ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ЛИНЕЙНЫМИ ПРИВОДАМИ РОБОТА ПРИ ЕГО ДВИЖЕНИИ ПО ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ:

А. А. Хачатрян; Е.С. Брискин

А. А. Хачатрян Волгоградский государственный технический университет
Е.С. Брискин Волгоградский государственный технический университет

Ключевые слова: Мобильные робототехнические средства, перемещение, математическая модель, имитационное моделирование, задача динамики, робот вертикального перемещения, движение по вертикальной поверхности

Аннотация

Эксплуатация роботов на вертикальных и близких к ним поверхностях имеет широкие пер-
спективы в силу необходимости выполнения на них достаточно большого количества технологи-
ческих операций с одной стороны и сложности использования ручного труда ‒ с другой стороны.
Рассматривается движение мобильного робота по вертикальной поверхности. Движение робота
и его удержание на поверхности осуществляется посредством работы двух линейных приводов,
оказывающих на него давление, и опирающихся на платформы, способные перемещаться по гори-
зонтальной поверхности. Робот и платформа имеют колеса рояльного типа, работающие в од-
ном из двух режимов ‒ свободном и тормозном. При этом тормозные устройства обеспечивают
надежное сцепление колес с соответствующими поверхностями. Предложена расчетная схема и
математическая модель робототехнической системы, использующей усилие линейных приводов
для перемещения робота по вертикальной ровной поверхности. Решена задача динамики движе-
ния мобильного робота, перемещение которого по рабочей поверхности осуществляется за счет
управления величиной и направлением усилий, развиваемых актуаторами и выбора заторможен-
ных опор, обеспечивающих устойчивый режим движения. Рассмотрен процесс движения, со-
стоящий из трех этапов, на каждом из которых одна из опор робота заторможена, при этом и
все опоры платформ на горизонтальной поверхности также заторможены. При переходе между
этапами движения мобильный робот совершает остановку перед тем, как сменить затормо-
женное колесо, после чего возобновляется движение. Силами трения между расторможенными
опорами робота и рабочей поверхностью пренебрегается. Получены уравнения и траектория
движения центра масс мобильного робота. Представлены зависимости длин линейных приводов
механизма прижатия от координат центра масс робота. Проведено имитационное моделирова-
ние, в результате которого определены диапазоны изменений длин линейных приводов и развивае-
мые усилия, обеспечивающие требуемое перемещение.

Литература

1. Silva Manuel & Tenreiro Machado José. A Survey of Technologies and Applications for Climbing
Robots Locomotion and Adhesion, 2010. 10.5772/8826.
2. Gradetskiy V.G., Veshnikov V.B., Kalinichenko S.V., Kravchuk L.N. Upravlyaemoe dvizhenie
mobil'nykh robotov po proizvol'no orientirovannym v prostranstve poverkhnostyam [Controlled motion
of mobile robots on surfaces arbitrarily oriented in space], Russian Academy of Sciences, Institute
of Problems in Mechanics. Moscow: Nauka, 2001, 359 p.
3. Silva Manuel & Tenreiro Machado José & Tar József. A Survey of Technologies for Climbing Robots
Adhesion to Surfaces, ICCC 2008 - IEEE 6th International Conference on Computational Cybernetics,
Proceedings, 2008, pp. 127-132.
4. Knyaz'kov M.M., Semenov E.A. Diagnosticheskiy robototekhnicheskiy kompleks vertikal'nogo
peremeshcheniya [Diagnostic robotic complex for vertical movement], Izvestiya Volgogradskogo
gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Volgograd State Technical University],
2013, No. 24 (127), pp. 43-46. EDN RSEZEB.
5. Lee Giuk & Kim Hwang & Seo Kunchan & Kim Jongwon & Kim Hong. MultiTrack: A multi-linked
track robot with suction adhesion for climbing and transition, Robotics and Autonomous Systems,
2015, 72. 10.1016/j.robot.2015.05.011.
6. Kim Hwang & Seo Kunchan & And Kyuhee & Kim Jongwon. Development of a Multi-Body Wall
Climbing Robot With Tracked Wheel Mechanism, 2010. 10.1142/9789814329927_0055.
7. Matsumura Yodai & Shiba Takehiro & Ito Satoshi & Kawase Yuya & Takada Yogo. Development of
Magnetic Bridge Inspection Robot Aimed at Carrying Heavy Loads, International Journal of Robotic
Engineering, 2018, 3, pp. 1-10. 10.35840/2631-5106/4110.
8. Tavakoli Mahmoud & Viegas Carlos & Marques Lino & Pires J. Norberto & de Almeida Aníbal.
OmniClimbers: Omnidirectional magnetic wheeled climbing robots for inspection of ferromagnetic
structures, Robotics and Autonomous Systems, 2013, 61. 10.1016/j.robot.2013.05.005.
9. Efimov M.I., Briskin E.S., Sharonov N.G. O peremeshchenii trosovogo robota po vertikal'noy
poverkhnosti [On the movement of a cable robot along a vertical surface], XXXI Mezhdunarodnaya
innovatsionnaya konferentsiya molodykh uchenykh i studentov po problemam mashinovedeniya
(MIKMUS - 2019): Sb. trudov konferentsii, Moskva, 04–06 dekabrya 2019 goda [XXXI International
Innovative Conference of Young Scientists and Students on Mechanical Engineering Problems
(MIKMUS - 2019): Conference Proceedings, Moscow, December 4-6, 2019]. Moscow: Federal'noe
gosudarstvennoe byudzhetnoe uchrezhdenie nauki Institut mashinovedeniya im. A.A. Blagonravova
Rossiyskoy akademii nauk, 2020, pp. 468-471. EDN IOCHJR.
10. Sharonov N.G., Efimov M.I. O peremeshchenii robotov po vertikal'noy sherokhovatoy poverkhnosti s
pomoshch'yu trosovykh dvizhiteley [On the movement of robots along a vertical rough surface using
cable movers], Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of
the Volgograd State Technical University], 2019, No. 3 (226), pp. 51-54. EDN ZARJYD.
11. Daltorio Kathryn and Wei Terence and Horchler Andrew and Southard Lori and Wile Gregory and
Quinn Roger and Gorb Stanislav and Ritzmann Roy. Mini-Whegs TM Climbs Steep Surfaces Using
Insect-inspired Attachment Mechanisms, I. J. Robotic Res., 2009, Vol. 28, pp. 285-302.
12. Daltorio Kathryn & Horchler Andrew & Gorb Stanislav & Ritzmann Roy & Quinn Roger. A small
wall-walking robot with compliant, adhesive feet, 2005, pp. 3648-3653. 10.1109/IROS.2005.1545596.
13. Syrykh N.V., Chashchukhin V.G. Roboty vertikal'nogo peremeshcheniya s kontaktnymi ustroystvami
na osnove postoyannykh magnitov: konstruktsii i printsipy upravleniya kontaktnymi ustroystvami
[Vertical movement robots with contact devices based on permanent magnets: designs and principles
of contact device control], Izvestiya Rossiyskoy akademii nauk. Teoriya i sistemy upravleniya [Bulletin
of the Russian Academy of Sciences. Control Theory and Systems], 2019, No. 5, pp. 163-173.
14. Gradetskiy V.G., Knyaz'kov M.M. Sostoyanie i perspektivy razvitiya robotov vertikal'nogo
peremeshcheniya dlya ekstremal'nykh sred [Status and development prospects of vertical movement
robots for extreme environments], Robototekhnika i tekhnicheskaya kibernetika [Robotics and Technical
Cybernetics], 2014, No. 1 (2), pp. 9-16.
15. Serebrennyy V.V., Boshlyakov A.A., Kalinichenko S.V., Ogorodnik A.I., Konovalov K.V.
Shagayushchiy robot dlya peremeshcheniya po vertikal'nym i proizvol'no orientirovannym v
prostranstve poverkhnostyam [Walking robot for movement on vertical and arbitrarily oriented in
space surfaces], Mekhatronika, avtomatizatsiya, upravlenie [Mechatronics, automation, control], 2021,
22 (11), pp. 585-593.
16. Pobegaylov O.A., Kravchenko I.V., Kozhukhovskiy S.O. Mobil'nye roboty vertikal'nogo
peremeshcheniya [Mobile robots of vertical movement], Inzhenernyy vestnik Dona [Engineering Bulletin
of the Don], 2010, No. 4 (14), pp. 85-95.
17. Nansai Shunsuke & Mohan Rajesh Elara. A Survey of Wall Climbing Robots: Recent Advances and
Challenges, Robotics, 2016, 5. 14. 10.3390/robotics5030014.
18. Unver O. & Uneri Ali & Aydemir Alper & Sitti M. Geckobot: A gecko inspired climbing robot using
elastomer adhesives, Proceedings - IEEE International Conference on Robotics and Automation,
2006, pp. 2329-2335. 10.1109/ROBOT.2006.1642050.
19. Khachatryan A.A., Briskin E.S. O peremeshchenii mobil'nogo robota po proizvol'no orientirovannym
poverkhnostyam [On the movement of a mobile robot on arbitrarily oriented surfaces], Izvestiya
VolgGTU [Bulletin of the Volgograd State Technical University], 2022, No. 9 (268), pp. 86-93.
20. Khachatryan A.A., Smirnaya L.D. Osobennosti dinamiki upravlyaemogo dvizheniya robota,
opirayushchegosya na razlichno orientirovannye rovnye poverkhnosti [Features of the dynamics of
controlled motion of a robot resting on differently oriented flat surfaces], Izvestiya VolgGTU [Bulletin
of the Volgograd State Technical University], 2024, No. 4 (287), pp. 84-87.