-ращения: 10.04.2025).11. СЕМЕНОВ В.А., МОРОЗОВ А.В. Методы определения центра масс в образовательной робототехнике // Робо-тотехника и искусственный интеллект. – 2023. – №2. – С. 67–75.12. ФУ К., ГОНСАЛЕС Р., ЛИ К. Робототехника. – М.: Мир, 1989. – 624 с.13. ANGELES J. Fundamentals of robotic mechanical systems: Theory, methods and algorithms. – Springer, 2007.14. CRAIG J.J. Introduction to Robotics: Mechanics and Con-trol. – Pearson Education, 2017. – 408 p.15. DENAVIT J., HARTENBERG R.S. Kinematic notation for Lower-Pair Mechanisms Based on Matrices // J. Appl. Mech. –1955. – P. 215–221.16. GOSWAMI A. Postural Stability of Biped Robots and the Foot-Rotation Indicator (FRI) Point // Int. Journal of Robotic Research. – 1999. – P. 1–11.17. HWANG Y.-L., TA T.-N., CHEN C.-H. Using Zero Moment Point Preview Control Formulation to Generate Nonlinear Trajectories of Walking Patterns on Humanoid Robots // 12th Int. Conf. on Fuzzy Systems and Knowledge Discovery (FSKD). – 2015. – P. 2405–2412.18. KAJITA S., HIRUKAWA H., HARADA K. et al. Introduc-tion to Humanoid Robotics. – Heidelberg: Springer, 2014.19. PINA FILHO A.C. de (ed.) Humanoid Robots: New Devel-opments. – Croatia: Advanced Robotic Systems International, 2007.20. SPONG M.W., HUTCHINSON S., VIDYASAGAR M. Robot Modeling and Control: First Edition. – Hoboken: Wiley-Interscience, 2006. – 464 p.21. VUKOBRATOVIC M., BOROVAC B. Zero-Moment Point — Thirty-Five Years of Its Life // Int. Journal of Humanoid Robotics. – 2004. – Vol. 1, No. 1. – P. 157–173.22. ZABALA M., MORAN R., BLANCO S. A New Educational Tool for Bioloid Kit // Proc. of 4th Int. Workshop Teaching Robotics, Teaching with Robotics & 5th Int. Conf. Robotics in Education. – Padova, Italy, 2014.
补充文件
