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