novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.20.280-290novtexmech-628Research ArticleРОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫROBOT, MECHATRONICS AND ROBOTIC SYSTEMSМоделирование оптимального режима работы манипулятора для разминированияModelling of Demining Manipulator Optimal FunctioningРачковМ. Ю.RachkovM. Yu.

Доктор технических наук, профессор

Corresponding author: Rachkov Mikhail Yu., D. Sc., Prof., Moscow Politech

Moscow, 107023

michyur@gmail.comМосковский ПолитехРоссияMoscow PolitechRussian Federation201924052019205280290Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20192019Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/628

Описывается моделирование манипулятора для разминирования, который содержит пневматический привод, инфракрасный датчик и нейтрализатор мин. Инфракрасный датчик определяет положение мины в режиме сканирования манипулятора и подает управляющий сигнал на вход блока управления привода манипулятора для точного позиционирования нейтрализатора над обнаруженной миной. Решена задача оптимального позиционирования манипулятора в смысле минимизации энергопотребления на управление. Контур обратной связи содержит только один датчик для выполнения оптимального позиционирования системы благодаря применению наблюдателя. Управление системой осуществляется с помощью пневматического сигнала. Информация о текущем состоянии системы подается от датчика давления, подключенного к пневматическим цилиндрам, и от наблюдателя. Представлена реализация системы оптимального управления, которая требует только трех блоков масштабирования и одного сумматора, при этом модель манипулятора состоит из двух интеграторов, одного сумматора и двух блоков масштабирования. Реализовано компьютерное моделирование работы инфракрасного датчика мин. Рассчитано затухание микроволн и потребляемая мощность на заданной глубине залегания мины в грунте. Работа инфракрасного датчика моделируется в двухфазном режиме поиска мин. Полученное распределение температуры внутри объема грунта, содержащего мину, после воздействия на рабочую зону микроволнами, позволяет получать информацию о местонахождении мины. Представлены результаты моделирования поиска мины инфракрасным датчиком и моделирования позиционирования нейтрализатора с помощью пневматического манипулятора. Сравнение результатов моделирования и эксперимента показывает, что допущения, принятые при моделировании, достаточно точно соответствуют параметрам реального процесса.

The paper describes the modelling of a demining manipulator that contains a pneumatic drive, an infrared mine detector and a mine neutralizator. The infrared mine detector identifies the mine position in the scanning mode of the manipulator and gives a control signal to an input of a manipulator drive control unit for accurate positioning of the neutralizator above the detected mine. A problem of the optimal manipulator positioning in the sense of the control energy consumption minimization is solved. The feedback loop contains only one sensor to perform the optimal positioning of the third-order control object due to an observer application. Modelling results of the infrared detector mine searching and of the neutralizator positioning by means of a pneumatic manipulator are presented. A comparison of modelling and experimental results shows that modelling assumptions correspond enough to real process parameters.

моделированиеманипуляторразминированиепневматический приводоптимальное позиционированиеинфракрасный датчикнаблюдательmodellingdemining manipulatorpneumatic driveoptimal positioninginfrared mine detectorobserverReferencesLandmine Monitor 2015, International Campaign to Ban Landmines — Cluster Munition Coalition (ICBL-CMC), 2015.Landmine Monitor 2015, International Campaign to Ban Landmines — Cluster Munition Coalition (ICBL-CMC), 2015.de Almeida A. T., Khatib O. K. Autonomous Robotics Systems, Springer, 1998.de Almeida A. T., Khatib O. K. Autonomous Robotics Systems, Springer, 1998.Mikulic D. Design of demining machines, Springer, 2013.Mikulic D. Design of demining machines, Springer, 2013.de Santos P. G., Cobano J. A., Garcia E., Estremera J., Armada M. A six-legged robot-based system for humanitarian demining missions, Mechatronics, 2007, vol. 17, no. 8, pp. 417—430.de Santos P. G., Cobano J. A., Garcia E., Estremera J., Armada M. A six-legged robot-based system for humanitarian demining missions, Mechatronics, 2007, vol. 17, no. 8, pp. 417—430.Santana P. F., Barata J., Correia L. Sustainable robots for humanitarian demining, International Journal of Advanced Robotic Systems, 2007, vol. 4, no. 2, pp. 207—218.Santana P. F., Barata J., Correia L. Sustainable robots for humanitarian demining, International Journal of Advanced Robotic Systems, 2007, vol. 4, no. 2, pp. 207—218.Rachkov M., Marques L., de Almeida A. T. Automation of Demining, University Press, University of Coimbra, 2002.Rachkov M., Marques L., de Almeida A. T. Automation of Demining, University Press, University of Coimbra, 2002.Rachkov M. Yu., Crisóstomo M., Marques L., de Almeida A. T. Positional control of pneumatic manipulators for construction tasks, Automation in Construction, Elsevier Science, 2002, 11 (6), pp. 655—665.Rachkov M. Yu., Crisóstomo M., Marques L., de Almeida A. T. Positional control of pneumatic manipulators for construction tasks, Automation in Construction, Elsevier Science, 2002, 11 (6), pp. 655—665.Yinon J. Forensic and environmental detection of explosives, Wiley, 1999.Yinon J. Forensic and environmental detection of explosives, Wiley, 1999.Noro D., Sousa N., Marques L., de Almeida A. T. Active Detection of Antipersonnel Landmines by Infrared, Annals of Electrotechnical Engineering Technology, Portuguese Engineering Society, 1999.Noro D., Sousa N., Marques L., de Almeida A. T. Active Detection of Antipersonnel Landmines by Infrared, Annals of Electrotechnical Engineering Technology, Portuguese Engineering Society, 1999.Pozar D. M. Microwave Engineering, Second Edition, John Wiley & Sons, 1998.Pozar D. M. Microwave Engineering, Second Edition, John Wiley & Sons, 1998.Griffiths J. Radio Wave Propagation and Antenas: an introduction, Prentice-Hall, 1987.Griffiths J. Radio Wave Propagation and Antenas: an introduction, Prentice-Hall, 1987.Bengtsson N. E., Ohlsson T. Microwave Heating in the Food Industry, Proc. of the IEEE, 1974, vol. 62, no. 1.Bengtsson N. E., Ohlsson T. Microwave Heating in the Food Industry, Proc. of the IEEE, 1974, vol. 62, no. 1.Metaxas A. C. Foundations of Electroheat — a unified approach, John Wiley & Sons, 1996.Metaxas A. C. Foundations of Electroheat — a unified approach, John Wiley & Sons, 1996.MATLAB, High-Performance Numeric Computation and Visualization Software, The Math Works, Inc., 2016.MATLAB, High-Performance Numeric Computation and Visualization Software, The Math Works, Inc., 2016.Hipp J. E. Soil Electromagnetic Parameters as Functions of Frequency, Soil Density, and Soil Moisture, Proc. of the IEEE, 1974, vol. 62, no. 1.Hipp J. E. Soil Electromagnetic Parameters as Functions of Frequency, Soil Density, and Soil Moisture, Proc. of the IEEE, 1974, vol. 62, no. 1.Hallikainen M. T. et al. Microwave Dielectric Behavior of Wet Soil — Part I: Empirical Models and Experimental Observations, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1985, vol. GE-23, no. 1.Hallikainen M. T. et al. Microwave Dielectric Behavior of Wet Soil — Part I: Empirical Models and Experimental Observations, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1985, vol. GE-23, no. 1.Luenberger D. Observers for multivariable systems, IEEE Trans. on Automatic Control, AC-11, 1966.Luenberger D. Observers for multivariable systems, IEEE Trans. on Automatic Control, AC-11, 1966.Brammer K., Ziffling G. Kalman-Bucy filter, Nauka, Moscow, 1982 (in Russian).Brammer K., Ziffling G. Kalman-Bucy filter, Nauka, Moscow, 1982 (in Russian).Reutenberg Ya. N. Automatic control, Nauka, Moscow, 1978 (in Russian).Reutenberg Ya. N. Automatic control, Nauka, Moscow, 1978 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.