ОБЩИЕ ПОДХОДЫ К ПОСТРОЕНИЮ КОНСТРУКЦИИ И ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ МНОГОСТЕПЕННОГО КОЛЁСНО-ШАГАЮЩЕГО ШАССИ ЛУНОХОДА
Аннотация
Рассматривается задача построения шасси исследовательского лунохода, обладающего сверхвысокой проходимостью в условиях неопределённостей подстилающей поверхности и рельефа местности. Прямое дистанционное и супервизорное управление современными сложными робототехническими системами в условиях недетерминированности окружающей среды накладывает повышенную нагрузку на оператора, особенно в случае применения высокопроходимых мобильных платформ, имеющих большое количество степеней подвижности требующих согласованного управления. В этом аспекте актуальной становится задача автоматизации движения такого многостепенного шасси, автоматизации тактики движения, принимаемой в тех или иных ситуациях на основе информации от датчиков. В настоящей статье предлагается концепция многостепенного колёсно-шагающего шасси (КШШ) исследовательского лунохода, включающая конструктивно-компоновочную схему шасси и способ его применения, т.е., алгоритмы движения на пересечённой местности различного типа. Предлагается методика построения алгоритмов управления и даётся краткое описание разработанных алгоритмов и компьютерных имитационных моделей КШШ для их теоретической отработки. Конечным результатом работы предполагается получение в ходе экспериментальных исследований ряда характеристик лабораторного макета шасси, проведение верификации разработанных компьютерных моделей и алгоритмов автоматического управления движением многостепенного КШШ. Выполнение этих задач позволит получить научно-технический задел в области управления движением колёсно-шагающими системами, повысить качество моделирования и проектирования луноходов. Полученные на данном этапе результаты позволяют перейти к этапу изготовления экспериментального макета и постановки физических экспериментов по исследованию КШШ с целью отработки разработанных алгоритмов и имитационных моделей. Экспериментальная проверка алгоритмов управления движением многостепенных шасси и отработка методики их построения позволит повысить уровень автономности будущих мобильных роботов, предназначенных для работы в экстремальных напланетных условиях.
Список литературы
1. Vasil'ev A.V. [i dr.]. Razrabotka predlozheniy po sostavu i tekhnicheskomu obliku gruppirovki mo-bil'nykh RTS dlya realizatsii programmy issledovaniya i osvoeniya Luny [Development of proposals for the composition and technical design of a group of mobile robotic systems for the implementation of the lunar exploration and development program], Sb. tezisov 31-y Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Ekstremal'naya robototekhnika» [Proceedings of the 31st International Scientific and Technical Conference "Extreme Robotics"]. Saint-Petersburg: IPTS OOO «Politekhnika-print», 2020, pp. 146-149.
2. Planetokhody [Planet rovers], ed. by A.L. Kemurdzhiana. 2nd ed. Moscow: Mashinostroenie, 1993, 400 p.
3. Li C. et al. Overview of the Chang’e-4 mission: Opening the frontier of scientific exploration of the lunar far side, Space Science Reviews, 2021, Vol. 217, No. 2, pp. 35.
4. Ghosh R. et al. Path Planning for the Pragyan Rover: Experiences and Challenges, 2024 International Conference on Space Robotics (iSpaRo). IEEE, 2024, pp. 70-75.
5. Peredvizhenie po gruntam Luny i planet [Lunar and planets soil locomotion], ed. by
A.L. Kemurdzhiana. Moscow: Mashinostroenie, 1986, 272 p.
6. Peredvizhnaya laboratoriya na Lune Lunokhod-1 [Mobile laboratory on the Moon Lunokhod-1], ed. by V.L. Barsukova. Moscow: Nauka, 1978, Vol. 2, 184 p.
7. Cherkasov I.I., Kemurdzhian A.L., Shvarev V.V., Gromov V.V. Avtomaticheskie stantsii dlya izucheniya poverkhnostnogo pokrova Luny [Automatic stations for Lunar surface layer survey]. Moscow: Mashi-nostroenie, 1976, 200 p.
8. Bruzzone L., Nodehi S.E., Fanghella P. Tracked locomotion systems for ground mobile robots: A re-view, Machines, 2022, Vol. 10, Issue 8, Article 648. DOI: 10.3390/machines10080648,
9. Malenkov M.I., Volov V.A., Lazarev E.A. Metody i rezul'taty analiza kachestva khodovoy chasti plane-tokhodov [Methods and results of analysis of the quality of the chassis of planetary rovers], Vestnik mashinostroeniya [Bulletin of Mechanical Engineering], 2016, No. 7, pp. 6-13.
10. Pochezhertsev A.G. [i dr.]. Issledovanie vozmozhnykh prichin neustoychivogo povedeniya kolesnogo RTK na naklonnoy poverkhnosti s ispol'zovaniem komp'yuternoy modeli [Study of possible causes of unstable behavior of a wheeled mobile robot on an inclined surface using a computer model], Tr. 31-y Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Ekstremal'naya robototekhnika» [Proceedings of the 31-th International scientific and technical conference «Extreme robotics»]. Saint Petersburg, 2020, pp. 63-72.
11. Vasiliev A.V., Shardyko I.V. Analysis, detection, reaction and prevention of potential critical situations for light-weight mobile robots, Proceedings of the International Scientific and Technological Conference «Extreme Robotics». Saint Petersburg: OOO "Izdatel'sko-poligraficheskii kompleks «Gangut», 2019, pp. 559-567.
12. Vasil'ev A.V., Shardyko I.V. Razrabotka i modelirovanie mnogostepennogo kolesno-shagayushchego shassi lunokhoda [Design and simulating of an articulated wheeled-legged chassis of the lunar rover], Sb. tezisov 36-y Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Ekstremal'naya robototekhnika» [Proceedings of the 36th International Scientific and Technical Conference "Extreme Robotics"]. Saint Petersburg: IPTS OOO «Politekhnika-print», 2025, pp. 330-333.
13. Bjelonic M. [et al.]. A Survey of Wheeled-Legged Robots // Robotics in Natural Settings. CLAWAR 2022: Lecture Notes in Networks and Systems. Vol.530, ed. by J.M. Cascalho [et al.]. Springer, 2022, pp. 83-94. DOI: 10.1007/978-3-031-15226-9_11.
14. García J.M., Duarte F.G. Mobile rolling robots designed to overcome obstacles: A review, Forces in Mechanics, 2024, Vol. 16, No. 100283. DOI: 10.1016/j.finmec.2024.100283.
15. Yakubu M. [et al.]. A novel mobility concept for terrestrial wheel-legged lunar rover, IEEE Access, 2025.
16. Flexibility and granular terrain adaptability of a linkage-based wheel-legged robot: LinkWheg, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2025.
17. Yang H. [et al.]. Adaptive Active Compliance Control for Wheel-Legged Vehicles on Uneven Roads Based on a Parallel Integrated Framework, 2024 8th CAA International Conference on Vehicular Con-trol and Intelligence (CVCI). IEEE, 2024, pp. 1-6.
18. Dobretsov R.Yu., Popov D.S., Pryamitsyn I.B. Obosnovanie bazovykh parametrov rekonfiguriruemogo shassi s planetarno-kolesnym dvizhitelem [Justification of the basic parameters of a reconfigurable chas-sis with a planetary-wheel drive], Robototekhnika i tekhnicheskaya kibernetika [Robotics and Technical Cybernetics], 2023, Vol. 11, No. 3, pp. 232-239.
19. Bouton A. [et al.]. Experimental study of alternative rover configurations and mobility modes for plane-tary exploration, 2023 IEEE Aerospace Conference. IEEE, 2023, pp. 1-13.
20. Pan D. [et al.]. Design and verification of the active suspension mobility system of the Zhurong Mars rover, Scientia Sinica Technologica, 2022, Vol. 52, No. 2, pp. 278-291.
21. Skibbe J., Barthelmes S., Buse F. Locomotion control functions for the active chassis of the MMX rover, 2021 IEEE Aerospace Conference, AERO 2021, 2021.
22. Barthelmes S., Konigorski U. Model-based chassis control system for an over-actuated planetary explo-ration rover, At-Automatisierungstechnik, 2020, Vol. 68, No. 1, pp. 58-71.
23. De Luca A. [et al.]. Autonomous obstacle crossing strategies for the hybrid wheeled-legged robot cen-tauro, Frontiers in Robotics and AI, 2021, Vol. 8, pp. 721001.
24. Lin C.J. [et al.]. Design and implementation of a 4WS4WD mobile ro-bot and its control applications, 2013 International Conference on System Science and Engineering (ICSSE). IEEE, 2013, pp. 235-240.
25. Zhou Q. [et al.]. Max: A wheeled-legged quadruped robot for multimodal agile locomotion, IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, 2023, Vol. 21, No. 4, pp. 7562-7582.
26. Pan D. [et al.]. Design and verification of the active suspension mobility system of the Zhurong Mars rover, Scientia Sinica Technologica, 2022, Vol. 52, No. 2, pp. 278-291.
27. Cao C. [et al.]. Push-pull locomotion: Increasing travel velocity in loose regolith via induced wheel slip, Journal of Terramechanics, 2023, Vol. 110, pp. 87-99.
28. Cordes F., Kirchner F., Babu A. Design and field testing of a rover with an actively articulated suspen-sion system in a Mars analog terrain, Journal of Field Robotics, 2018, Vol. 35, No. 7, pp. 1149-1181.
29. Bouloubasis A.K., McKee G. VOL.A Multitasking Surface Exploration Rover System, Bioinspiration and Robotics Walking and Climbing Robots. IntechOpen, 2007.
30. Zhu B. [et al.]. Probabilistic path planning for wheel-legged rover in dense environment based on ex-tended MDP and configuration topology analysis, IEEE Transactions on Robotics, 2025.
31. Halme A. [et al.]. WorkPartner: interactive human-like service robot for outdoor applications, The inter-national journal of robotics Research, 2003, Vol. 22, No. 7-8, pp. 627-640.
32. Bjelonic M. Planning and control for hybrid locomotion of wheeled-legged robots: diss. ETH Zurich, 2021.
