О кафедре Наука Содержание 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)

Цель проекта — разработка методов управления движением подводных шагающих роботов в условиях неполного и неоднозначного представления о текущей ситуации.

В проекте рассматриваются шагающие роботы с движителями циклового типа. Такой движитель состоит из кинематически связанных цикловых механизмов шагания, работающих в противофазе. В каждый момент времени хотя бы одна из ног движителя находится в опорной фазе. Коэффициент режима циклового движителя равен 1. Использование цикловых движителей позволяет не заботиться о сохранении походки и устойчивости и исключает необходимость системы адаптации. В результате машины имеют минимальное число управляемых приводов и становятся существенно проще, надежнее и на порядок дешевле аналогов с адаптивным управлением. Например, движитель подводного робота МАК-1 (рис. 1), разработанного исполнителями проекта, состоит из 3 кинематически связанных цикловых механизмов шагания, расположенных вдоль борта. Крайние механизмы шагания работают синфазно, а средний в противофазе. Движители каждого борта имеют независимые привода. В результате робот имеет всего лишь 2 управляемые степени свободы. Конечности робота Crabster CR200 (Южная Корея), для сравнения, насчитывают 30 управляемых приводов. Для полной реализации возможностей циклового движителя по профильной проходимости и адаптивности в механизмах шагания МАК-1 реализована возможность корректировки программных движений ног. Она достигнута путем введения в механизм дополнительной дискретно управляемой степени свободы. Управление осуществляется аналогично переключению передач и сводится к смещению точек подвеса ног. В результате происходит трансформация траектории опорных точек из маршевого режима движения в режимы специального маневрирования с увеличенной высотой и длиной шага. Движитель при этом остается одностепенным.

Рисунок 1 — Подводный шагающий аппарат МАК-1 (ВолгГТУ, Россия)

Шагающий аппарат МАК-1 превосходит лучшие зарубежные аналоги по скорости и маневренности. Рекорд скорости робота Crabster CR200 – 0,5 узлов (около 0,9 км/ч). 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 первом этапе проекта проведено построение математической модели шагающего робота как объекта управления. На втором этапе проекта осуществлялась разработка системы нечеткого управления поведением шагающего робота в подводных условиях. Проведена формализация задачи управления подводным шагающим роботом в условиях неполного и неоднозначного представления о текущей ситуации. Разработана база правил, основанных на использовании нечеткого представления информации и нечеткой логики, определяющих стратегию управления подводным шагающим роботом при преодолении локальных препятствий с заранее не определенными параметрами. Проведен интерактивный анализ поведения системы управления в типовых ситуациях при помощи программной модели объекта управления. Проведена экспериментальная проверка полученных результатов на базе подводного шагающего робота МАК-1 в условиях водных объектов Волго-Ахтубинской поймы (рис. 2, 3).

Рисунок 2 — Испытания подводного шагающего аппарата МАК-1

Рисунок 3 — Исследование характеристик дна с бортовых видеокамер подводного аппарата

Результаты проекта могут быть востребованы при разработке подводных шагающих машин и роботов предназначенных для мониторинга состояния подводной среды, подводно-технических работ, новых промышленных технологий освоения ресурсов морского дна, обеспечения антитеррористической и техногенной безопасности объектов подводной инфраструктуры и др. работ. В Волгоградской области шагающие подводные аппараты могут найти применение при решении проблем обеспечения экологической безопасности и рационального природопользования уникального природного объекта – Волго-Ахтубинской поймы. Например, их можно использовать для определения параметров дна проток и ериков, определяющих силу гидравлического трения (рельеф дна, тип донного грунта, свойства подстилающей поверхности, придонное течение и т.п.), которые являются базовыми при решении оптимизационной задачи управления паводковым гидрологическим режимом для эколого-экономической системы «Волжская ГЭС – Волго-Ахтубинская пойма».