ФОРМИРОВАНИЕ БАНКА ПОХОДОК ПОЛЗАЮЩЕГО ПОИСКОВОГО РОБОТА С УПРАВЛЯЕМЫМ ТРЕНИЕМ В ОПОРАХ

  • Людмила Юрьевна Ворочаева Юго-Западный государственный университет
  • Сергей Игоревич Савин Университет Иннополис
Ключевые слова: ползающий поисковый робот, режимы управления, банк походок, инерционные походки, управляемые походки, комбинированные походки, управление трением

Аннотация

В работе рассматривается трехзвенный ползающий змееподобный робот, звенья которого последовательно соединены друг с другом двухкоординатными шарнирами. Робот оснащен четырьмя опорами с управляемым коэффициентом трения между ними и поверхностью. Устройство предназначено для передвижения внутри зданий после чрезвычайных происшествий с целью поиска под завалами людей и транспортировки им предметов первой необходимости. Движение робота осуществляется при управлении оператором в двух режимах: последовательном выполнении команд (вперед, назад, поворот и т. д.) и перемещении из начальной точки в конечную. Для работы в каждом из режимов управления требуется использование банка походок устройства.

Разработаны классификации походок ползающего робота по нескольким критериям: по возможности периодического отрыва звеньев от поверхности, по возможности управления трением в опорах, по комбинациям управляемых опор, по типу реализуемого движения устройства. Детально рассмотрены управляемые плоские походки робота при перемещении его вперед, выделено четыре типа походок: продольная, поперечная, поперечная s-образная, продольно-поперечная. Для каждой походки разработана последовательность этапов, сформулированы условия их начала и завершения, накладываемые на движения звеньев связи, определен вектор обобщенных координат.

В результате численного моделирования построены графики траекторий центров масс звеньев и центра масс всего устройства для каждой походки, а также графики временных зависимостей углов поворота звеньев. Установлено влияние углов взаимного расположения звеньев на преодолеваемое роботом расстояние. Выявлено, что за одно и то же время движения робот пройдет наибольшее расстояние при продольной походке независимо от углов взаимного расположения звеньев, это же расстояние устройство сможет преодолеть при двух видах поперечных походок при максимально возможном угле взаимного расположения звеньев.

Биографии авторов

Людмила Юрьевна Ворочаева, Юго-Западный государственный университет

кандидат технических наук, доцент кафедры механики, мехатроники и робототехники

Сергей Игоревич Савин, Университет Иннополис

кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории мехатроники, управления и прототипирования

Литература

Conkur E.S., Gurbuz R. Path Planning Algorithm for Snake-Like Robots // Information Technology and Control. 2008. Vol. 37. № 2. P. 159–162.

Takemori T., Tanaka M., Matsuno F. Gait Design for a Snake Robot by Connecting Curve Segments and Experimental Demonstration // IEEE Transactions on Robotics. 2018. № 9. Р. 1–8.

Fu Q., Mitchel T., Yi N., Gart S., Li C. Snake robot’s poor 3-D obstacle traversal reveals snake’s better stability mechanisms // APS March Meeting 2018. 2018. Vol. 63. № 1. Abs. ID: BAPS.2018.MAR.B50.6.

Ouyang W., Li C., Ren Q., Li P. Steering control of a snake robot with environment uncertainties // 13th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA). Wuhan, 2018. Р. 998–1003.

Nakajima M., Tanaka M., Tanaka K., Matsuno F. Motion control of a snake robot moving between two non-parallel planes // Advanced Robotics. 2018. Vol. 32. № 10. P. 559–573.

Zhao X., Dou L., Su Z., Liu N. Study of the Navigation Method for a Snake Robot Based on the Kinematics Model with MEMS IMU // Sensors. 2018. Vol. 18. № 3. P. 879.

Cao Z., Xiao Q., Huang R., Zhou M. Robust Neuro-Optimal Control of Underactuated Snake Robots with Experience Replay // IEEE transactions on neural networks and learning systems. 2018. Vol. 29. № 1. P. 208–217.

Matsuo T., Ishii K. Adaptative motion control system of a snake-like robot using a neural oscillator netowork // IEEE Joint 7th International Conference on Soft Computing and Intelligent Systems (SCIS) and 15th International Symposium on Advanced Intelligent Systems (ISIS). Kitakyushu, 2014. P. 253–258.

Li G., Li W., Zhang J., Zhang H. Analysis and Design of Asymmetric Oscillation for Caterpillar-Like Locomotion // Journal of Bionic Engineering. 2015. Vol. 12. № 2. P. 190–203.

Соболев Н.А., Сорокин К.С. Экспериментальное исследование змееподобных движений трехзвенного механизма // Известия РАН. Теория и системы управления. 2006. № 5. С. 168–176.

Malayjerdi M., Akbarzadeh A. Analytical modeling of a 3-D snake robot based on sidewinding locomotion // International Journal of Dynamics and Control. 2019. Vol. 7. № 1. P. 83–93.

Сорокин К.С. Управление перемещением трехзвенника на плоскости с трением // Известия РАН. Теория и системы управления. 2009. № 3. С. 165–176.

Luo M., Yan R., Wan Z., Qin Y., Santoso J., Skorina E.H., Onal C.D. OriSnake: Design, Fabrication, and Experimental Analysis of a 3-D Origami Snake Robot // IEEE Robotics and Automation Letters. 2018. Vol. 3. № 3. P. 1993–1999.

Manzoor S., Cho Y.G., Choi Y. Neural Oscillator Based CPG for Various Rhythmic Motions of Modular Snake Robot with Active Joints // Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2019. Vol. 94. № 3-4. P. 641–654.

Иванов B.C., Васильев Г.Н. Структурный анализ технологических мехатронных систем с параллельной кинематикой // Мехатроника, автоматизация, управление. 2004. № 5. С. 37–43.

Vorochaeva L.Yu., Panovko G.Ya., Savin S.I., Yatsun A.S. Movement Simulation of a Five-Link Crawling Robot with Controlled Friction Forces // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2017. Vol. 46. № 6. Р. 527–535.

Vorochaeva L.Yu., Yatsun А.S., Yatsun S.F. Simulation of the motion of a five-link crawling robot with controlled friction on a surface having obstacles // Journal of Computer and Systems Sciences International. 2017. Vol. 56. № 3. P. 527–552.

Vorochaeva L.Yu., Naumov G.S., Yatsun S.F. Simulation of Motion of a Three-Link Robot with Controlled Friction Forces on a Horizontal Rough Surface // Journal of Computer and Systems Sciences International. 2015. Vol. 54. № 1. P. 151–164.

Vorochaeva L.Yu., Savin S.I., Yatsun A.S. An investigation of motion of a crawling robot with supports with controllable friction // Nonholonomic Mechanics, vortex structures and hydrodynamics. Cheboksary, 2019. P. 207–209.

Черноусько Ф.Л. О движении трёхзвенника по горизонтальной плоскости // Прикладная математика и механика. 2001. Т. 65. № 1. С. 15–20.

Черноусько Ф.Л. Движение многозвенников по плоскости // Проблемы механики. М.: Физматлит, 2003. С. 783–802.

Черноусько Ф.Л. Движение плоского многозвенника по шероховатой горизонтальной плоскости // Доклады Академии наук. 2000. Т. 370. № 2. С. 186–189.

Опубликован
2019-12-30
Выпуск
Раздел
Технические науки