В робототехнике один контроллер принимает решение, а другой следит за его выполнением. Один, командный, вырабатывает общую стратегию поведения, а другой – исполнительный, выполняет одну из текущих частных задач, из которых складывается картина всей общей стратегии командного контроллера. Путь к успеху – это правильная стратегия, помноженная на правильное её исполнение.
Сервоприводы – это мускулы любой системы, превращающие команды в реальное действие.
Сервопривод состоит из электродвигателя, редуктора и платы управления углом поворота выходного вала редуктора, на которой базируется тот самый исполнительный контроллер.
Каждый сустав робота должен точно выполнить команду, подаваемую в виде набора отдельных (дискретных по времени) цифровых значений угла вала редуктора и, если эти значения отобразить на графике, где горизонтальная ось (ось абсцисс) – это время, а вертикальная ось (ось ординат) – это значения команд, то получим набор точек, определяющих график кривой задания. Построим ещё один подобный график, но по вертикальной оси отложим показания датчика угла выходного вала сервопривода, получим график кривой выполнения задания.
Как оценить качество работы сервопривода? Качество работы сервопривода оценивается качеством совпадения графика кривой выполнения задания с графиком кривой самого задания.
Но тогда как подобрать некоторый набор тестовых заданий, качественное выполнения которых гарантировало бы качественное выполнение любого задания?
Известно, что любую дискретную по времени функцию
на ограниченном отрезке времени можно представить в виде конечного ряда Фурье, то есть если не вдаваться в подробности, одна из форм ряда Фурье будет иметь вид:
Замечу, что преобразование Фурье приведено здесь без лишних подробностей, но если остались вопросы и есть желание добиться легкого понимания, то советую посмотреть потрясающий ролик на эту тему "Самый важный алгоритм в истории" или кусочек видео с объяснением преобразования Фурье.
На рисунке ниже изображена, разработанная мной и моими коллегами, структура сервопривода, с так называемым "всечастотным" векторным управлением. Термин "всечастотный" говорит о том, что синусоидальный тестовый сигнал будет качественно воспроизведён на всём диапазоне рабочих частот. В данном примере, изображенный на рисунке "low pass filter" (фильтр низких частот) задаёт ограничение рабочих частот приблизительно до 30 герц. Под рисунком и в начале статьи приведены ссылки на видеозаписи двух экспериментов по воспроизведению тестового сигнала с частотой 1 и 5 герц.
А в данный момент мы занимаемся внедрением нашей разработки.
