Кафедра 'Теоретическая механика'

Русская версия О кафедре Наука Содержание
English version Студентам Сотрудники

16-08-01109-а

Теоретические и экспериментальные исследования динамики управляемого движения глубоководных шагающих роботов передвигающихся по дну

(проект РФФИ № 16-08-01109-а, руководитель В.В. Чернышев)

Изучение и промышленное освоение ресурсов морского дна требует специальных подводно-технических средств. Проект направлен на создание необитаемых мобильных шагающих робототехнических систем передвигающихся по дну. Существующие машины передвигающиеся по дну (подводные бульдозеры, самоходные донные добычные агрегаты, кабелеукладчики и др.) имеют, как правило, гусеничный движитель. Однако условия морского дна, характеризующиеся низкой несущей способностью грунтов и сложным рельефом, зачастую делают малоэффективными традиционные машины. Шагающий способ передвижения представляются более подходящим для донных работ. Шагающие машины и роботы обладают более высокими возможностями по грунтовой и профильной проходимости. Также имеет место снижение затрат тягового усилия на сопротивление движению — для шагающих движителей, в отличие от колесных и гусеничных, грунт не является препятствием для передвижения, а лишь требует необходимых затрат мощности на его прессование.

Цель Проекта — разработка, на базе моделирования динамики шагающих роботов при их движении подводной среде и испытаний в условиях реального дна подводного шагающего робота МАК-1 (рис. 1), методов оптимизационного синтеза глубоководных шагающих робототехнических систем передвигающихся по дну.

а) Подводный шагающий аппарат МАК-1 б) Конструктивная схема подводного шагающего аппарата МАК-1

Рисунок 1 — Подводный шагающий робот МАК-1 (а) и его конструктивная схема (б):
1 — шагающие опоры (шагающие модули); 2 — несущие балки; 3 — бортовой электропривод в водозащищенных боксах; 4 — механизмы шагания; 5, 6 — механизм смещения точек подвеса механизмов шагания и его линейный электропривод, соответственно; 7 — стопы

В рамках Проекта рассматривались шагающие роботы с движителями циклового типа. Такой движитель состоит из цикловых механизмов шагания (ног) кинематически связанных и работающих в противофазе. В результате в любой момент времени хотя бы одна из ног движителя находится в опорной фазе. Использование цикловых движителей позволяет не заботиться о сохранении походки и устойчивости и исключает необходимость управляемой системы адаптации. В результате машины имеют минимальное число управляемых приводов и становятся проще, надежнее и на порядок дешевле аналогов с адаптивным управлением. Например, движители 6-ти ногого робота МАК-1 имеют всего лишь 2 управляемые степени свободы. Конечности 6-ти ногого подводного робота Crabster CR200 (Южная Корея), для сравнения, насчитывают более 30 управляемых приводов.

В ходе выполнения проекта исследованы особенности динамики управляемого движения глубоководных шагающих роботов передвигающихся по дну. Осуществлена разработка ряда методов взаимодействия подводных шагающих роботов с человеком-оператором. Разработаны методы оптимизационного синтеза подводных шагающих роботов различной весовой категории. Проведена экспериментальная проверка результатов математического моделирования в условиях реальных водных объектов. Испытания проводились на Белом море, на водных объектах Волго-Ахтубинской поймы и на озере Байкал (рис. 2).

а) Испытания подводного шагающего аппарата МАК-1 б) Испытания подводного шагающего аппарата МАК-1
в) Испытания подводного шагающего аппарата МАК-1 г) Испытания подводного шагающего аппарата МАК-1

Рисунок 2 — Испытания подводного шагающего аппарата МАК-1 (Россия)

Результаты подводных испытаний показали, что МАК-1 превосходит известные аналоги с движителями адаптивного типа, например шагающий робот Crabster CR200, по скорости и маневренности. Максимальная скорость передвижения робота МАК-1 под водой уже сейчас составляет 3–5 км/ч и может быть увеличена, при необходимости, до 7–10 км/ч. Аппарат не требует энергозатрат на удержание веса машины, его грузоподъемность, в отличие от Crabster CR200, не зависит от мощности привода и ограничена лишь прочностью ног. Также аппарат проще в управлении и превосходит аналоги с движителями адаптивного типа по длине и высоте шага и по тяговым возможностям. Вместе с тем, МАК-1 пока уступает роботу Crabster CR200 по сенсорным и навигационным возможностям и необходимо их существенное усиление.

Совместный анализ теоретических и экспериментальных результатов позволил разработать ряд инженерных методов расчета шагающих роботов передвигающихся по дну. Результаты проекта могут быть востребованы при разработке шагающих машин и роботов, предназначенных для подводно-технических работ, для новых промышленных технологий освоения ресурсов морского дна, для обеспечения антитеррористической и техногенной безопасности объектов подводной инфраструктуры и др. работ.

[ВолгГТУ] [О кафедре] [Home]

Разработчик сайта Александр Малолетов
Контактный телефон/факс (8442) 24-81-13
Дата последнего обновления 14 марта 2019 г.