Устройство управления движением шагающего аппарата Советский патент 1980 года по МПК A61F5/02 B62D57/02 

блока коррекции, генератора линейно-нарастающего напряжения и блока вычисления величин порогов.

На фиг. 1 изображены диаграммы движения конечностей устройства при «поочередной походке; на фиг. 2 - блок-схема зстройства управления движением шагающего аппарата.

Устройство содержит пульт 1 управления, блок 2 вычисления величин порогов, блок 3 пороговых элементов, блоки 4 и 5 вычисления лродолжительностей фаз переноса и опоры, генератор 6 линейно-нарастающего напряжения, блок 7 коррекции, блоки 8 управления движениями шарниров конечностей, блок 9 запуска, блок 10 вертикального опускания конечностей, логическую схему 1L И, блок 12 датчиков углового положения шарниров и бло.к 13 тактильных датчиков.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим работу на примере шагающего аппарата, имеющего симметричнюе относительно продольной оси расположение конечностей. Каждая конечность аппарата имеет, например, три степени свободы и состоит из двух шарниров: двухстепенного шарнира бедра и одностепенного шарнира голени. Причем, одна степень свободы шарнира бедра обеспечивает движение конечности вперед-назад, а другая степень вместе с шарниром голени обеспечивает движение конечности в вертикальной плоскости.

Управление каждой конечностью осуществляется независимо от остальных по командам своего блока управления движениями. Целенаправленные движения аппарата осуществляются координацией движеНИИ конечностей за счет формирования и поддерл ания задавното типа по,ходки. На фиг. 1 показана диаграмма формирования «поочередной .походки. Данная походка характеризуется поочередным переводом каждои конечности в фазу переноса (обозначено жирной чертой), причем очередность перевода выбрала, на прИ|Мвр, вида 1-2-3- 4-5-6, где 1-3- номера конечностей левой стороны аппарата в направлении движения, а 4-6 - правой стороны. Вид фазы определяется по движению в первом шарнире: ири движении вперед - фаза переноса, назад - опоры. Причем, в интервале времени /i-/2 (Для первой конечности) производится изменение наиравления движения в первом шарнире (фаза опоры), адвижение во втором и третьем шарнирах сохраняется до момента tz, что позволяет поставить конечность на опору. В этот момент времени конечность № 2 переходит в фазу переноса.

На пульте / уп равления 1выби|рают заданный тип походки и скорость движения

аипрата. Сигнал, Соответст1вующ1ий дайной походке, noicmyraaeT на блок 2 вычисления порогов, осуществляющий вычисление для и аждой конечности некоторо-го значения порога, соответствующего номеру конечности и заданной походке. Вычисленные значения поступают на блок 3 пороговых элементов, на второй вход которого поступает сигнал с генератора 6 линейно-нарастающего напряжения, период которого равен периоду шага. Как только сигнал генератора превышает величину порога данной конечности, на выходе блочка 3 появляется сигнал, переводящий блок 8 управления данной конечностью в соответствующую фазу, например фазу переноса. Спустя заданное время переноса, также определяемое пороговым значением, блок 8 управления переводит конечность в фазу опары: Но так как регулярные движения конечностей описываются уравнением

„У„ t,V, S,

где /п, IQ-длительности фаз переноса и опоры;

п 0 - с ко рости ф аз;

S -длина шага;

и пе|ри1од Сипнала генератора 6 равен периоду шага, тю изменение типа походки должно сопровождаться изменением длительностей фаз П ерено са и опоры, что при постояииой длине шага т|ребует вычисления соответствующих значений скоростей этих фаз. Такие вычисления для заданной походки произвадятоя в блоках 4 и 5.

|Следующая в волне пе;реноса конечНО|Сть не будет переводиться в фазу переноса до тех пор, пака с выхода блю1ка 13 тактильных датчкиов не 1придут сигналы на схему // М, соответствующие движению в фазе offiopbi всех конечностей. Если сигнал схемы 11-«О, то блок 9 запуска фиксирует сигнал генератора на достипнутом уровне, а если - «1, то оипнал генератора продолжает увеличиваться и происходит заданное по пропрамме переключение фаз движения.

При переключении каждой конечности в фазу сигнал с блоков 8 управле(ння подступает на бло1К 10 вертикального опускания К онеч1ности, обеапечивая движение этой монеч1Н10|СТ1и по вертикали к поверхности. Это дви;жение осуществляется за счет второго и третьего щарниров и преК|ратитоя при достижении поверхности по сигналу с блока 13 тактильных датчиков. ТаиЕм о разом, неровности поверхности не будут влиять на изменение фаз переноса и опоры, что .способствует поддерживанию заданного типа поход|ки.

Изменяя в произвольный момент времени ТИ1П походки на пульте 1 блоки 2-5 практически мгновенно переводят блоки 8 в режим новой походки. При этом переходной пери.од отсутствует.

такое иэманеняе может происходить при дро.иэВОлыных угловых пожажениях 1с:онеч1но1стей. Поэто м у по си1Г.нала,м с блока 12 датчиков )тл10 ВОго положения в блоке 7 ко|ррвкции текул1,ие значения угловых положений сравниваются с программно зада/ваемымй для моментов лераключемия фаз я, если они ipaiBiHH, то в бло«е 7 вырабатывается си:пнал, 1пр01пор:цио. расоогласаванию и изменяющий скорость переноса каждой ,ко неч1ности таа(, что:бы придти в .конце фазы neipeHOica в задаяиое положение.

Данное ус11рой1ст1во травления движением шагающего аппарата за счет фор.м.ироваяИЯ THina похощки по задаваемым длительностям фаз nepeHOica и опоры, а та1кже использование вертикального опускался конечности на О1порную поверхность обеспечивает 1по,ддер1жа.ние заданного типа походжи при епо перест1роен1ии и воздействии внешщ«х возбуждений в процессе движения акпарата.

Формула изобретения

Устройство управления д вижением шагающего айпарата,(содержащее пульт управления, (блок управления движением ша|рни/рюв конеч1постей, блок коррекдии, бл101к датЧИ|КЮ1В углювопо 1П Оложени Я mapinnpoB, блок тактильных датчнкопв, отличающееся тем, что, с щелью то,ддержа1Н И1я вновь заданного типа 1П1ОХОД1КИ при ее пе|рест1роении и |во;здейс11вии 1В1нешних гаозбуждений IB ироцеосе Д1В1И1жен ия, IB 1нело дополнительно В1ведены :бл1ак вычисления величин порогов, блок пороюавых элементов, блоки вычисления продолжителыностей фаз переноса и опоры, генератор линейно-нарастающего папряжения и бло;к застуюка его, логическая схема И я блак вертикального опускания конечностей, причем, один из выходов блока (вычисления величин (порогов соединен с пОСлбдавательно (включенными блоком вычисления .П(родолжзителын1ости фазы переноса и бло(кО|М (коррекции, второй выход соединен с (по(следавательно включенными бл1ОКО|М вычисления П1ро|доллдателыно1сти фазы опоры, блоком управления дзижениями ша|р«И ро1в ко1нечно1стей и 1бло1ком вертикального 0(Пуака(ния 1К1Онеч(ню1Стей, а т(ретий выхад - с одним яз (ВХОДОВ блока пороговых элементо(в, вТ10(рой вх1ад (которого .соединен с (ВЫХОДОМ генератора ли нейяо-нарастающего напряжения, а выход - с входами блока запуска генератора Л(инейно-нарастаюшего напряжения и -блока упра(вления движением ша(рниров ко;нечн(астей, второй (вход которого соединен с выходо м блока коррекции, ОД.ИН из вых1оио(в бло(ка та(ктилыных .датчиков соединен с входом блока вертикального о1пуска1Н(Ия (Конеч1НО1Стей, а другой - с последовательно вклю(ченнымИ логической схемой И, запуска и генератором линейно-нара(стающего напряжения, при этом выход блока датчиков углового положения шарниров соединен с вторым входом блока коррекции, а выходы пульта упралзленяя соединены с соот(ветст1вующими входами блока коррекции, генератора линейно-на;ра)стающего напряжения и блока вычисления величин 1порог.о1в.

(ни1к инфор1мации, принятый во внимание 1лр(И змапертизе:

1. Автор(акое (овидетельство СССР то заявке № 2350825/(, кл. А 61 F 5/02, В 62 Д 57/02, 1976 ((прототип).

i:ii

aiut.f