Идентификация параметров взаимодействия звеньев подводных манипуляторов с вязкой средой для точного автоматического выполненияманипуляционных операций. Часть 1

Решается задача выявления особенностей взаимодействия звеньев подводных манипуляторов (ПМ), которыми оснащаются автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА), с вязкой средой. Показывается, что для точного управления ПМ обязательно должны быть максимально корректно учтены вязкие трения, а также массы и моменты инерции жидкости, присоединяемой к звеньям ПМ в процессе его движения. Процедура идентификации параметров взаимодействия перемещающегося ПМ и вязкой среды проводится перед началом технологических операций вблизи объектов работ. Эти параметры в дальнейшем используются при расчете силовых и моментных воздействий со стороны движущегося ПМ на корпус АНПА для его высокоточной стабилизации в режиме зависания над объектами работ, а также для реализации обратных связей синтезируемых позиционно-силовых систем управления ПМ, обеспечивающих автоматическое выполнение подводных контактных технологических операций.

В первой части статьи на основе рекуррентных уравнений решения обратной задачи динамики представлена динамическая модель ПМ в виде линейной регрессии, в которой неизвестные параметры входят линейно в уравнения обобщенных сил (моментов), действующих в сочленениях ПМ. Этот вид модели ПМ позволяет выполнить идентификацию всех неизвестных параметров с помощью линейного фильтра Калмана.

Результаты исследования полной математической модели АНПА с ПМ, выполненные во второй части статьи, подтвердили работоспособность и высокую эффективность предлагаемого метода идентификации параметров взаимодействия звеньев ПМ с вязкой средой.

1. Griffiths G. Technology and Applications of Autonomous Underwater Vehicles. London: CRC Press, 2003. 368 с.

2. Инзарцев А. В., Киселев Л. В., Костенко В. В., Матвиенко Ю. В., Павин А. М., Щербатюк А. Ф. Подводные робототехнические комплексы: системы, технологии, применение. Владивосток: Изд-во ИПМТ ДВО РАН, 2018. 368 с.

3. Ehlers F. Autonomous Underwater Vehicles: Design and practice. London: IET Digital Library, 2020. 592 с.

4. Antonelli G. Underwater Robots. Springer International Publishing Switzerland, 2014. 279 с.

5. Ribas D., Palomeras N., Ridao P., Carreras M., Mallios А. Girona 500 AUV: From Survey to Intervention // IEEE/ ASME Transactions on Mechatronics. 2012. Vol. 17, N. 1. P. 46—53.

6. Патент РФ № 2799176, Бюл. № 19 от 04.07.2023. Способ позиционно-силового управления автономным необитаемым подводным аппаратом с многостепенным манипулятором / Зуев А. В., Филаретов В. Ф., Тимошенко А. А.

7. Filaretov V., Yukhimets D. Synthesis method of control system for spatial motion of autonomous underwater vehicle // International Journal of Industrial Engineering and Management. 2012. Vol. 3, N. 3. P. 133—141.

8. Зуев А. В., Филаретов В. Ф. Особенности создания комбинированных позиционно-силовых систем управления манипуляторами // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2009. № 1. С. 154—162.

9. Филаретов В. Ф., Зуев А. В., Тимошенко А. А. Особенности выполнения технологических операций с помощью автономных необитаемых подводных аппаратов, оснащаемых многозвенными манипуляторами // Вестник ДВО РАН. 2024. № 3. С. 54—64.

10. Филаретов В. Ф., Юхимец Д. А., Мурсалимов Э. Ш. Метод идентификации параметров математической модели подводного аппарата // Мехатроника, автоматизация, управление. 2012. № 10. С. 64—70.

11. Потапов А. П., Галяев И. А., Галяев А. А. Об одной задаче идентификации модели необитаемого подводного аппарата // Мехатроника, автоматизация, управление. 2024. Т. 25, № 3. С. 132—141.

12. Лойцянский Л. Механика жидкости и газа. Рипол Классик, 1950. 676 с.

13. Newman J. N. Marinehydrodynamics. London: The MIT press, 2018. 448 с.

14. Кленов А. И., Ветчанин Е. В., Килин А. А. Экспериментальное определение присоединенных масс тела методом буксировки // Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки. 2015. Т. 25, № 4. С. 568—582.

15. Javanmard E., Mansoorzadeh Sh., Javad A. M. А new CFD method for determination of translational added mass coefficients of an underwater vehicle // Ocean Engineering. 2020. Vol. 215. P. 1—9.

16. Tang S., Ura T., Nakatani T., Thornton B., Jiang T. Estimation of the hydrodynamic coefficients of the complex-shaped autonomous underwater vehicle TUNA-SAND // J. Mar. Sci. Technol. 2009. Vol. 14. СP. 373—386.

17. Колюбин С. А. Динамика робототехнических систем. СПб: Изд-во Ун-та ИТМО, 2017. 117 с.

18. McMillan S., Orin D. E., McGhee R. B. Efficient dynamic simulation of an unmanned underwater vehicle with a manipulator // Proc. of the International Conference on Robotics and Automation. 1994. P. 1133—l140.

19. Пантов Е. Н., Махин Е. Е., Шереметов Б. Б. Основы теории движения подводных аппаратов. Л.: Судостроение, 1973. 209 с.

20. Fossen T. I. Guidance and control of ocean vehicles. Chichester: Wiley, 1994. 494 с.

21. Филаретов В. Ф. Коноплин А. Ю. Система автоматической стабилизации подводного аппарата в режиме зависания при работающем многозвенном манипуляторе. Часть 1 // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 6. С. 53—56.

22. Филаретов В. Ф., Алексеев Ю. К., Лебедев А. В. Системы управления подводными роботами. М.: Круглый год, 2001. 288 с.

23. Зуев А. В., Жирабок А. Н., Филаретов В. Ф., Проценко А. А. Идентификация дефектов в нестационарных системах на основе скользящих наблюдателей // Мехатроника, автоматизация, управление. 2021. Т. 22, № 12. С. 625—633.

24. Крейг Д. Д. Введение в робототехнику: механика и управление. Ижевск: Ижевский институт компьютерных исследований, 2013. 564 с.

25. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров, 1974. 832 с.

26. Короткин А. И. Присоединенные массы судна: Справочник. Л.: Судостроение, 1986. 312 с.