Original:http://robotics.cs.iastate.edu/ResearchBatting2D.shtml

Лаборатория робототехники

Отдел компьютерных наук | Университет штата Айова

Парирование объектов в цель

Попадание в полете объекта, такого как мяч или квадрат, к месту назначения - это искусный маневр, который требует много практики для человека, чтобы учиться. Для робота эта задача бросает вызов ее восприятию, планированию и контролю в той степени, в которой требуется полная координация всего за долю секунды. Задача включает в себя объект, который бросается на двухканальный робот-манипулятор с прикрепленной летучей мышью, и движение руки планируется ударить по объекту по траектории к цели.

Динамическая динамика моделирует изменение в движении летучей мыши и объекта, которое создает пост-ударное состояние объекта, которое может быть оценено с учетом ограничения полета к цели. В этой работе рассматривается двумерный удар, в котором траектории руки робота и объекта ограничены вертикальной плоскостью. Затем разрабатывается решение проблемы обратного удара, в котором желаемая траектория воздействия объекта через цель приводит к желаемому изменению ее движения во время удара и, в конечном счете, к моргнувному движению, необходимому для внесения изменения. Видео ниже демонстрирует результаты, полученные из различных экземпляров парирования.

Система парирования

Чтобы успешно выполнить задачу парирования, необходимо реализовать несколько дополнительных компонентов парирования, таких как кинематика манипулятора, механика полета и оценка движения объекта. На следующем рисунке показано, как эти компоненты работают вместе в нашей системе парирования:

Рассматриваются механика снарядов для каждого объекта, где аэродинамические эффекты сопротивления и Магнуса аппроксимируются из оценки состояния и используются для прогнозирования траектории объекта до и после удара. Кроме того, Кинематика робота в сочетании с Impact Dynamics вносит вклад в алгоритм планирования движения, который постоянно выводит желаемую совместную траекторию в руку робота.

Оценка движения

Компьютерное зрение является неотъемлемым компонентом задачи парирования, который необходим роботу для восприятия положения и ориентации объекта путем обработки изображений с камеры, в то время как оценка движения необходима для отслеживания скоростей объекта. Гибридная система оценки движения реализована путем применения метода наименьших квадратов ориентации объекта и расширенного фильтра Калмана, который рассматривает аэродинамические силы сопротивления и Магнуса. Вовлечение аэродинамики позволяет точно предсказать траекторию положения объекта до и после удара, что имеет решающее значение для того, чтобы робот выполнил задачу с достойным успехом. Между тем, наименьшая квадратичная привязка ориентации объекта дает оценку дифференцированной угловой скорости. Это объясняется отсутствием модели угловой скорости и снова позволяет улучшить прогнозирование ориентации объекта.

Фрикционное воздействие в 2D

Воздействие между летучей мышью и объектом моделируется импульсом при рассмотрении закона трения Кулона. Используется реституция на основе энергии, так что в течение короткого периода воздействия кинетическая энергия частично переносится между летучей мышью и объектом и частично теряется в виде тепла, света, звука и других видов энергии. Кроме того, при трении, рассматриваемом в соответствии с законом Кулона, состояние контакта между двумя объектами изменяется в зависимости от их скоростей и физических параметров, что приводит к комбинации скользящих, торцевых и обратных скольжений объектов. На рисунке ниже показан момент воздействия, а также два разных случая воздействия с точки зрения их импульсных кривых. Сначала объекты скользят, причем в первом случае они переходят в склеивание, а во втором случае они переходят в обратное скольжение.

Планирование воздействия

Планирование движения робота-манипулятора состоит в определении положения и скорости бита для достижения желаемого результата удара, перевода их в суставные положения и скорости с помощью обратной кинематики и повторение этого процесса, чтобы поддерживать движение робота в актуальном и точном виде. Кроме того, во время движения руки должно быть обеспечено, чтобы робот не превышал пределы положения, скорости и ускорения его суставов. Эти ограничения в совокупности с другими суммируются в общей сложности шестнадцатью ограничениями на пространство консольных состояний, которые могут выполнить задачу. Многие из этих ограничений распространяются по нескольким циклам алгоритма, так как совместные траектории руки собраны вместе, чтобы сформировать сплайн многочленов квартили. На приведенных ниже рисунках соответственно показан график совместных траекторий в течение одного цикла алгоритма и пространство состояний решений для одного экземпляра проблемы парирования.


Для получения дополнительной информации мы ссылаемся на следующие документы:


Этот материал основан на работе, поддерживаемой Национальным научным фондом в гранте IIS-1421034 .
Любые мнения, выводы, выводы или рекомендации, выраженные в этом материале, принадлежат автору (-ам) и не обязательно отражают точку зрения Национального научного фонда.

Последнее обновление: 5 апреля 2017 года.