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, в сравнении с гусеничными и колесными машинами, 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 рассматриваются многоногие шагающие роботы с цикловыми движителями, построенными на базе механизмов шагания с одной управляемой степенью свободы. Такой движитель состоит из двух (или более) механизмов шагания, циклового типа, кинематически жёстко связанных и работающих в противофазе. В результате в любой момент времени хотя бы один из механизмов шагания движителя находится в опоре на грунт. Использование цикловых движителей позволяет не заботиться о сохранении походки и устойчивости и исключает необходимость управляемой системы адаптации. В результате машины имеют минимальное число управляемых степеней свободы и становятся существенно надежнее, проще и на порядок дешевле аналогов с адаптивным управлением. Например, шагающие движители подводного робота МАК-1 имеют всего лишь 2 управляемые степени свободы. Конечности робота Crabster CR200 (Южная Корея), для сравнения, насчитывают более 30 управляемых приводов.

На первом этапе Проекта исследованы особенности динамики глубоководных шагающих роботов передвигающихся по дну. В 2017 году на втором этапе Проекта проведены исследования по разработке методов взаимодействия подводных шагающих роботов с человеком-оператором. Проведена экспериментальная проверка полученных результатов математического моделирования в условиях реальных водных объектов на базе подводного шагающего робота МАК-1 (рис. 2). Аппарат разработан исполнителями Проекта для оптимизации параметров механизмов шагания и отработки методов управления движением шагающих робототехнических систем передвигающихся по дну. В ходе подводных испытаний исследовалась динамика шагающего робота и отрабатывались методы взаимодействия подводного шагающего робота с человеком-оператором.

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

Результаты подводных испытаний показали, что шагающий аппарат 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 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.

На заключительном этапе Проекта предполагается разработать методы синтеза глубоководных шагающих роботов различных типоразмеров для разных скоростных диапазонов их передвижения. Особое внимание планируется уделить подводным роботам «тяжелой» весовой категории. В настоящее время такие подводные роботы находят применение в качестве самоходных добычных модулей при разработке глубоководных месторождений твердых полезных ископаемых.

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 11 января 2018 г.