Мобильный робототехнический комплекс змеевидного типа

Все более жесткие требования предъявляются к роботам в таких областях деятельности, как, например, обезвреживание взрывоопасных веществ, антитеррористическая деятельность, нефтяная шельфовая промышленность, инспекция высоких конструкций, зданий и судов, работы спасения при техногенных и природных катастрофах. Здесь необходимы роботы, которые могли бы работать в ограниченном пространстве и агрессивных средах. Роботы необходимы там, где не могут находиться люди из-за опасного характера работ и трудоемкости за пределами человеческих возможностей или из-за того, что не могут быть гарантированы надлежащее качество или надёжность. Такие машины позволяют реализовать жизненно важную технологию, позволяющую проводить дистанционную инспекцию, мониторинг и ремонтные работы в самых разнообразных отраслях.

Под понятием змеевидный робот понимают робот, анатомия которого построена по образу и подобию настоящей змеи. Основные преимущества таких роботов заключаются в следующем: небольшие габариты, способность преодолевать практически любые препятствия в жизнеопасных условиях. Они могут двигаться практически по любой поверхности. Модульность, распределенная масса и гиперизбыточность позволяют создавать отказоустойчивые модели.

Исходя из вышеописанных требований к конструкции, нами был разработан мобильный робототехнический комплекс модульного типа. Конструкция РКТ разработана в ПК Autodesk Inventor 2012. Общий вид РКТ представлен на рисунке 1.

Мобильный робототехнический комплекс состоит из унифицированных модулей. Модульный принцип позволяет подбирать необходимое количество модулей под конкретную задачу, что повышает эффективность применения робототехнического комплекса. Конструктивно робототехнический комплекс состоит из модулей трех типов:

• Головной модуль
• Срединный модуль
• Хвостовой модуль

Каждый модуль имеет оригинальную конструкцию и выполняет свойственные только ему задачи.

Головной модуль является информационным центром всего робототехнического комплекса, что отражается в его конструкции (рисунки 2, 3).

Головной модуль служит для расположения платы управления движением РТК, платы управления РТК, видеокамеры, счетчика Гейгера, газоанализатора и другого оборудования.

Срединный модуль предназначен для обеспечения движений РТК (рисунки 4, 5).

Модуль предназначен для размещения сервоприводов, редукторов, кабелепроводки управляющих цепей и цепей питания.

Хвостовой модуль - служит контейнером для аккумуляторных батарей (рисунок 6).

Робототехнический комплекс имеет следующие типы движений (рисунок 7):

• Прямолинейное (см. прикрепленный видеоролик)
• Поворот звена при прямолинейном движении (относительно продольной оси)
• Змеевидное движение(см. прикрепленный видеоролик)
• Проворот звена робототехнического комплекса вокруг своей оси.
• Прочие движения

Поскольку прямолинейное движение является наиболее энергоэффективным и наиболее быстрым, то данный тип движения используется как основной.

Для подбора электродвигателей, редукторов и определения параметров движения проведены модельные исследования прямолинейного и змеевидного движений. Моделирование проводится в связке программных продуктов: Matlab/Simulink + MSC.visualNastran Desktop 4D (рисунок 8).

Результаты моделирования первоначального варианта робототехнического комплекса представлены на рисунке 9.

После проведения моделирования сделан вывод о достаточности мощности электродвигателей и возможности уменьшения габаритов конструкций модулей МРТК. Проведены работы по модернизации конструкций модулей, перестроена модель MSC.visualNastran Desktop 4D и проведено моделирование усовершенствованного варианта робототехнического комплекса.

Результаты моделирования усовершенствованного варианта робототехнического комплекса представлены на рисунке 10.

Заключение.

Проведенное моделирование системы управления движением позволило улучшить массо – габаритные параметры робототехнического комплекса, увеличить динамические показатели и уменьшить себестоимость робототехнического комплекса.

В таблице 1 приведены сравнительные параметры первоначальной и усовершенствованной моделей робототехнического комплекса, содержащей на момент исследования пять срединных модулей, один головной и хвостовой модули (см. рисунок 1).

Таблица 1

В ценовом выражении, снижение себестоимости робототехнического комплекса составило 12837,29 (2,26%) со 566357,55 до 553520,26 руб.