Об отрыве стопы шагающего движителя мобильного подводного робота от грунта

Брискин Евгений Самуилович
д.ф.-м.н., профессор, Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ), заведующий кафедрой «Теоретическая механика», 400005, Волгоград, пр. им. Ленина, д. 28, тел.:+7(8442)24-81-13, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0002-6409-4208

Смирная Лилия Дмитриевна ^*
ВолгГТУ, аспирант, 400005, Волгоград, пр. им. Ленина, д. 28, тел.:+7(8442)24-81-13, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Материал поступил в редакцию 04 июля 2019 года.

Аннотация
Особенностью мобильных роботов вообще и шагающих в частности, перемещающихся по дну водоёмов, являются специфические условия их движения. Это проявляется в действии выталкивающей силы, возможного наличия течения, повышенного сопротивления движению в силу более плотной (по сравнению с воздухом) окружающей среды, «компрессионного» эффекта. Изучается проблема отрыва стопы мобильного робота с шагающими движителями от грунта. Обусловлена актуальность рассматриваемой задачи в силу целого ряда преимуществ применения шагающих движителей перед движителями других типов, с одной стороны, и необходимостью снижения усилий в приводах движителей с другой. Разработана математическая модель отрыва стопы движителя от грунта, опирающаяся на законы Генри, устанавливающие концентрацию растворенного воздуха в жидкости, закон расширения газа при постоянной температуре, закон Дарси о фильтрации жидкости и теоремы о движении центра масс твердого тела. Линеаризованная модель позволяет получать и аналитические решения. Сформулированы прямая и обратная задача, отличающиеся тем, что в одном случае задается уравнение движения стопы и определяется, действующее на неё усилие, а в другом по известному усилию устанавливается характер движения стопы. Полученные результаты качественно соответствуют известным экспериментальным данным. Установленные закономерности позволяют ставить задачи о целенаправленном управлении нормальными реакциями, действующими на стопы шагающих движителей подводных мобильных роботов или грузов якорно-тросовых движителей, за счет применения конструкций, позволяющих регулировать коэффициент проницаемости донного грунта, через который происходит фильтрация жидкости.

Ключевые слова
Движитель, подводный шагающий робот, тяговое усилие, сила сопротивления движения.

Благодарности
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 18-71-10069.

DOI
https://doi.org/10.31776/RTCJ.7306    

Индекс УДК 

629.369

Библиографическое описание 
Брискин Е.С. Об отрыве стопы шагающего движителя мобильного подводного робота от грунта / Е.С. Брискин, Л.Д. Смирная // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 7. - №3. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2019. – С. 215-223. – Текст : непосредственный.

Литература

1. Брискин Е.С. Сравнительный анализ колесных, гусеничных и шагающих машин / Е.С. Брискин, В.В. Чернышев, А.В. Малолетов, Н.Г. Шаронов // Робототехника и техническая кибернетика. – № 1 (1). – 2013. – С. 6-14.
2. Жога В.В. Система показателей качества шагающих транспортных машин / В.В Жога // Справочник. Инженерный журнал с приложением. – № 5. – 1997. – С. 52-54.
3. Охоцимский Д.Е. Методика моделирования робота, перемещающегося в пространственной среде / Д.Е. Охоцимский // Известия Академии наук СССР. Техническая кибернетика. – № 1. – 1980. – С. 46.
4. Охоцимский Д.Е. Управление интегральным локомоционным роботом / Д.Е. Охоцимский, А.К. Плато-нов, Г.К. Боровин // Известия Академии наук СССР. Техническая кибернетика. – № 6. – 1974. – С. 56.
5. Охоцимский Д.Е. Энергетика движения шестиногого шагающего аппарата / Д.Е. Охоцимский, А.К. Пла-тонов, В.В. Лапшин // Известия Академии наук СССР. Техническая кибернетика. – № 5. – 1976. – С. 42.
6. Охоцимский Д.Е. Алгоритмы управления шагающим аппаратом, способным преодолевать препятствия / Д.Е. Охоцимский, А.К. Платонов // Известия Академии наук СССР. Техническая кибернетика. – № 5. – 1973. – С. 3.
7. Охоцимский Д.Е. Об одном способе рекуперации энергии при движении шагающего аппарата / Д.Е. Охоцимский, А.К. Платонов, В.В. Лапшин // Известия Академии наук СССР. Механика твердого тела. – № 5. – 1986. – С. 67.
8. Бессонов А.П. К вопросу о систематике походок шагающих машин / А.П. Бессонов, Н.В. Умнов // Машиноведение. – № 6. – 1975. – С. 23.
9. Артоболевский И.И. Некоторые проблемы создания шагающих машин / И.И. Артоболевский, Н.В. Ум-нов // Доклады Академии наук СССР. – № 2. – 1969. – С. 44.
10. Bessonov A.P. The stabilization of the position of the body of walking machines / A.P. Bessonov, N.V. Umnov // Mechanism and Machine Theory. – Т. 18. № 4. – 1983. – С. 261-265.
11. Брискин Е.С. Об энергетически эффективных алгоритмах движения шагающих машин с цикловыми движителями / Е.С. Брискин, Я.В. Калинин // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. – № 2. – 2011. – С. 170-176.
12. Брискин Е.С. Об управлении движением шагающей машины со сдвоенными ортогонально-поворотными движителями / Е.С. Брискин, И.П. Вершинина, А.В. Малолетов, Н.Г. Шаронов // Известия Рос-сийской академии наук. Теория и системы управления. – № 3. – 2014. – С. 168.
13. Брискин Е.С. Концепция проектирования, динамика и управление движением шагающих машин. Ч. 3. Алгоритмы управления движением шагающих машин серии «Восьминог» и экспериментальные исследования / Е.С. Брискин, В.В. Чернышев, В.В. Жога, А.В. Малолетов, Н.Г. Шаронов, Н.Е. Фролова // Мехатроника, автоматизация, управление. – № 7. – 2005. – С. 13-18.
14. Брискин Е.С. Концепция проектирования, динамика и управление движением шагающих машин. Ч. 1. Концепция проектирования / Е.С. Брискин, В.В. Чернышев, В.В. Жога, А.В. Малолетов, Н.Г. Шаронов, Н.Е. Фролова // Мехатроника, автоматизация, управление. – № 5. – 2005. – С. 22-27.
15. Брискин Е.С. Концепция проектирования, динамика и управление движением шагающих машин. Ч. 2. Динамика движения шагающих машин серии «Восьминог» / Е.С. Брискин, В.В. Чернышев, В.В. Жога, А.В. Ма-лолетов, Н.Г. Шаронов, Н.Е. Фролова // Мехатроника, автоматизация, управление. – № 6. – 2005. – С. 19-26.
16. Малолетов А.В. Оптимизация структуры, параметров и режимов движения шагающих машин со сдво-енными движителями / А.В. Малолетов, Е.С. Брискин // Монография / Волгоград, – 2015. – 175 c.
17. Chernyshev V.V. Modeling of vibroimpact processes which occurs in feet changing of the walking units at viscoelastic grounds / V.V. Chernyshev, A.A. Goncharov, V.V. Arykantsev // В сборнике: Procedia Engineering Сер. «Proceedings of the 3rd International Conference on Dynamics and Vibroacoustics of Machines, DVM 2016». – 2017. – С. 387-393.
18. Брискин Е.С. Отработка методов повышения точности автономного движения шагающих роботов в условиях реальной местности с искусственными ориентирами / Е.С. Брискин, В.В. Чернышев // Искусственный интеллект. – № 3. – 2006. – С. 671-676.
19. Чернышев В.В. Самоходная шагающая тележка многоопорной многосекционной дождевальной машины / В.В. Чернышев, Е.С. Брискин, Н.Г. Шаронов, И.П. Вершинина // Патент на изобретение RUS 2496305 13.04.2012
20. Чернышев В.В. Моделирование динамики штамповой установки при взаимодействии с подводным грунтом / В.В. Чернышев, В.В. Арыканцев // Известия Волгоградского государственного технического универ-ситета. – № 25 (152). – 2014. – С. 11-14.
21. Арыканцев В.В. Динамика отрыва стопы от особо вязкого грунта / В.В. Арыканцев, В.В. Чернышев, С.Е. Терехов // В сборнике: Машиноведение и инновации. Конференция молодых учёных и студентов (МИКМУС-2017) материалы конференции. – 2018. – С. 260-263.
22. Жужиков В.А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий / В.А. Жужиков. М., Изд-во – Химия. – 1971. – 440 с.
23. Рамм В.М. Адсорбция газов / В.М. Рамм. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Изд-во – Химия. – 1976. – 656 с.
24. Смирная Л.Д. Об оптимальном распределении нормальных реакций шагающих движителей подводных роботов / Л.Д. Смирная, И.П. Вершинина // Известия Волгоградского государственного технического университета. – № 3 (226). – 2019. – С. 47-50.
25. Брискин Е.С. Управление движением подводного мобильного робота с якорно-тросовыми движителями / Е.С. Брискин, Н.Г. Шаронов, В.А. Серов, И.С. Пеньшин // Робототехника и техническая кибернетика. – № 2 (19). – 2018. – С. 39-45.

Полный текст статьи (pdf)