Одной из основных задач робота общего назначения будет подъем различных грузов перед их перемещением. Важно поэтому рассмотреть процесс подъема груза. Основная проблема здесь заключается в том, что груз должен быть поднят вдоль линии, которая не проходит через основание (или ноги) робота и через его центр тяжести (ц. т.). Подобные проблемы, конечно, встреча­ются в любом подъемном устройстве, например, в подъемном кране. Тем не менее представляет интерес бегло рассмотреть Действия человекообразного робота при подъеме груза.

Ё основе общих правил подъема груза для робота Лежат два принципа. Во-первых, поднимаемый груз должен быть захвачен около основания. Во-вторых, он должен располагаться как можно ближе к основанию (или ногам) робота.

Фактически «тело» робота должно использоваться как рычаг, на котором вес поднимаемого груза уравновешивается весом тела. Руки должны быть по возможности в вертикальном положении. Точкой опоры подъемной системы рычагов является пятка или

точка на основании робота, наиболее удаленная от груза.

Соотношение между раз­личными силами выражается следующим образом:

вертикальная составля­ющая подъемной силы =

k х вес тела _=_(h + /tg0j-b ’

где 0 — угол между верти­калью и поднятой рукой (рис. 3.3); h — высота зах­вата над землей; I — расстоя-

^Пятка ние от груза до пятки;

Расстояние k и Ъ — постоянные.

So пятни Было исследовано соотно-

Рис. 3.3. Действие робота при подъеме шение между массой предме-

груза та, поднимаемого человеком,

и высотой, на которую чело­век может поднять его без вреда для себя и утомления. В результате была получена довольно сложная кривая зависимости массы от высоты. Однако для того чтобы обеспечить роботу способность вы­полнять работу, доступную человеку, необходимо только приблизи­ться к этим экспериментально определенным ‘ характеристикам.

Автором предлагается приближенная формула, выражающая соотношение между максимальной массой М (кг) и высотой Я (м), на которую она может быть поднята человеком:

УИ24- 1600Я2 = 3600.

Это соотношение дает для максимальной массы груза, который можно едва оторвать от пола, величину 60 кг, и для максималь­ной высоты, на которую можно поднять любой груз, — 1,5 м. Ясно, что последняя цифра явно занижена для любого нормаль­ного человека. Однако простота приведенного соотношения де­лает его удобным хотя бы для установления первоначальных требований к роботу.

Было высказано предположение, что график зависимости движения искусственной конечности от среднего значения сигнала, поступающего от нерва, не является прямой линией. На самом деле он имеет вид двух кривых. Прямая, проходящая через на­чало координат графика сигнал—сила, получается при медлен­ном изменении силы, вызывающей движение. При быстром дви­жении, если сигнал от нерва превосходит некоторую величину, на графике появляется другая линия, которая в данном случае не проходит через начало координат.

Рассмотрев оба направления движения конечности, приходим к характеристике, показанной на рис. 3.4. В электронном управ-

Положительная сила

Рис. 3.4. Характеристика мертвого Рис. 3.5. Транзисторная схема хода мертвого хода

ляющем устройстве простая диодная схема мертвого хода может легко реализовать приведенный вид характеристики для целей сервоуправления. Оказалось, однако, что более сложные тран­зисторные схемы мертвого хода дают преимущества при исполь­зовании их в протезных устройствах.

Типичная транзисторная схема для моделирования мертвого хода [21, 22] представлена на рис. 3.5. В этой схеме выходное напряжение может только медленно изменяться при небольших изменениях амплитуды входного сигнала из-за эффективного сглаживающего RC-звена, включенного на пути прохождения сигнала от входа к выходу. Однако при внезапном изменении входного напряжения более чем на 30% конденсатор быстро за­ряжается или разряжается транзисторами. Ценное качество этой схемы заключается в чрезвычайно низкой величине и постоянстве потребляемой энергии.

Схема мертвого хода, представленная на рис. 3.5, использо­валась в протезах для исключения влияния флуктуаций входного сигнала от нервных волокон человека. В целях экономии аккуму-

ляторной батареи в протезах применялись и другие варианты схем мертвого хода и гистерезиса, которые будут описаны ниже. В качестве примера на рис. 3.6 приведена полная характеристика зависимости выходной силы от входного сигнала для типичного протезного устройства. Пока сигнал не превышает некоторую пороговую величину, реакция на выходе отсутствует, и затем

Положительная сила

Положительный сигнал

Отрицательный сигнал

Отрицательная сила Рис. 3.6. Характеристика сила — входной сигнал для типичного протез­ного устройства

линейно зависит от амплитуды сигнала. При изменении поляр­ности входного сигнала возни­кает эффект гистерезиса, вводи­мый для того, чтобы избежать неустойчивости. В устройство мертвого хода включена схема задержки, так что выход линеен при очень быстрых изменениях сигнала на входе. Это позволяет осуществлять быстрые движе­ния в обоих направлениях.

Устройства мертвого хода иногда могут использоваться для ограничения действия по­мех, возникающих, например, при колебаниях частоты напря­жения питающей сети. Тем не менее, как и любое другое пере­движное устройство, робот желательно оснащать большим ко­личеством узкополосных фильтров для подавления сигналов питаю­щей частоты, которые могут служить серьезной помехой в работе подвижного устройства.

Проблемы износа, его уменьшения и предотвращения также весьма важны [25]. Подчеркнем еще раз, что роботостроители могут многому научиться из опыта инженеров, работающих над искусственными конечностями.