<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">novtexmech</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Мехатроника, автоматизация, управление</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1684-6427</issn><issn pub-type="epub">2619-1253</issn><publisher><publisher-name>Commercial Publisher «New Technologies»</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.17587/mau.27.469-476</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">novtexmech-2090</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>ROBOT, MECHATRONICS AND ROBOTIC SYSTEMS</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Исследование статической устойчивости робота вертикального перемещения с вакуумным захватом</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Research on the Static Stability of a Climbing Robot with a Vacuum Gripper</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Ширяев</surname><given-names>В. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Shiryaev</surname><given-names>V. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>аспирант</p><p>Москва</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Postgraduate Student</p><p>Moscow, 107023</p></bio><email xlink:type="simple">sva2298@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Рачков</surname><given-names>М. Ю.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Rachkov</surname><given-names>M. Yu.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>д-р техн. наук, проф.</p><p>Москва</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Moscow, 107023</p></bio><email xlink:type="simple">michyur@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Московский политехнический университет</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Moscow Polytechnic University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2026</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>07</day><month>09</month><year>2026</year></pub-date><volume>27</volume><issue>9</issue><fpage>469</fpage><lpage>476</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Commercial Publisher «New Technologies», 2026</copyright-statement><copyright-year>2026</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><license xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice" xlink:type="simple"><license-p>https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/article/view/2090">https://mech.novtex.ru/jour/article/view/2090</self-uri><abstract><p>Представлена статическая модель оценки минимально необходимого разрежения в вакуумном захвате робота вертикального перемещения при удержании на наклонной поверхности одним опорным захватом. Конфигурацию системы задают углы наклона поверхности β и поворота платформы γ , а также геометрические параметры и положение центра масс. Получена аналитическая зависимость Δ Pmin( β , γ ), учитывающая три предельных механизма потери устойчивости: отрыв, скольжение и опрокидывание. Минимальное разрежение определяется как максимум соответствующих ограничений по силам и моментам с введением коэффициента запаса, учитывающего снижение атмосферного давления, вариации коэффициента трения и динамические возмущения. Для учета пространственной ориентации центра масс использован кватернионный аппарат поворотов. Разработан экспериментальный стенд с регулируемым углом наклона поверхности и пневмосистемой, обеспечивающей управляемое изменение разрежения и регистрацию критического момента начала движения. Предложен алгоритм определения критического разрежения по данным давления и угла поворота платформы. Проведено сравнение расчетных и экспериментальных значений Δ P для ряда конфигураций ( β , γ ). Показано, что расхождение не превышает нескольких процентов; средняя абсолютная процентная ошибка для абсолютного давления составила 2,26 %, средняя абсолютная ошибка по разрежению около 2,2 кПа. Полученные результаты подтверждают адекватность модели и позволяют использовать ее при проектировании вакуумных систем удержания, выборе геометрии захватов и синтезе алгоритмов управления роботом вблизи границ статической устойчивости. Предложенный подход обеспечивает единое расчетное выражение для анализа различных конфигураций робота и может быть расширен на многозахватные системы и задачи оптимизации расположения центра масс и параметров вакуумной системы. Модель ориентирована на инженерные расчеты и интеграцию в системы автоматизированного управления роботами вертикального перемещения, что может повысить надежность их функционирования в условиях неопределенных внешних воздействий и нагрузок систем.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The paper presents a static model for estimating the minimum required vacuum pressure in the suction gripper of a climbing robot when it is held on an inclined surface by a single supporting gripper. The system configuration is described by the surface inclination angle β , the platform rotation angle γ , as well as the geometric parameters and the position of the center of mass. An analytical expression Δ Pmin( β , γ ) is obtained, taking into account three limiting mechanisms of stability loss: detachment, slippage, and overturning. The minimum vacuum is determined as the maximum of the corresponding</p><p>force and moment constraints with the introduction of a safety factor that accounts for atmospheric pressure reduction, variations in the friction coefficient, and dynamic disturbances. To consider the spatial orientation of the center of mass, a quaternion-based rotation formalism is employed. An experimental test bench with an adjustable inclination angle and a pneumatic system enabling controlled variation of vacuum pressure and detection of the critical onset of motion is developed. An algorithm for determining the critical vacuum level based on pressure and platform rotation angle measurements is proposed. А comparison of theoretical and experimental Δ P values for several configurations ( β , γ ) is performed. The discrepancy is shown to remain within a few percent; the mean absolute percentage error for absolute pressure is 2.26 %, while the mean absolute error in vacuum pressure is about 2.2 kPa. The results confirm the adequacy of the proposed model and its applicability to the design of vacuum holding systems, selection of gripper geometry, and synthesis of control algorithms for robot operation near the boundaries of static stability. The proposed approach provides a unified analytical expression for analyzing various robot configurations and can be extended to multi-gripper systems and optimization of center-of-mass placement and vacuum system parameters.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>робот вертикального перемещения</kwd><kwd>вакуумный захват</kwd><kwd>статическая устойчивость</kwd><kwd>разрежение</kwd><kwd>кватернионы</kwd><kwd>отрыв</kwd><kwd>скольжение</kwd><kwd>опрокидывание</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>climbing robot</kwd><kwd>gripper</kwd><kwd>static stability</kwd><kwd>vacuum</kwd><kwd>quaternions</kwd><kwd>detachment</kwd><kwd>slippage</kwd><kwd>overturning</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Рачков М. Ю. Подводный робот вертикального перемещения для контактной дуговой резки // Мехатроника, автоматизация, управление. 2006. № 8. С. 18—24.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Rachkov M. Yu. VertiCal mOVement underwater rObOt fOr COntaCt arC Cutting, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2006, nO. 8, pp. 18—24 (in RuSSian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Рачков М. Ю. Робот вертикального перемещения по сложным поверхностям // Мехатроника, Автоматизация, Управление. 2002. № 6. С. 26—30.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Rachkov M. Yu. RObOt fOr vertiCal mOVement On COmplex SurfaCeS, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2002, nO. 6, pp. 26—30 (in RuSSian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ефимов М. И. Управление движением роботов с тросовыми движителями при перемещении по вертикальным поверхностям: дис. канд. техн. наук. Волгоград, 2023. С. 133.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Efimov M. I. COntrOl Of rObOtS with Cable prOpulSiOn SyStemS when mOVing On vertiCal SurfaCeS, diSSertatiOn fOr the degree Of Candidate Of TeChniCal SCienCeS, Volgograd, 2023, p. 133 (in RuSSian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Градецкий В. Г., Князьков М. М. Состояние и перспективы развития роботов вертикального перемещения для экстремальных сред // Робототехника и техническая кибернетика. 2014. № 1. С. 9—16.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gradetsky V. G., Knyazkov M. M. The State and prOSpeCtS Of develOpment Of vertiCal mOVement rObOtS fOr extreme envirOnmentS, Robotics and Technical Cybernetics, 2014, nO. 1, pp. 9—16 (in RuSSian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Lou S., Wei Z., Guo J., Ding Y., Liu J., Song А. Current Status and Trends of Wall-Climbing Robots Research // Machines. 2025. Vol. 13, N. 6. Art. 521. DOI: 10.3390/machines13060521.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Lou S., Wei Z., Guo J., Ding Y., Liu J., Song А. Current StatuS and TrendS Of Wall-Climbing RObOtS ReSearCh, Machines, 2025, vOl. 13, nO. 6, art. 521, DOI: 10.3390/maChineS13060521.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Мингазова И. Н. Обзор различных захватов для промышленных роботов-манипуляторов // Форум молодых ученых. 2018. № 7 (23). С. 644—650.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Mingazova I. N. Overview Of variOuS gripperS fOr induStrial rObOtiC manipulatOrS, Young Scientists Forum, 2018, nO. 7, vOl. 23, pp. 644—650 (in RuSSian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Zhao Q., Li X. Experimental Investigation on Climbing Robot Using Rotation-Flow Adsorption Unit // Robotics and Autonomous Systems. 2018. Vol. 105. P. 112—120. DOI: 10.1016/j.robot.2018.03.008.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zhao Q., Li X. Experimental InveStigatiOn On Climbing RObOt USing ROtatiOn-FlOw AdSOrptiOn Unit, Robotics and Autonomous Systems, 2018, vOl. 105, pp. 112—120, DOI: 10.1016/j.rObOt.2018.03.008.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Bilal Н. Design and Development of Wall-Climbing Robot // arXiv preprint arXiv:2301.05882. 2023. DOI: 10.48550/arXiv.2301.05882.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bilal Н. DeSign and DevelOpment Of Wall-Climbing RObOt, arXiv preprint, 2023, DOI: 10.48550/arXiv.2301.05882.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Тачков А. А., Калиниченко С. В., Малыхин А. Ю. Моделирование и оценка эффективности системы удержания малогабаритного автономного робота вертикального перемещения с вакуумными захватами // Мехатроника, автоматизация, управление. 2016. Т. 17, № 3. С. 178—186. DOI: 10.17587/mau/17.178-186.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Tachkov A. A., Kalinichenko S. V., Malykhin А. J. SimulatiOn and EvaluatiOn Of the AdheSiOn SyStem EffeCtiveneSS fOr a Miniature MObile Wall-Climbing RObOt with SuCtiOn CupS, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2016, vOl. 17, nO. 3, pp. 178—186, httpS://dOi.Org/10.17587/mau/17.178-186 (in RuSSian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Быков Н. В., Власова Н. С., Губанов М. Ю., Лапин Д. В. Механизм вертикального перемещения мобильного гусеничного робота с гибридным магнитно-ленточным принципом сцепления // Мехатроника, автоматизация, управление. 2020. Т. 21, № 3. С. 158—165. DOI: 10.17587/mau.21.158-166.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bykov N. V., Vlasova N. S., Gubanov M. Yu., Lapin D. V. VertiCal mOVement meChaniSm fOr a mObile traCked rObOt with a hybrid magnetiC tape traCtiOn prinCiple. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2020, vOl. 21, nO. 3, pp. 158—165, httpS://dOi.Org/10.17587/mau.21.158-166 (in RuSSian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ширяев В. А., Рачков М. Ю. Педипуляторный робот вертикального перемещения, патент РФ № 221076, 2023.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Shiryayev V. A., Rachkov M. Yu. VertiCal mOVement pedipulatOr rObOt, RuSSian FederatiOn patent nO. 221076, 2023 (in RuSSian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Груничев П. А., Воротников С. А., Самойлова А. С. Система управления роботом вертикального перемещения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 4. С. 330—338.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Grunichev P. A., Vorotnikov S. A., Samoilova А. S. VertiCal MOVement RObOt COntrOl SyStem, News of Tula State University. Technical Sciences, 2021, nO. 4, pp. 330—338 (in RuSSian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ge D., Tang Y., Ma S., Matsuno T. А Pressing Attachment Approach for a Wall-Climbing Robot Utilizing Passive Suction Cups // Robotics. 2020. Vol. 9, N. 2. Art. 26. DOI: 10.3390/robotics9020026.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ge D., Tang Y., Ma S., Matsuno T. А PreSSing AttaChment ApprOaCh fOr a Wall-Climbing RObOt Utilizing PaSSive SuCtiOn CupS, RObOtiCS, 2020, vOl. 9, nO. 2, art. 26, DOI: 10.3390/rObOtiCS9020026.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Серебренный В. В., Бошляков А. А., Калиниченко С. В., Огородник А. И., Коновалов К. В. Шагающий робот для перемещения по вертикальным и произвольно ориентированным в пространстве поверхностям // Мехатроника, автоматизация, управление. 2021. Т. 22, № 11. С. 585—593. DOI: 10.17587/mau.22.585-593.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Serebrenny V. V., Boshlyakov A. A., Kalinichenko S. V., Ogorodnik A. I., Konovalov K. V. Walking rObOt fOr mOVing On VertiCal and arbitrarily Oriented SurfaCeS, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2021, vOl. 22, nO. 11, pp. 585—593, DOI: 10.17587/mau.22.585-593 (in RuSSian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Солдатов Е. С., Солдатов А. С. Интеллектуальные робототехнические средства мониторинга состояния промышленного оборудования // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. № 8. С. 319—323. DOI: 10.24412/2071-6168-2024-8-319-320.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Soldatov E. S., Soldatov А. S. Intelligent rObOtiC meanS Of mOnitOring the COnditiOn Of induStrial equipment, News of Tula State University. Technical Sciences, 2024, nO. 8 pp. 319—323, DOI: 10.24412/2071-6168-2024-8-319-320 (in RuSSian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Liu J., Tanaka K., Bao L. M., Yamaura I. Analytical Modelling of Suction Cups Used for Window-Cleaning Robots // Vacuum. 2006. Vol. 80, N. 6. P. 593—598. DOI: 10.1016/j.vacuum.2005.10.002.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Liu J., Tanaka K., Bao L. M., Yamaura I. AnalytiCal MOdelling Of SuCtiOn CupS USed fOr WindOw-Cleaning RObOtS, Vacuum, 2006, vOl. 80, nO. 6, pp. 593—598, DOI: 10.1016/j.vaCuum.2005.10.002.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Yeon Taek Oh. Study of Wall Climbing Robot Structure and Driving Torque Analysis // International Journal of Engineering Trends and Technology. 2021. Vol. 69, N. 9. DOI: 10.14445/22315381/IJETT-V69I9P230.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Yeon Taek Oh. Study Of Wall Climbing RObOt StruCture and Driving TOrque AnalySiS, International Journal of Engineering Trends and Technology, 2021, vOl. 69, nO 9, DOI: 10.14445/22315381/IJETT-V69I9P230.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Guo B., Zheng X., Fang S., Yang L. Suction Cup Quality Prediction by Digital Image Correlation: SAE Technical Paper 2023-01-0067. 2023. DOI: 10.4271/2023-01-0067.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Guo B., Zheng X., Fang S., Yang L. SuCtiOn Cup Quality PrediCtiOn by Digital Image COrrelatiOn, SAE Technical Paper 2023-01-0067, 2023, DOI: 10.4271/2023-01-0067.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Каныгин А. В. Снижение рисков разрушения робота вертикального перемещения при некоторых сценариях, возникающих во время его функционирования // Политехнический молодежный журнал. 2022. № 4. С. 1—11.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kanygin А. V. ReduCing the riSk Of damage tO VertiCal mOVement rObOtS in Certain SCenariOS that ariSe during their OperatiOn, Polytechnic Youth Magazine, 2022, nO. 4, pp. 1—11 (in RuSSian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit20"><label>20</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Соцков И. А. Основные показатели и требования к захватывающим устройствам промышленных роботов // Comp. nanotechnol. 2018. № 2. С. 49—51.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sotsov I. A. Key indiCatOrS and requirementS fOr gripping deviCeS Of induStrial rObOtS, Comp. nanotechnol, 2018, nO. 2, pp. 49—51 (in RuSSian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
