Плавное серво движение для ползущего робота

Некоторое время назад я сделал маленького робота-гусеничного робота, у которого было две ноги с двумя степенями свободы каждая, итого 4 сервопривода RC. Когда я программировал движение ног, я заметил, что они двигались довольно жестко. Имеет смысл, что внутренний контроллер RC-сервопривода будет очень быстро реагировать на команды позиционирования, но я хотел, чтобы мой гусеничный ход двигался так, чтобы он казался немного более плавным и реалистичным.

Моим решением было создать кубическую функцию времени, которая описывает путь сервоприводов, а затем установить их положение с небольшими приращениями времени, что привело к более плавному движению. По сути, я решил коэффициенты в кубическом уравнении, используя временной интервал, начальную и конечную позиции сервопривода, а также начальную и конечную скорости, по которым сервопривод должен двигаться (что является производной от позиции): $a_i$

Решите для , , и : $a_0$ $a_1$ $a_2$ $a_3$

п о s я T я о N (T) знак равно a_{0} + a_{1} T + a_{2} T^{2} + a_{3} T^{3}

$position(t) = a_0 + a_1t + a_2t^2 + a_3t^3$

р a T е (T) знак равно п о s я T я о N^{'} (T) знак равно a_{1} + 2 a_{2} T + 3 a_{3} T^{2}

$rate(t) = position'(t) = a_1 + 2a_2t + 3a_3t^2$

Дано: $position(0)$ , $position(t_f)$ , $rate(0)$ , $rate(t_f)$

Я установил скорость сервопривода между парой движений равной нулю, если движения были в противоположных направлениях, и положительной или отрицательной, если движения были в положительном или отрицательном направлении, соответственно.

Это работало довольно хорошо, но это решение ограничено несколькими способами. С одной стороны, трудно решить, какими именно должны быть скорости между движениями в одном направлении. Я использовал среднее значение уклонов впереди и сзади определенной позиции между движениями, но мне не ясно, что является оптимальным. Во-вторых, кубические кривые могут привести сервопривод в положение вне диапазона положений в начале и в конце движения, что может быть нежелательным. Например, в некоторой точке в течение временного интервала кривая может заставить сервопривод выйти за пределы второй позиции или ниже первой позиции. В-третьих, генерация кривой здесь не учитывает максимальную скорость, которую может разворачивать сервопривод, поэтому кривая может иметь сервопривод, движущийся со скоростью, которая нереальна. С этим,

Пренебрегая этой последней проблемой, эти проблемы могут быть решены путем увеличения степени полинома и добавления ограничений для решения коэффициентов, но теперь я начинаю задумываться ...

Есть ли лучший способ сделать серво движение более плавным и более реалистичным?

otherservos kinematics

— Robz
источник

Код должен был быть относительно простым. Можете ли вы рассказать больше о том, почему это было связано?

— DaemonMaker

Вы правы, код был довольно простым, хотя полученный метод управления сервоприводами был более сложным, чем раньше. Я отредактировал свой вопрос, чтобы вместо него включить описание ограничений этого метода.

— Робз

NURBS , неоднородные рациональные B-сплайны, могут выполнять эту работу

— Джеймс Уолдби - jwpat7

@ jwpat7 спасибо за ваш вклад, но я не думаю, что NURBS сработает, потому что эти кривые не гарантируют попадание в поставленные точки

— Robz

Это так же просто, как понизить коэффициент ?

K_{p}

$K_p$

— Ян

Ответы:

Генерация профиля движения

В прошлом я использовал генератор профилей движения для решения этой проблемы. Чтобы использовать его, вам понадобятся желаемое целевое положение (заданное значение), максимальная скорость и значения ускорения, связанные с вашими двигателями. Он работает путем интегрирования трапециевидной кривой скорости, чтобы получить плавный профиль положения. S-образная кривая может использоваться, если движение должно быть еще более плавным. Ссылка на статью, объясняющую профилирование движения .

Предварительная фильтрация заданного значения

Помимо маршрута профилирования движения, вы можете попробовать просто пропустить низкочастотную фильтрацию команды к сервоприводам. Этот тип фильтрации заданных значений замедлит ваш ответ, но также сгладит его, и его легко реализовать. Частоту среза нужно будет выбирать так, чтобы она поддерживала полосу пропускания вашей системы (чтобы она не отфильтровывала желаемое движение). Реализация простого фильтра нижних частот в C

— ddevaz
источник

+1: определенно генерация профиля движения.

— Гай Сиртон

Я думаю, что вопрос касается такого рода устройства: RC сервопривод

Обычно это не очень высокая производительность, поэтому они не смогут хорошо отслеживать сгенерированный профиль движения. Большинство коммерческих систем управления двигателем используют S-кривую для движения точка-точка (см. Ответ @ ddevaz), которые создают кусочный профиль, где каждый сегмент использует свое уравнение. Ваша проблема заключается в том, что для того, чтобы ваш двигатель отслеживал сгенерированный профиль, у вас, вероятно, будет очень «медленный» профиль. В противном случае в профиле, который вы пробуете и подаете команду на устройство, будет большая ошибка положения по сравнению с фактическим положением устройства.

В идеале вам понадобится какая-то обратная связь, на которую вы можете смотреть во время выполнения движения, чтобы вы могли видеть, насколько хорошо устройство отслеживает команду. С практической точки зрения, если вы хотите значительно лучшего движения, вам могут потребоваться разные двигатели и другое управление двигателем.

— Гай Сиртон
источник