РАЗВИТИЕ МАЛЫХ И СРЕДНИХ АВТОНОМНЫХ НЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ БИОНИЧЕСКИХ (РЫБОПОДОБНЫХ) ПРИНЦИПОВ ДВИЖЕНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ ВМФ РФ

С.Ф. Яцун; В.Е. Бондырев; Б.В. Лушников; В.И. Королев

С.Ф. Яцун Юго-Западный государственный университет
В.Е. Бондырев НИИ РЭС
Б.В. Лушников Юго-Западный государственный университет
В.И. Королев Главнокомандующий Военно-морским флотом Российской Федерации

Ключевые слова: Автономный необитаемый подводный аппарат, бионические принципы движения, рыбоподобный робот, система управления движением

Аннотация

Рассмотрена возможность разработки и создания образцов малых и средних авто-номных необитаемых подводных аппаратов (АНПА), основанных на бионических принципах движения, предназначенных для мониторинга, разведки, боевого охранения надводных и подводных средств военно-морского флота и выполнения транспортных функций в гидро-сфере подразделениями специального назначения ВМФ РФ. Научно-техническую новизну предлагаемых конструкций бионических подводных роботов составляют математические модели, методы, алгоритмы проектирования мобильных роботов, позволяющие опреде-лить основные закономерности движения и выбрать оптимальные параметры конструк-ции по критериям качества, определяющим минимальное энергопотребление, максималь-ную скорость движения и т.д. Предложено научное обоснование новых технических реше-ний, позволяющих создать конструкцию несущей части мобильных устройств с использо-ванием новых легких материалов (углепластик, кевлар, карбон и др.) и системы автома-тического управления движением мобильных роботов на основе новой микроэлементной базы и распределенных сенсорных устройств, с учетом особенностей локальной и глобальной систем навигации, систем самодиагностики робота и управления навесным оборудо-ванием. В конструкции использованы системы электрического бортового питания с воз-можностью автономной подзарядки аккумуляторов и использования возобновляемых ис-точников энергии. Разработаны и проверены методы и алгоритмы адаптивного управ-ляемого движения мобильными объектами на основе методов искусственного интеллекта с использованием нечеткой логики и нейросетевых технологий в реальном масштабе вре-мени. Натурные испытания опытных образцов АНПА, основанных на бионических принци-пах движения, и сопоставление их параметров функционирования с традиционными АНПА с винтовыми движителями показали ряд ожидаемых преимуществ первых над вторыми, в частности, по таким тактико-техническим показателям как маневренность, уровень и спектр генерируемых шумов и др. Предварительная оценка степени эффективности при-менения робототехнических средств, основанных на бионических принципах, в интересах специальных подразделений ВМФ РФ показывает, что реализация данного направления позволяет существенно повысить скрытность проводимых специальных операций, а так-же исключить потери личного состава спецподразделений. Кроме того, массированное использование робототехнических средств позволяет существенно повысить вероятность выполнения боевых задач.

Литература

1. Porez M, Boyer F, Ijspeert A.J. Improved light hill fish swimming model for bio-inspired ro-bots: Modeling, computational aspects and experimental comparisons // Int. J. Robot. Res. – 2014;33(10):1322–41.
2. Mason R.J., Burdick W. Experiments in carangiform robotic fish locomotion // Proceedings of the 2000 ICRA. – 2000. – P. 428-435.
3. Morgansen K.A., Duindam V., Mason R.J., Burdick J.W. Nonlinear Control Methods for Pla-nar Carangiform Robot Fish Locomotion // Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation. – 2001. – P. 427-434.
4. Eun Jung Kim, Youngil Youm. Design and dynamic analysis of fish robot: PoTuna // Robotics and Automation, 2004: Proceedings of 2004 IEEE International Conference ICRA '04. – 2004. – Р. 488-492.
5. Yuh J. Design and control of autonomous underwater robots: A survey // Autonomous Robots. – 2000. – Vol. 8, No. 1. – P. 7-24.
6. Бочаров А.Ю. Современные тенденции в развитии миниатюрных подводных аппаратов и роботов за рубежом // Подводные исследования и робототехника. – 2006. – № 2. – С. 36-52.
7. Киселев Л.В., Медведев А.В. Сравнительный анализ и оптимизация динамических свойств автономных подводных роботов различных проектов и конфигураций // Под-водные исследования и робототехника. – 2012. – № 1 (13). – С. 24-35
8. Агеев М.Д. Автономные подводные роботы. Системы и технологии. – М.: Наука, 2005. – 400 с.
9. Гафуров С.А., Салмина В.А. Классификация автономных необитаемых подводных аппа-ратов // Перспективные системы и задачи управления: Матер. Одиннадцатой Всеросс. науч.-практ. конф. в 2-х т. Т. 1. – Ростов-на-Дону, 2016. – С. 110-128.
10. Филаретов В.Ф., Лебедев А.В., Юхимец Д.А. Устройства и системы управления подвод-ных роботов. – М.: Наука, 2005. – 272 с.
11. Лушников Б.В., С.Ф. Яцун, Политов Е.Н., Тарасова Е.С. Оптимизация параметров кон-струкции бионического плавающего робота для мониторинга природных и техногенных объектов в гидросфере // Известия Самарского научного центра РАН. – 2011. – Т. 13, № 4 (4). – С. 1193-1196.
12. Лушников Б.В., С.Ф. Яцун, Политов Е.Н., Тарасова Е.С. Компьютерное моделирование динамики бионического плавающего робота // Известия Самарского научного центра РАН. – 2010. – Т. 12, № 4 (3). – С. 562-567.
13. Лушников Б.В., Савин С.И., Казарян К.Г., Яцун А.С., Мальчиков А.В. Бионический пла-вающий робот для мониторинга природных и техногенных объектов в гидросфере // Управляемые вибрационные технологии и машины: Сб. науч. ст.: в 2 ч. Ч. 2 / редкол.: С.Ф. Яцун (отв. ред.) [и др.]. – Курск: ЮЗГУ, 2012. – С. 107-111.
14. Лушников Б.В., С.Ф. Яцун, Тарасова Е.С., Политов Е.Н. Компьютерное моделирование динамики движения бионического плавающего робота в горизонтальной плоскости // Управляемые вибрационные технологии и машины: Cб. науч. ст.: в 2 ч. Ч. 2 / редкол.: С.Ф. Яцун (отв. ред.) [и др.]. – Курск: ЮЗГУ, 2012. – С. 111-117.
15. Лушников Б.В., Политов Е.Н., Тарасова Е.С., Казарян К.Г. Бионический плавающий робот для мониторинга природных и техногенных объектов в техносфере // Cloud of Science. – 2014. – Т. 1, № 1. – С. 61-77.
16. Яцун С.Ф., Лушников Б.В., Политов Е.Н. Управление рыбоподобным робототехниче-ским устройством для мониторинга объектов в гидросфере // Перспективные системы и задачи управления: Матер. Одиннадцатой Всеросс. науч.-практ. конф.: в 2-х т. Т. 1. – Ростов-на-Дону, 2016. – С. 208-222.
17. Jatsun S.F., Lushnikov B.V., Politov E.N., Knyazev S.Underwater floating robot-fish: a com-parative analysis of the results of mathematical modelling and full-scale tests of the prototype // MATEC Web of Conferences, ed.: A. Ronzhin and V. Shishlakov. – 2017. – С. 02014.
18. Яцун С.Ф., Лушников Б.В., Казарян К.Г., Ворочаева Л.Ю., Ворочаев А.В. Конструктив-ные особенности бионического робота-рыбы // Известия Юго-Западного государствен-ного университета. Серия Техника и технологии. – 2017. – № 2 (23). – С. 94-102.
19. Лушников Б.В., Яцун С.Ф, Политов Е.Н. Управление рыбоподобным робототехническим устройством для мониторинга объектов в гидросфере // Перспективные системы и зада-чи управления: Матер. Одиннадцатой Всерос. науч.-прак. конф. "Управление и обработ-ка информации в технических системах". – 2016. – С. 208-222.
20. Пат. на полезную модель 124656 Рос. Федерация, МПК B62D57/00. Подводный пла-вающий робот с бионическим принципом движения / Б.В. Лушников, С.Ф. Яцун, К.Г. Казарян, С.И. Савин, А.В. Мальчиков, Е.С. Тарасова, Е.Н. Политов, А.С. Яцун.