Об управлении тяговыми характеристиками и сопротивлением движению мобильных роботов с шагающими движителями

Рассматривается проблема повышения тягово-динамических свойств мобильных роботов с шагающими движителями. Анализируется взаимозависимость тяговых усилий, развиваемых движителями, и сил сопротивления движению роботов, обусловленных их взаимодействием с окружающей средой. Предлагается математическая модель, основанная на квазистатическом характере движения робота и учитывающая статическую неопределенность задачи. Статическая неопределимость обусловлена наличием движителей на каждом из бортов, причем число взаимодействующих с опорной поверхностью движителей больше двух. Особенностью решения является учет походки и расписания движения робота, характеризующих временную последовательность нахождения движителей в фазе взаимодействия с опорной поверхностью и в фазе переноса в новое положение. Походка характеризуется также и коэффициентом режима, являющегося отношением времени нахождения движителя в фазе опоры к полному времени цикла его движения. Вводится критерий оптимальности, на основе которого оценивается конструктивное совершенство движителей и места их установки на роботе. Критерий оптимальности состоит из двух показателей: максимального тягового усилия и средней силы сопротивления движению. Тяговое усилие принимается пропорциональным сумме максимальных нормальных нагрузок, действующих на каждый движитель, а силы сопротивления — пропорциональными квадратам тех же нагрузок. Проведено имитационное моделирование, доказывающее зависимость тяговых свойств и сил сопротивления движению от места установки движителей. Сравнивались две системы вертикального расположения точек подвеса движителей. Установлено, что достаточно малое изменение вертикальной координаты точки подвеса даже одного движителя оказывает заметное влияние на изменение максимальных тяговых усилий и сил сопротивления движению. Сделаны выводы о том, что за счет регулирования вертикального положения стопы движителя относительно корпуса робота можно управлять тяговыми свойствами и сопротивлением движению, а следовательно, важна точность позиционирования стопы механизма шагания движителя в процессе движения.

1. Политехнический словарь / Гл. ред. акад. И. И. Артоболевский. М.: Сов. энциклопедия, 1976. 608 с.

2. Брискин Е. С., Серов В. А., Шаронов Н. Г., Пеньшин И. С. Об особенностях управления движением мобильных роботов с движителями якорно-тросового типа // Экстремальная робототехника. 2017. Т. 1, № 1. С. 336—343.

3. Гуськов В. В., Велев Н. Н., Атаманов Ю. Е. и др. Тракторы: Теория: "Автомобили и тракторы" / Под общ. ред. В. В. Гуськова. М.: Машиностроение, 1988. 374 с.

4. Смирнов Г. А. Теория движения колесных машин. М.: Машиностроение, 1990. 352 с.

5. Игнатьев М. Б., Кулаков Ф. М., Покровский А. М. Алгоритмы управления роботами-манипуляторами. М.: Машиностроение, Ленингр. отд., 1972. 248 с.

6. Брискин Е. С. Об общей динамике и повороте шагающих машин // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1997. № 6. С. 33—39.

7. Брискин Е. С., Жога В. В., Чернышев В. В., Малолетов А. В. Динамика и управление движением шагающих машин с цикловыми движителями. М.: Машиностроение, 2009. 191 с.

8. Гориневский Д. М., Шнейдер А. Ю. О динамике малых движений шагающего аппарата при наличии обратной связи по опорным реакциям // Известия Академии наук СССР. Механика твердого тела. 1987. № 6. С. 397.

9. Шнейдер А. Ю., Гориневский Д. М. Управление опорными реакциями шагающего аппарата при движении по грунтам с различными несущими свойствами // Институт проблем передачи информации АН СССР. Препринт. М.: ИППИ. 1986. 72 с.

10. Смирная Л. Д. Об оптимальном распределении нормальных реакций шагающих движителей подводных роботов // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2019. № 3(226). С. 47—50.