Šešiakojo roboto judėjimo energetinio efektyvumo tyrimas

Abstract

Disertacijoje nagrinėjamos vaikščiojančių robotų energijos sąnaudų problemos jiems judant lygiu ir nelygiu paviršiumi. Pagrindinis tyrimo objektas yra vaikščiojančio roboto valdymo, aplinkos atpažinimo bei kliūčių išvengimo žinomoje aplinkoje metodas. Energijos sąnaudų minimizavimas leistų praplėsti vaikščiojančių robotų pritaikymą ir veikimo laiką. Pagrindinis darbo tikslas – sukurti energijos sąnaudų minimizavimo metodus vaikščiojantiems robotams ir sukurti aplinkos atpažinimo ir klasifikavimo metodus bei ištirti šešiakojo roboto energijos sąnaudas jiems judant žinomoje aplinkoje. Šie metodai gali būti taikomi vaikščiojantiems daugiakojams robotams. Darbe sprendžiami šie uždaviniai: šešiakojo roboto eisenos parinkimas atsižvelgiant į energijos sąnaudas, paviršiaus kliūčių aptikimo ir perlipimo metodų sudarymas ir jų efektyvumo palyginimas. Taip pat sprendžiami uždaviniai, kurie siejasi su pėdų trajektorijos generavimo metodo kūrimu bei kliūčių dydžio ir tankio įtaka roboto energijos sąnaudoms. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, bendrosios išvados, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai. Įvade aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, ginamieji teiginiai. Įvado pabaigoje pristatomos disertacijos tema autoriaus paskelbtos publikacijos ir pranešimai konferencijose bei disertacijos struktūra. Pirmasis skyrius skirtas literatūros apžvalgai. Jame pateikta mobiliųjų robotų energetinio efektyvumo bei energijos sąnaudų matavimo, skaičiavimo ir optimizavimo metodų analizė. Antrajame skyriuje pateiktas energetiškai efektyvaus judėjimo metodikos sudarymas vaikščiojantiems robotams. Šiame skyriuje pateiktas šešiakojo roboto matematinio ir fizinio modelių sudarymas, nelygaus paviršiaus klasifikavimo modelio sudarymas bei taktilinio kliūčių aptikimo bei perlipimo metodų sudarymas. Skyriaus gale pateikiamos išvados. Trečiajame skyriuje tiriamos energijos sąnaudų priklausomybės nuo roboto eisenos bei judėjimo parametrų, kliūčių aptikimo ir perlipimo tikslumas priklausomai nuo kliūčių skaičiaus roboto kelyje, taip pat kliūčių dydžio ir tankio įtaka roboto energijos sąnaudoms. Disertacijos tema paskelbti 9 straipsniai: keturi – Clarivate Analytics Web of Science duomenų bazės leidiniuose, turinčiuose citavimo rodiklį, trys – Clarivate Analytics Web of Science duomenų bazės „Conference Proceedings“ leidiniuose ir du – kituose recenzuojamuose mokslo leidiniuose. Disertacijos tema perskaityti 7 pranešimai konferencijose Lietuvoje bei kitose šalyse.

In this dissertation the issues of walking robots’ energetic efficiency while walking on even and irregular terrain using gait switching and tactile obstacle avoidance methods are investigated. The main object of research is methods for walking robot’s locomotion, environment recognition, and obstacle avoidance. The importance of walking robots is their ability to overcome irregular terrain and adaptation to environment. The minimization of energy consumption would improve the use of walking robots and extend their working time. The primary purpose of this dissertation is to develop and investigate environment recognition and classificaion methods, energetically efficient locomotion method for walking robots. Walking multilegged robots is a field for applying created methods. The dissertation also focuses on investigating energy consumption dependence on obstacle size and density. The thesis approaches a few major tasks such as gait selection, obstacle detection and avoidance using tactile leg sensors. Second task is related to development of foot trajectory generation and obstacle size and density influence on robot’s energy consumption. The dissertation consists of introduction, three chapters, general conclusions and references. The introduction reveals the investigated problem, importance of the thesis and the object of research and describes the purpose and tasks of the thesis, research methodology, scientific novelty, the practical significance of results examined in the paper and defended statements. The introduction ends in presenting the author’s publications on the subject of the defended dissertation, offering the material of made presentations in conferences and defining the structure of the dissertation. Chapter 1 revises used literature. Energetic efficiency of mobile robots is discussed along with energy consumption measurement, calculation and optimization methods. At the end of the chapter, conclusions are drawn and the tasks for the dissertation are reconsidered. Chapter 2 describes the development of energetically efficient methodology for walking robots. Conclusions are presented at the end of the chapter. Chapters 3 investigates the energy consumption dependence on movement parameters as well as obstacle avoidance. 9 articles focusing on a topic of the dissertation are published: four – in Clarivate Analytics Web of Science data base cited journals, three – in Clarivate Analytics Web of Science data base “Conference Proceedings” material and two – in other data bases. 7 conference reports were carried out focusing on a topic of the dissertation in Lithuania and abroad.