Исследование подводного робота с волнообразным движителем

Статья посвящена анализу механизма волнообразного движения подводных роботов. Приводится краткий обзор исследований, связанных с разработкой математической модели движения подводного робота с использованием волнообразного движителя в рабочем пространстве. Эта математическая модель имитирует движение некоторых видов рыб, например, скатов-батоидов (batoids). Целью исследования было обоснование возможности создания движительного механизма робота, в котором волнообразное движение плавника обеспечивается колебательными движениями отдельных элементов, реализуемых серводвигателями. При соответствующем управлении эти движения обеспечивают распространение волны в гибком плавнике робота. Преимуществом такого подхода является значительное повышение маневренности аппарата по сравнению с существующими моделями. Кроме того, движение становится практически бесшумным. Приводятся результаты предварительных экспериментов, выполненных на макете робота в целях проверки основных режимов движения. Эксперименты подтвердили возможность реализации предложенного способа управления. Определены параметры модели, обеспечивающие устойчивое движение подводного робота.

1. Vorotnikov S., Ermishin K., Nazarova A., Yuschenko A. Multi-agent robotic systems in collaborative robotics // International Conference on Interactive Collaborative Robotics. Springer, Cham. 2018. Sep. 18. P. 270—279.

2. Serebrennyi V., Boshliakov A., Ovsiankin G. Active stabilization in robotic vision systems // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 161. P. 03019.

3. Mashkov K., Rubtsov V., Rubtsov I. Development of robotics technologies in agriculture // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 224. P. 05004.

4. Rubtsov I. V., Rubtsov V. I., Lapshov V. S., Konovalov K. V. Simulation in MATLAB group control when conducting reconnaissance in areas // AIP Conference Proceedings. 2019 Dec 17. Vol. 2195, N. 1. P. 020009).

5. Serebrennyi V., Boshlyakov A., Ogorodnik A. Current control in the drives of dexterous robot grippers // International Conference on Interactive Collaborative Robotics. 2018 Sep. 18. P. 239—248.

6. Wang S., Wang Y., Wei Q., Tan M., Yu J. A bio-inspired robot with undulatory fins and its control methods // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2016 Oct 31. Vol. 22, N. 1. P. 206—216.

7. Bi S., Niu C., Cai Y., Zhang L., Zhang H. A waypointtracking controller for a bionic autonomous underwater vehicle with two pectoral fins // Advanced Robotics. 2014. May 19. Vol. 28, N. 10. P. 673—681.

8. NOA MARINE unmanned technologies as an intelligent network for remote underwater observation of the ecosystems of the Baltic Sea. URL: https://fundacjamare.pl/file/repository/Michal_Latacz_NOA_MARINE_1.pdf.

9. Engineers Use Biomimicry to Innovate the Propulsion of Unmanned Underwater Vehicles. URL: https://www.ansys.com/blog/biomimicry-innovates-unmanned-underwater-vehicles.

10. Pliant Energy Systems — Swimming Skating Crawling Robot. URL: https://www.pliantenergy.com/robotics

11. URL: https://www.festo.com/tw/en/e/journal/collisionfree-swimming-with-ultrasound-id_45231/

12. Hu T., Shen L., Lin L., Xu H. Biological inspirations, kinematics modeling, mechanism design and experiments on an undulating robotic fin inspired by Gymnarchus niloticus // Mechanism and machine theory. 2009 Mar 1. Vol. 44, N. 3. P. 633—645.

13. Sfakiotakis M., Lane D. M., Davies J. B. Review of fish swimming modes for aquatic locomotion // IEEE Journal of oceanic engineering. 1999 Apr. Vol. 24, N. 2. P. 237—252.

14. Hu T., Low K. H., Shen L., Xu X. Effective phase tracking for bioinspired undulations of robotic fish models: A learning control approach // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2012 Nov. 26, Vol. 19, N. 1. P. 191—200.

15. He J., Zhang Y. Development, and motion testing of a robotic ray // Journal of Robotics. 2015 Jan 1.

16. Wang S., Dong X., Shang L J. Thrust analysis of the undulating ribbon-fin for biomimetic underwater robots // 2011 2nd International Conference on Intelligent Control and Information Processing. 2011. Jul 25. Vol. 1. P. 335—340.

17. Benson T. Shape effects on drag. NASA Webpage. URL: http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/rocket/shaped.html.2004.