novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.21.232-241novtexmech-788Research ArticleРОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫROBOT, MECHATRONICS AND ROBOTIC SYSTEMSИсследование работы системы корректировки длины корпуса в процессе изменения конфигурации трехзвенного ползающего роботаStudy of the Work of the Length Correction System for a Crawling Robot Changing its ConfigurationВорочаеваЛ. Ю.VorochaevaL. Yu.

Доцент

г. Курск

mila180888@yandex.ruСавинС. И.SavinS. I.

Старший научный сотрудник

г. Иннополис

s.savin@innopolis.ruЯцунА. С.YatsunA. S.

Доцент

г. Курск

ayatsun@yandex.ruЮго-Западный государственный университетРоссияSouthwest State UniversityRussian FederationУниверситет ИннополисРоссияInnopolis UniversityRussian Federation202011042020214232241Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20202020Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/788

Рассматриваются вопросы движения трехзвенного ползающего робота по горизонтальной шероховатой поверхности, обеспечивающего изменение его конфигурации. Контакт робота с поверхностью осуществляется в четырех опорах, спроектированных таким образом, что коэффициент трения в них является управляемой величиной, что позволяет периодически фиксировать те или иные опоры на поверхности. Робот состоит из модулей, каждый из которых представляет собой поступательную пару, а между собой модули соединены двухкоординатными шарнирами. Предложено рассматривать эти модули как звенья переменной длины. Для данного устройства найдены основные кинематические соотношения, задан вектор обобщенных координат и описаны накладываемые в процессе движения связи. Изменение конфигурации робота происходит при фиксации на поверхности двух крайних опор за счет плоского движения звеньев из заданного начального в требуемое конечное положение. Реализация такого движения требует изменения длин звеньев (в самом простом случае достаточно изменения длины одного звена, в самом сложном — трех), для осуществления которого предложена оригинальная система корректировки. В работе рассматривается наиболее простой вариант корректировки, заключающийся в варьировании длины одного звена, в качестве которого выступает корпус робота, движения двух других звеньев определяются работой соответствующих приводов. В результате численного моделирования определен диапазон допустимых значений удлинения/укорочения корпуса робота при варьировании относительного угла между корпусом и одним из боковых звеньев в заданном диапазоне. Помимо этого, выявлены четыре интервала изменения относительного угла, на каждом из которых характер варьирования длины центрального звена отличается числом достигаемых максимумов и минимумов. Также построены зависимости изменения угла поворота бокового звена, при котором длина корпуса достигает своих максимального и минимального значений, от ранее указанного относительного угла и времени движения. Приведены и проанализированы временные законы изменения углов поворота звеньев. 

The article discusses the movement of a three-link crawling robot on a horizontal rough surface, while changing its configuration. The robot contacts the surface in four points where active bearings are in place. The active bearings are designed in such a way that their dry friction coefficient is a controlled quantity, which allows periodically fixing these bearings to the surface. The robot consists of modules, each of which is a translational pair, and the modules are interconnected by two-axis hinges. It is proposed to consider these modules as links of variable length. In the paper, the basic kinematic relationships for this robot were found, a vector of generalized coordinates was specified, and the constraints imposed during the movement were described. The studied here motion corresponds to a scenario where two outer bearings are fixed on the surface, while links execute planar movements from a given initial to the desired final position. The implementation of such a movement requires a change in the lengths of the links (in the simplest case, a change in the length of one link is enough, in the most difficult case, all three are required to change length), for the implementation of which a correction system is proposed. The method considered in the work consists in varying the length of one link, which is the robot body, the movements of the other two links are determined by the operation of the corresponding drives. As a result of numerical simulation, the range of allowable values for the elongation / shortening of the robot body is determined by varying the relative angle between the body and one of the side links in a given range. In addition, four intervals of changes in the relative angles were revealed, at each of which the nature of the variation in the length of the central link differs in the number of maxima and minima achieved. Also, the dependences of the change in the angle of rotation of the side link, at which the length of the body reaches its maximum and minimum lengths, from the previously specified relative angle and time of movement, are constructed. The temporal laws of changes in the rotation angles of the links are given and analyzed. 

трехзвенный ползающий роботуправляемые движенияизменение конфигурацииблок управления походкойблок формирования задающих воздействийблок управления звеньямисистема корректировки длин звеньевthree-link crawling robotcontrolled movementsconfiguration changegait control unitgeneration of control inputslink control unitlink length adjustment systemРабота выполнена в рамках Гранта Президента МК-200.2019.1.This work was carried out as part of the Presidential Grant MK-200.2019.1.ReferencesDrumwright E., Trinkle J. C. Contact simulation // Humanoid Robotics: A Reference. 2016. P. 1—55.Drumwright E., Trinkle J. C. Contact simulation, Humanoid Robotics: A Reference, 2016, pp. 1—55.Koh J. S., Cho K. J. Omega-shaped inchworm-inspired crawling robot with large-index-and-pitch (LIP) SMA spring actuators // IEEE/ASME Transactions On Mechatronics. 2012. Vol. 18, N. 2. P. 419—429.Koh J. S., Cho K. J. Omega-shaped inchworm-inspired crawling robot with large-index-and-pitch (LIP) SMA spring actuators, IEEE/ASME Transactions On Mechatronics, 2012, vol. 18, no. 2, pp. 419—429.Ворочаева Л. Ю., Савин С. И. Классификационные признаки роботов, перемещающихся по трубам // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2018. № 3. С. 89—100.Vorochaeva L. Yu., Savin S. I. Klassifikacionnye priznaki robotov, peremeshchayushchihsya po trubam, Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. SHuhova, 2018, no. 3, pp. 89—100 (in Russian).Sahai R., Avadhanula S., Groff R., Steltz E., Wood R., Fearing R. S. Towards a 3g crawling robot through the integration of microrobot technologies // Proc. IEEE Intern. Conf. on Robotics and Automation (ICRA), Orlando, FL, USA. 2006. P. 296—302.Sahai R., Avadhanula S., Groff R., Steltz E., Wood R., Fearing R. S. Towards a 3g crawling robot through the integration of microrobot technologies, Proc. IEEE Intern. Conf. on Robotics and Automation (ICRA), Orlando, FL, USA, 2006, pp. 296—302.Tan N., Mohan R. E., Elangovan K. Scorpio: A biomimetic reconfigurable rolling—crawling robot // Intern. J. of Advanced Robotic Systems. 2016. Vol. 13, N. 5. P. 1—16.Tan N., Mohan R. E., Elangovan K. Scorpio: A biomimetic reconfigurable rolling—crawling robot , Intern. J. of Advanced Robotic Systems, 2016, vol. 13, no. 5, pp. 1—16.Jung G. P., Casarez C. S., Jung S. P., Fearing R. S., Cho K. J. An integrated jumping-crawling robot using heightadjustable jumping module // Proc. IEEE Intern. Conf. on Robotics and Automation (ICRA), Stockholm, Sweden. 2016. P. 4680—4685.Jung G. P., Casarez C. S., Jung S. P., Fearing R. S., Cho K. J. An integrated jumping-crawling robot using height-adjustable jumping module, Proc. IEEE Intern. Conf. on Robotics and Automation (ICRA), Stockholm, Sweden, 2016, pp. 4680—4685Ворочаева Л. Ю., Мальчиков А. В., Савин С. И. Определение диапазонов допустимых значений геометрических параметров колесного прыгающего робота // Известия Юго-Западного государственного университета. 2018. № 22(2). С. 76—84.Vorochaeva L. Yu., Malchikov A. V., Savin S. I. Opredelenie diapazonov dopustimyh znachenij geometricheskih parametrov kolesnogo prygayushchego robota, Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta, 2018, no. 22(2), pp. 76—84 (in Russian).Черноусько Ф. Л. Управление движением многозвенников на шероховатой плоскости // Труды Института математики и механики УрО РАН. 2000. № 6(1). С. 277—287.Chernous’ko F. L. Upravlenie dvizheniem mnogozvennikov na sherohovatoj ploskosti, Trudy Instituta matematiki i mekhaniki UrO RAN, 2000, no. 6(1), pp. 277—287 (in Russian).Черноусько Ф. Л. О движении трехзвенника по горизонтальной плоскости // ПММ. 2001. Т. 65, Вып. 1. С. 15—20.Chernous’ko F. L. O dvizhenii tryohzvennika po gorizontal’noj ploskosti, PMM, 2001, vol. 65, no. 1, pp. 15—20 (in Russian).Ворочаева Л. Ю., Яцун А. С., Яцун С. Ф. Моделирование движения пятизвенного ползающего робота с управляемым трением по поверхности с препятствиями // Изв. РАН. ТиСУ. 2017. № 3. С. 191—216.Vorochaeva L. Yu., Yatsun А. S., Yatsun S. F. Simulation of the motion of a five-link crawling robot with controlled friction on a surface having obstacles, Intern. J. of Computer and Systems Sciences, 2017, vol. 56, no. 3, pp. 527—552 (in Russian).Ворочаева Л. Ю., Пановко Г. Я., Савин С. И., Яцун А. С. Моделирование движения пятизвенного ползающего робота с управляемым трением // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2017. № 6. С. 12—19.Vorochaeva L. Yu., Panovko G. Ya., Savin S. I., Yatsun A. S. Movement Simulation of a Five-Link Crawling Robot with Controlled Friction Forces, J. of Machinery Manufacture and Reliability, 2017, vol. 46, no. 6, pp. 527—535 (in Russian).Ворочаева Л. Ю., Наумов Г. С., Яцун С. Ф. Моделирование движения трехзвенного робота с управляемыми силами трения по горизонтальной шероховатой поверхности // Известия РАН. ТиСУ. 2015. № 1. С. 156—170. 1Vorochaeva L. Yu., Naumov G. S., Yatsun S. F. Simulation of Motion of a Three-Link Robot with Controlled Friction Forces on a Horizontal Rough Surface, Intern. J. of Computer and Systems Sciences, 2015, vol. 54, no. 1, pp. 151—164 (in Russian).Vorochaeva L. Yu., Panovko G. Ya., Savin S. I., Yatsun A. S. Movement Simulation of a Five-Link Crawling Robot with Controlled Friction Forces // J. of Machinery Manufacture and Reliability. 2017. Vol. 46, N. 6. Р. 527—535.Vorochaeva L. Yu., Panovko G. Ya., Savin S. I., Yatsun A. S. Movement Simulation of a Five-Link Crawling Robot with Controlled Friction Forces, J. of Machinery Manufacture and Reliability, 2017, vol. 46, no. 6, pp. 527—535.Vorochaeva L. Yu., Yatsun А. S., Yatsun S. F. Simulation of the motion of a five-link crawling robot with controlled friction on a surface having obstacles // Intern. J. of Computer and Systems Sciences. 2017. Vol. 56, N. 3. P. 527—552.Vorochaeva L. Yu., Yatsun А. S., Yatsun S. F. Simulation of the motion of a five-link crawling robot with controlled friction on a surface having obstacles, Intern. J. of Computer and Systems Sciences, 2017, vol. 56, no. 3, pp. 527—552.Vorochaeva L. Yu., Naumov G. S., Yatsun S. F. Simulation of Motion of a Three-Link Robot with Controlled Friction Forces on a Horizontal Rough Surface // Intern. J. of Computer and Systems Sciences. 2015. Vol. 54, N. 1. P. 151—164.Vorochaeva L. Yu., Naumov G. S., Yatsun S. F. Simulation of Motion of a Three-Link Robot with Controlled Friction Forces on a Horizontal Rough Surface, Intern. J. of Computer and Systems Sciences, 2015, vol. 54, no. 1, pp. 151—164.

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