ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДВИЖНОСТИ МОБИЛЬНЫХ РОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ МЕТОДОМ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

  • В.А. Горелов МГТУ им. Н.Э. Баумана
  • И. В. Рубцов МГТУ им. Н.Э. Баумана
  • А.А. Стадухин МГТУ им. Н.Э. Баумана
Ключевые слова: Имитационное моделирование, адаптируемое шасси, моделирование в реальном времени, маршруты движения, движение по траектории

Аннотация

Обосновывается необходимость применения имитационного компьютерного моде-лирования для дальнейшего совершенствования подвижности мобильных робототехниче-ских комплексов. Рассматривается такое направление работ, как исследование шасси с адаптируемой конфигурацией гусеничного обвода с применением программного комплекса автоматизированного анализа динамики систем тел. Данный подход позиционируется как наиболее подходящий для оценки профильной проходимости и выбора потребных характе-ристик приводов машин с нетрадиционным движителем. Также в статье рассмотрены достижения МГТУ им. Н.Э. Баумана по созданию комплекса натурно-математическогомоделирования, предназначенного для исследования динамики мобильных робототехниче-ских комплексов и дистанционно управляемых машин. Комплекс основан на математиче-ской модели движения машины, адаптированной для проведения расчетов в режиме «ре-ального времени». В работе приведена краткая характеристика модели и основные диф-ференциальные уравнения, лежащие в её основе. Помимо это необходимой составляющей комплекса натурно-математического моделирования является программное обеспечение, позволяющее осуществлять синтез трасс по известным заранее заданным статистически-ми характеристиками. Таким образом, разработанный комплекс натурно-математического моделирования позволяет решать следующий ряд основных задач: исследование быстроход-ности машин и получение нагрузочных характеристик тягового привода, а также отладка алгоритмов управления и изучение взаимодействия водителя-оператора с машиной и внешней средой в условиях задержки управляющего сигнала и помех. Метод имитационного моделирования также имеет важное применение в области совершенствования моторно-трансмиссионных установок робототехнических комплексов и дистанционно управляемых машин. В связи с тем, что на данный момент наиболее распространённой схемой трансмиссии таких машин является индивидуальный привод ведущих колёс, повышение скоростей движения мобильных роботов требует применения более мощных, а значит более дорогостоящих и тяжёлых электродвигателей. Так, в статье предложен подход, основывающийся на имитационном и натурно-математическом моделировании, который позволяет осуществлять сбор необходимых статистических данных о режимах нагружения машин и определять требуемые характеристики электродвигателей в кратковременном и длительном режимах работы, а также желаемую область с максимальным коэффициентом полезного действия.

Литература

1. Hui Jiang, Guoyan Xu, Wen Zeng, Feng Gao. Design and kinematic modeling of a passively-actively transformable mobile robot, Mechanism and Machine Theory, 2019, Vol. 142, 103591. ISSN 0094-114X. Available at: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory. 2019.103591.
2. Kotiev G.O., Miroshnichenko A.V., Stadukhin A.A., Kositsyn B.B. Opredelenie rezhimov raboty individual'nogo elektroprivoda vedushchikh koles polnoprivodnoy kolesnoy mashiny s ispol'zovaniem kompleksa naturno-matematicheskogo modelirovaniya [Determining the oper-ating modes of an individual electric drive of the driving wheels of a four-wheel drive vehicle using a complex of natural and mathematical modeling], Tekhnologii i komponenty intellektual'nykh transportnykh system [Technologies and components of intelligent transport systems], 2018, pp. 66-80.
3. Krasnen'kov V.I., Kharitonov S.A. Dinamika krivolineynogo dvizheniya transportnoy gusenichnoy mashiny [Dynamics of curvilinear movement of a transport tracked vehicle], Tr. MVTU [Proceedings of the Moscow higher technical school], 1980, No. 339, pp. 3-67.
4. Gavrin N.O. Prognozirovanie rezhimov dvizheniya robototizirovannoy gusenichnoy mashiny: diss. … kand. tekhn. nauk [Predicting the movement modes of a robotic tracked vehicle: cand. of eng. sc. diss.]: 05.05.03. Moscow: MGTU im. N.E. Baumana, 2001, 180 p.
5. Gus'kov V.V., Opeyko F.A. Teoriya povorota gusenichnykh mashin [The theory of turning of tracked vehicles]. Moscow: mashinostroenie, 1984, 167 p.
6. Chernyshev N.V. Kompleksnaya sistema upravleniya povorotom boevoy kolesnoy mashiny 8×8: diss. … kand. tekhn. nauk [Integrated turn control system for an 8×8 combat wheeled ve-hicle: cand. of eng. sc. diss]: 05.05.03. Moscow: MGTU im. N.E. Baumana, 2009, 118 p.
7. Kositsyn B.B. Metod opredeleniya energoeffektivnogo zakona dvizheniya elektrobusa po gorodskomu marshrutu: diss. … kand. tekhn. nauk [Method for determining the energy-efficient law of electric bus traffic on an urban route: cand. of eng. sc. diss.]: 05.05.03. Mos-cow: MGTU im. N.E. Baumana, 2017, 165 p.
8. Gorelov V.A. Prognozirovanie kharakteristik krivolineynogo dvizheniya polnoprivodnogo avtomobilya s formuloy rulevogo upravleniya 1-0-3 pri razlichnykh zakonakh upravleniya kolesami zadney osi: disc. … kand. tekhn. nauk [Predicting the characteristics of curvilinear motion of a four-wheel drive car with the steering formula 1-0-3 under different laws of control of the wheels of the rear axle: dr. of eng. sc. diss.]: 05.05.03. Moscow: MGTU im. Baumana, 2008, 195 p.
9. Gorelov V.A. Nauchnye metody povysheniya bezopasnosti i energoeffektivnosti dvizheniya mnogoosnykh kolesnykh transportnykh kompleksov: disc. … d-ra tekhn. nauk [Scientific methods for improving the safety and energy efficiency of multi-axis wheeled transport sys-tems: dr. of eng. sc. diss.]: 05.05.03. Moscow: MGTU im. N.E. Baumana, 2012, 336 p.
10. Buzunov N.V. Metod razrabotki zakonov upravleniya nagruzhatelem rulevogo kolesa pri otsutstvii «zhestkoy» svyazi v sisteme upravleniya povorotom kolesnykh mashin: diss. … kand. tekhn. nauk [Method for developing laws for steering wheel loader control in the ab-sence of a "rigid" connection in the steering system of wheeled vehicles: cand. of eng. sc. diss.]: 05.05.03. Moscow: MGTU im. N.E. Baumana, 2017, 186 p.
11. Kositsyn B.B., Miroshnichenko A.V., Stadukhin A.A. Modelirovanie realizatsiy sluchaynykh funktsiy kharakteristik dorozhno-gruntovykh usloviy pri issledovanii dinamiki kolesnykh i gusenichnykh mashin na etape proektirovaniya [Modeling of realizations of random functions of characteristics of road-ground conditions in the study of the dynamics of wheeled and tracked vehicles at the design stage], Izvestiya MGTU «MAMI» [Izvestiya MSTU "MAMI"], 2019, Issue No. 3 (41), pp. 36-46. DOI: 10.31992/2074-0530-2019-41-3-36-46.
12. Kotiev G.O., Padalkin B.V., Miroshnichenko A.V., Stadukhin A.A., Kositsyn B.B. Teoreticheskie issledovaniya podvizhnosti bystrokhodnykh gusenichnykh mashin s elektrotransmisiyami [Theoret-ical studies of the mobility of high-speed tracked vehicles with electrotransmission], Progress transportnykh sredstv i sistem – 2018: Mater. mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Progress of vehicles and systems-2018: Materials of the international scientific and practical con-ference], ed. by I.A. Kalyaeva, F.L. Chernous'ko, V.M. Prikhod'ko, pp. 27-36.
13. Kositsyn B.B., Kotiev G.O., Miroshnichenko A.V., Padalkin B.V., Stadukhin A.A. Opredelenie kharakteristik transmissiy kolesnykh i gusenichnykh mashin s individual'nym elektroprivodom vedushchikh koles [Determination of characteristics of transmissions of wheeled and tracked vehicles with individual electric drive of driving wheels], Tr. NAMI [Trudy NAMI], 2019, No. 3 (278), pp. 22-35.
14. Gorelov V.A., Kositsyn B.B., Miroshnichenko A.V., Stadukhin A.A. Regulyator sistemy upravleniya povorotom bystrokhodnoy gusenichnoy mashiny s individual'nym privodom vedushchikh koles [Regulator of the turn control system of a high-speed tracked vehicle with an individual drive of the driving wheels], Izvestiya MGTU «MAMI» [Izvestiya MSTU "MAMI"], 2019, Issue No. 4 (42), pp. 21-28. DOI: 10.31992/2074-0530-2019-42-4-21-28.
15. Gorelov V.A., Kositsyn B.B., Miroshnichenko A.V., Stadukhin A.A. Metod opredeleniya kharakteristik individual'nogo tyagovogo elektroprivoda dvukhzvennoy gusenichnoy mashiny na etape proektirovaniya [Method for determining the characteristics of an individual electric traction drive of a two-link tracked vehicle at the design stage], Tr. NGTU im. R.E. Alekseeva [Proceedings of the NSTU R.E. Alekseeva], 2019, No. 3 (126), pp. 120-134.
16. Xiong Zhe Han, Hak Jin Kim, Joon Yong Kim, Sang Yup Yi, Hee Chang Moon, Jung Hun Kim, Young Joo Kim. Path-tracking simulation and field tests for an auto-guidance tillage tractor for a paddy field, Computers and Electronics in Agriculture, 2015, Vol. 112, pp. 161-171. ISSN 0168-1699. Available at: https://doi.org/10.1016/j.compag.2014.12.025.
17. Kim D.H., Choi C.H., Kim Y.J. Analysis of driving performance evaluation for an unmanned tractor, IFAC-PapersOnLine, 2018, Vol. 51, Issue 17, pp. 227-231. ISSN 2405-8963. Available at: https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2018.08.149.
18. Te Chen, Long Chen, Xing Xu, Yingfeng Cai, Haobin Jiang, Xiaoqiang Sun. Passive actuator-fault-tolerant path following control of autonomous ground electric vehicle with in-wheel mo-tors, Advances in Engineering Software, 2019, Vol. 134, pp. 22-30. ISSN 0965-9978. Available at: https://doi.org/10.1016/j.advengsoft.2019.05.003.
19. Bai Li, Zhijiang Shao. Precise trajectory optimization for articulated wheeled vehicles in clut-tered environments, Advances in Engineering Software, 2016, Vol. 92, pp. 40-47. ISSN 0965-9978. Available at: https://doi.org/10.1016/j.advengsoft.2015.10.008.
20. Khalil Alipour, Arsalan Babaei Robat, Bahram Tarvirdizadeh. Dynamics modeling and sliding mode control of tractor-trailer wheeled mobile robots subject to wheels slip, Mechanism and Machine Theory, 2019, Vol. 138, pp. 16-37. ISSN 0094-114X. Available at: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2019.03.038.
Опубликован
2020-07-10
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ II. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ