THE DEVELOPMENT OF SMALL AND MEDIUM-SIZED AUTONOMOUS UNDERWATER VEHICLES BASED ON BIONIC (ICHTHYOID) OF THE PRINCIPLES OF MOVEMENT FOR SOLUTION OF TASKS OF SPECIAL FORCES OF THE RUSSIAN NAVY

  • S.F. Jatsun South-West state university
  • V.Y. Bondyrev SII RES
  • B.V. Lushnikov South-West state university
  • V.I. Korolev Commander-in-chief of Navy of the Russian Federation
Keywords: Autonomous unmanned underwater vehicle, bionic principles of motion, fish-like robot, motion control system

Abstract

The possibility of development and creation of samples of the small and average autono-mous underwater vehicles (AUV) based on the bionic principles of the movement intended for monitoring, investigation, fighting protection of surface and underwater means of navy and per-formance of transport functions in the hydrosphere by special purpose divisions of the Navy of the Russian Federation is considered. The scientific and technical novelty of the offered designs of bionic underwater robots is made by the mathematical models, methods, algorithms of design of mobile robots allowing to define the main regularities of the movement and to select optimum parameters of a design according to the criteria of quality defining the minimum energy con-sumption, the maximum speed of the movement, etc. Scientific justification of the new technical solutions allowing to create a design of the bearing part of mobile devices with use of new light materials (a coal plastic, kevlar, carbon fabrics, etc.) and the systems of automatic control of the movement of mobile robots on the basis of new microelement base and the distributed touch devices, taking into account features of local and global systems of navigation, the systems of self-diagnostics of the robot and control of the hinged equipment is offered. In a design the sys-tems of electric onboard food with a possibility of autonomous recharge of accumulators and uses of renewables are used. Methods and algorithms of the adaptive operated movement by mobile objects on the basis of methods of artificial intelligence with use of fuzzy logic and neu-ral network technologies in real time are developed and checked. Natural tests of prototypes of AUV based on the bionic principles of the movement and comparison of their parameters of functioning to traditional AUV to screw propellers showed a number of the expected advantages of the first over the second, in particular, on such tactical and technical indicators as maneu-verability, level and a range of the generated noise, etc. Preliminary estimate of degree of effi-ciency of application of the robotic means based on the bionic principles for the benefit of special divisions of the Navy of the Russian Federation shows that realization of this direction allows to increase significantly reserve of the performed special operations and also to exclude losses of staff of Special Forces. Besides, massive use of robotic means allows to increase the probability of performance of fighting tasks significantly.

References

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.
Published
2019-05-08
Issue
No 1 (2019)
Section
SECTION I. PROSPECTS OF APPLICATION OF ROBOTIC SYSTEMS