Кафедра 'Теоретическая механика'

Русская версия О кафедре Наука Содержание
English version Студентам Сотрудники

Исследования по созданию автономного мобильного робота с шагающими ортогональными движителями

Номер проекта РФФИ №12-08-00301-а

Авторы разработки: Жога В.В., Скакунов В.Н., Гаврилов А.Е., Андреев А.Е., Голубев Д.В., Филимонов А.В., Богатырев В.С., Серов В.А., Шурыгин В.А.

Мобильные роботы, оснащённые манипуляторами, применяются для мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, ликвидации чрезвычайных ситуаций. Подавляющее большинство мобильных роботов имеют колёсный или гусеничный движитель. Однако имеют место эксплуатационные ситуации, когда использование подобных движителей невозможно. Использование шагающего способа передвижения даёт качественный рост ряда основных эксплуатационных показателей мобильных роботов по сравнению с колёсными и гусеничными. В частности, имеют место более высокие возможности по адаптации к неровностям опорной поверхности, принципиально более высокая профильная проходимость и манёвренность, допускающая перемещение машины в произвольном направлении и повороты на месте, возможность работы на грунтах с низкой несущей способностью, возможность управления опорными реакциями и стабилизации положения корпуса при движении. Применение шагающих движителей позволяет роботу перемещаться внутри помещений, в узких коридорах и дверных проемах, по лестничным маршам, совершать маневрирование в ограниченном пространстве. Перспективы применения роботов, передвигающихся с помощью шагающих движителей, определяются, в частности, и их энергетической эффективностью. Применение шагающих движителей снижает разрушающее воздействие на плодородный слой почвы.

Обычно на роботе устанавливаются манипуляторы, представляющие собой цепь последовательно соединённых звеньев. Такие манипуляторы имеют низкий показатель грузоподъёмности, характеризуются высокими статическими и динамическими ошибками. Одним из способов преодоления этих недостатков является использование манипулятора – трипода с параллельной кинематикой.

На (рис.1) изображена робототехническая система состоящая из мобильного робота, оснащённого манипулятором – триподом.

Робот состоит из верхнего корпуса 1, связанного механизмом поворота с нижним корпусом 2. С каждой из частей корпуса связаны две пары направляющих, изготовленные в виде шлицевых валов с шариковой гайкой LBST30 DD CL, с ходом 942 мм и 1042 мм, с приводами горизонтального перемещения. В качестве приводов горизонтального перемещения и привода поворота используются приводы компании «Maxon motors». Каждый из приводов включает серводвигатель RTG060, планетарный редуктор, тормоз, датчик положения (энкодер HEDL9140, 500имп/об).

Крутящий момент на валу привода горизонтального перемещения – 4 Нм; угловая скорость – 425 об/мин. Максимальный момент на валу привода поворота - 34 Нм; угловая скорость выходного вала - 17 об/мин.

Мобильный робот с шагающими движителями и манипулятором–триподом. Схема

Рис. 1 Мобильный робот с шагающими движителями и манипулятором–триподом

На концах штанг смонтированы приводы вертикальной адаптации робота к опорной поверхности. В качестве привода используются линейные актуаторы CAT33Hх400х4AG1F, «SKF group». Динамическая нагрузка привода опорных стоек – 500 Н; скорость – 0,174 м/с; ход – 400 мм. Питание робота осуществляется от аккумуляторных батарей напряжением 24 В.

Робот снабжен датчиками определения момента касания опорными стойками поверхности; датчиками перемещения направляющих, инфракрасными дальномерами, двухосевым инклинометром и видиокамерами.

В работе рассматриваются варианты схемной реализации блоков управления линейными приводами с двигателями постоянного тока. Реализованы два варианта систем управления приводами. В первом используется распределенная система, построенная на типовых модулях с микроконтроллерами ARM 7/9, а во втором – централизованная структура на базе промышленного компьютера Rigid 730. Выбор микропроцессорных средств зависит от характеристик приводов и конструкционных особенностей механической части и сложности задач, решаемых сенсорной системой. К ним относятся, в частности, управление скоростью перемещения опор при касании с поверхностью, горизонтирование робота и другие.

Режим супервизорного управления поддерживается системой технического зрения на основе сенсорного контроллера XtionPROLive и набором ультразвуковых и инфракрасных датчиков, подсистемой геопозиционирования. Измерительная информация передается на управляющую ЭВМ с помощью Wi-Fi модуля.

По материалам исследования опубликовано 40 статей в научных журналах и сборниках, получено два патента на изобретение (№2476372 «Аварийно-спасательная машина», №2435693 «Шагающий движитель повышенной проходимости»), патент на полезную модель (№87404 «Шагающий движитель для перемещения по местности со сложным рельефом») и два свидетельства на программу для ЭВМ (№ 2013614100, № 2013615220).

[ВолгГТУ] [О кафедре] [Home]

Разработчик сайта Александр Малолетов
Контактный телефон/факс (8442) 24-81-13
Дата последнего обновления 12 декабря 2013 г.