Динамические процессы в вакуумных контактных устройствах роботов вертикального перемещения в водной среде

Обсуждаются результаты исследований условий движения пневматических роботов по вертикальным поверхностям под водой. Выявляются особенности движения вакуумных устройств для разработки уточненной математической модели устройства контакта с поверхностями в водной среде. Выполненные экспериментальные исследования позволили получить дополнительные данные по динамике, построить циклограммы работы и скорректировать полученные ранее результаты. Для аналитического исследования динамических процессов, происходящих в системе вакуумных контактных устройств, с учетом сложности описания нелинейностей были разработаны линеаризованные упрощенные модели системы "воздушный эжектор — устройство контакта — водная среда". Вакуумные контактные устройства предназначены для осуществления гарантированного контакта с вертикально, наклонно или горизонтально расположенными поверхностями, по которым совершает движение подводный робот вертикального перемещения, выполняющий предписанные технологические задачи, например, в бассейнах выдержки атомных электростанций, на поверхностях корпусов кораблей, на поверхностях подводных сооружений. В моделях учитывались силы сцепления с поверхностями, находящимися под водой, — силы, возникающие в результате перепада давлений, силы трения, контактного и вакуумного взаимодействия, упругости стенок полости переменного объема подвижного элемента конструкции устройства. В результате решения модельной задачи получены в явном виде значения механических параметров, а также вакуума и расхода в полости переменного объема как функций изменения зазора между торцом гофрированной мембраны и поверхностями. В результате исследования динамических процессов, происходящих в упрощенных моделях вакуумных контактных устройств "воздушный эжектор — поверхность контакта — водная среда", получены переходные характеристики изменения действующих сил и давлений во времени, а также зависимости нормальной и тангенциальной составляющих сил от глубины погружения в воду. Исследованы варианты конструкций вакуумных устройств контакта с поверхностями, находящимися в водной среде, и проведена модернизация лабораторного стенда для испытаний вакуумных контактных устройств под водой.

1. Gradetsky V., Knyazkov M., Sukhanov A., Semenov E., Chashchukhin V., Kryukova A. Possibility of Using Wall Climbing Robots for Underwater Application // Proceed. of CLAWAR-2017 Intern. Conference. Human-Centric Robotics, Porto, Portugal, Sept. 2017. P. 239—246.

2. Haferkamp H., Bach Fr.-W., Ogawa Y., Rachkov M. Climbing Robot for Underwater Cutting // Proc. International Conf. on Oceans Engineering, OCEANS. 1994. Vol. 1. P. 602—607.

3. Haferkamp H., Bach Fr.-W., Rachkov M., Seevers J. Climbing Robot for Underwater Cleaning // Proc. 5th International Offshore and Polar-Engineering Conf., Hague. 1995. Vol. 2. P. 305—311.

4. Kitowski Z., Garus J. Control of Motion of Underwater Robot Under Condition of External Disturbances // Proc. 7th International Conf. on Advanced Robotics, ICAR’95, Sant Feliu de Guixols, September 1995. Vol. 1. P. 278—282.

5. Rachkov M. Testing of the WCRs’ Grippers by the Simulation Sistems // Proc. of the Radio Conf., Moscow. 1990. Vol. 2. P. 22—24.

6. Roboticsin Nuclear Facilities, 1991 // Special Issue for Exhibitions of the 11th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SmiRT 11). Tokyo. August 1991. P. 25—28.

7. Yamafuji K., Gradetsky V., Rachkov M., Semenov E. Mechatronic Drive for Intelligent Mobile Wall Climbing Robots // Robotics and Mechatronics. 1993. Vol. 5, N. 2. P. 164—171.

8. Градецкий В. Г., Князьков М. М., Семенов Е. А., Суханов А. Н. Адаптивные захватные устройства мобильных роботов с миниатюрными эжекторами // Мехатроника, автоматизация, управление. 2016. Т. 17, № 3. С. 172—177.