Maszyny kroczące. Podstawy, projektowanie, sterowanie i wzorce biologiczne

Książka dotyczy robotów, które chodzą, czyli maszyn kroczących – przemieszczających się i działających w naturalnym otoczeniu bez pomocy człowieka. Tego rodzaju maszyny są wykorzystywane do prac w warunkach niebezpiecznych oraz trudno dostępnych dla ludzi i pojazdów kołowych: gaszą pożary, wyszukują miny, dokonują inspekcji w elektrowniach atomowych oraz wchodzą do kraterów aktywnych wulkanów. Roboty te, w odróżnieniu od robotów przemysłowych, pomagają również człowiekowi w usługach: opiece nad dziećmi, ludźmi starszymi oraz niepełnosprawnymi.
Podręcznik zawiera podstawową wiedzę na temat wspomnianych maszyn kroczących. Omawia ich projektowanie, sterowanie (programowanie), a także przedstawia ich wzorce biologiczne.
Wydanie drugie zostało uzupełnione przez autorkę o rozdział na temat robotów dwunożnych, tzw. bipedów.
Pozycja przeznaczona jest dla studentów kierunków: automatyka, robotyka oraz informatyka. Będzie również przydatna pracownikom naukowym i inżynierom mechanikom, elektrykom, elektronikom oraz informatykom specjalizującym się w robotyce.

Spis treści

Przedmowa 7 Wykaz ważniejszych oznaczeń 9 1. Szkic historyczny i podstawowe wiadomości 11 1.1. Historia 11 1.2. Klasyfikacja maszyn kroczących 16 1.3. Terminologia 19 1.3.1. Chody 19 1.3.2. Stabilność 26 1.4. Przykład wstępnej analizy chodu 30 2. System mechaniczny 36 2.1. Wprowadzenie 36 2.1.1. Cel projektowania 36 2.1.2. Części składowe systemu 37 2.2. Geometria urządzenia 38 2.2.1. Nogi 38 2.2.2. Stopy 45 2.3. Wpływ geometrycznych proporcji i masy urządzenia na wydatki energetyczne chodu 48 2.4. Obliczanie mocy silników 53 2.4.1. Wiadomości ogólne 53 2.4.2. Obliczanie mocy silników maszyn kroczących 59 3. System sterujący i czujniki 62 3.1. Wprowadzenie 62 3.2. Sprzężenie zwrotne 63 3.3. Profil prędkości silnika 67 3.4. Dobór nastaw regulatora 70 3.5. Sprzęt i narzędzia programowe 72 3.6. Czujniki 75 3.7. Struktura oprogramowania 80 4. Planowanie ruchu 85 4.1. Kinematyka nogi 85 4.1.1. Wprowadzenie 85 4.1.2. Zadanie proste kinematyki 87 4.1.3. Zadanie odwrotne kinematyki 88 4.2. Trajektoria ruchu końca nogi 90 4.2.1. Rozważania ogólne 90 4.2.2. Trajektoria ruchu końca nogi przy zmianach kierunku ruchu 95 4.3. Trajektoria ruchu maszyny 100 4.4. Synteza chodu 103 5. Adaptacja ruchu do właściwości podłoża i warunków otoczenia 109 5.1. Wprowadzenie 109 5.2. Sterowanie pozycyjno-siłowe 111 5.3. Odkształcenie podłoża pod wpływem siły 113 5.4. Problem rozkładu sił reakcji 118 5.4.1. Wprowadzenie 118 5.4.2. Układy współrzędnych i oznaczenia 119 5.4.3. Warunki równowagi sił i momentów sił 120 5.4.4. Modele uproszczone 122 5.4.5. Przykład 125 6. Generowanie chodu — wzorce biologiczne 133 6.1. Wprowadzenie 133 6.2. Generator chodu 133 6.2.1. Struktura biologiczna i modele matematyczne 133 6.2.2. Generator chodu owadów 138 6.2.3. Generator chodu ssaków 145 6.3. Mechanizmy zachowań 146 6.4. Rodzaje zachowań 149 7. Roboty dwunożne 152 7.1. Początki robotów humanoidalnych 152 7.2. Prawo Punktu Zerowego Momentu 156 7.3. Wykorzystanie Prawa Punktu Zerowego Momentu do syntezy chodu 158 7.4. Zastosowanie Prawa Punktu Zerowego Momentu do korekty postury w czasie ruchu 162 7.5. Cechy chodu człowieka 162 7.6. Uproszczone modele chodu 165 7.7. Synteza ruchu robota dwunożnego 169 Podsumowanie 172 Literatura 174 Skorowidz 182