Кафедра 'Теоретическая механика'

Русская версия О кафедре Наука Содержание
English version Студентам Сотрудники

15-41-02451 р_поволжье-а

Разработка методов управления движением подводного шагающего робота в условиях неполного и неоднозначного представления о текущей ситуации

(проект РФФИ № 15-41-02451 р_поволжье-а, руководитель В.В. Чернышев)

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы механики, связанной с разработкой теории движения мобильных роботов. Цель проекта — разработка методов управления автономным движением подводных шагающих роботов в условиях неполного и неоднозначного представления о текущей ситуации, основанных на использовании нечеткого представления информации и нечеткой логики.

На первом этапе проекта в 2015 году проведено построение математической модели шагающего робота как объекта управления. Разработана обобщенная динамическая модель шагающего робота в виде системы твердых тел — корпуса и механизмов шагания, побортно объединенных в шагающие движители, периодически взаимодействующих с вязкоупругой средой. Полученная обобщенная математическая модель легко трансформируется в более простые модели для решения частных задач. Проведено моделирование динамики управляемого движения шагающего аппарата при маневрировании и преодолении локальных препятствий. Определенное внимание уделено поиску новых технических решений, направленных на повышение возможностей подводного шагающего робота по самоадаптации и самоуправлению. Проведена экспериментальная проверка результатов математического моделирования. Она осуществлялась в условиях реальных водных объектов Волго-Ахтубинской поймы на базе подводного 6-ти ногого шагающего робота МАК-1 (рис. 1). Аппарат разработан исполнителями проекта для оптимизации на стадии проектирования параметров механизмов шагания и отработки методов управления движением шагающих робототехнических систем передвигающихся по дну.

Подводный шагающий аппарат МАК-1

Рисунок 1 — Подводный шагающий аппарат МАК-1

В ходе подводных экспериментов исследовалась динамика шагающего аппарата в различных режимах движения, а также изучалось влияние конструктивных особенностей шагающего движителя на его тягово-сцепные свойства и проходимость. Использовался адаптированный к подводным условиям метод, основанный на видеосъемке процесса движения аппарата с последующей покадровой обработкой видеозаписи на ЭВМ (рис. 2).

Покадровая обработка видеозаписи заключалась в определении положения меток расположенных на ногах и корпусе аппарата, относительно любого естественного ориентира попавшего в кадр. Это позволяло определить закон движения корпуса и ног и скорость буксования стоп. Уровень энергозатрат оценивался по току питающей сети.

Покадровая обработка на ЭВМ видеозаписи процесса движения подводного шагающего робота МАК-1

Рисунок 2 — Покадровая обработка на ЭВМ видеозаписи процесса движения:
1 — метки корпуса робота; 2, 3 — метки ног; 4 — естественный ориентир

Испытания подтвердили превосходство шагающих машин по тягово-сцепным свойствам и проходимости в сравнении с традиционными транспортными средствами.

При выполнении проекта также изучалась возможность использования подводных шагающих роботов в прикладной области. В частности, прорабатывалась возможность их использования для изучения характеристик дна (рис. 3).

Исследование характеристик дна по визуальной информации поступающей с бортовых видеокамер подводного аппарата МАК-1

Рисунок 3 — Исследование характеристик дна по визуальной информации поступающей с бортовых видеокамер подводного аппарата МАК-1

Полученные результаты могут быть востребованы при проектировании шагающих машин и роботов, предназначенных для проведения подводно-технических работ. В частности, они могут найти применение при решении проблем обеспечения экологической безопасности и рационального природопользования уникального природного объекта — Волго-Ахтубинской поймы. Такие подводные роботы можно использовать для определения параметров, определяющих силу гидравлического трения между жидкостью и дном (рельеф дна водоемов, свойства подстилающей поверхности, придонное трение и т.п.), которые являются базовыми при решении оптимизационной задачи управления паводковым гидрологическим режимом для эколого-экономической системы «Волжская ГЭС – Волго-Ахтубинская пойма».

[ВолгГТУ] [О кафедре] [Home]

Разработчик сайта Александр Малолетов
Контактный телефон/факс (8442) 24-81-13
Дата последнего обновления 21 января 2016 г.