Механизм вертикального перемещения мобильного гусеничного робота с гибридным магнитно-ленточным принципом сцепления

Предложен новый гибридный пассивный принцип сцепления мобильного робота вертикального перемещения с рабочей поверхностью, основанный на сочетании магнитной и клеевой адгезии. Для реализации указанного принципа используется металлическая лента с клеевым слоем на одной из сторон для закрепления ленты на поверхности. Адгезия робота к ленте осуществляется с помощью пассивных магнитов, размещенных в его гусеничных траках. Проведены экспериментальные исследования принципа магнитного сцепления для определения удерживающей силы робота на рабочей поверхности. Экспериментально показана возможность функционирования предложенного механизма перемещения. Предложенный гибридный способ позволяет роботу перемещаться в закрытых помещениях по вертикальным поверхностям разного типа.

роботы вертикального перемещения, мобильные роботы, механизмы перемещения, адгезия, принципы сцепления, адгезионные методы, магнитное сцепление, клеевая адгезия, гибридные принципы сцепления

1. Chu B., Jung K., Han C.-S., Hong D. A survey of clim bing robots: locomotion and adhesion // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 2010. Vol. 11 (4). P. 633—647.

2. Градецкий В. Г., Князьков М. М. Состояние и перспективы развития роботов вертикального перемещения для экстремальных сред // Робототехника и техническая кибернетика. 2014. № 1. С. 9—16.

3. Berns K., Hillenbrand C., Luksch T. Climbing robots for commercial applications — a survey // Proc. of the 6th International Conference on Climbing and Walking Robots (CLAWAR 2003). Catania, Italy. P. 771—776.

4. Schmidt D., Berns K. Climbing robots for maintenance and inspections of vertical structures — A survey of design aspects and technologies // Robotics and Autonomous Systems. 2013. Vol. 61 (12). P. 1288—1305.

5. Liu S., Gao X., Li K., Li J., Duan X. A small-sized wallclimbing robot for anti-terror scout // Proc. of the IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO 2007). Sanya, China, 2007. P. 1866—1870.

6. Akinfiev T., Armada M., Nabulsi S. Climbing cleaning robot for vertical surfaces // Industrial Robot: An International Journal. 2009. Vol. 36, N. 4. P. 352—357.

7. Батанов А. Ф., Грицынин С. Н., Муркин С. В. Робототехнические комплексы для обеспечения специальных операций // Специальная техника. 1999. № 6. С. 10—17.

8. Аверьянов Е. В., Коваленко Б. Б., Костин А. В., Пелепас Е. И., Подураев Ю. В., Яковлев С. Ф. Основные аспекты создания отечественных технологических мобильных роботов вертикального перемещения // Мехатроника, автоматизация и управление. 2013. № 8. С. 23—27.

9. Xu F., Wang X., Jiang G. Design and analysis of a wallclimbing robot based on a mechanism utilizing hook-like claws // International Journal of Advanced Robotic Systems. 2012. Vol. 9 (6). P. 261.

10. Xu F., Wang B., Shen J., Hu J., Jiang G. Design and realization of the claw gripper system of a climbing robot // Journal of Intelligent and Robotic Systems. 2018. Vol. 89, N. 3—4. P. 301—317.

11. Голубев Ю. Ф., Корянов В. В. Экстремальные локомоционные возможности инсектоморфных роботов. М.: Изд-во ИПМ им. М. В. Келдыша РАН, 2018. 212 с.

12. Khirade N. R., Sanghi R. K., Tidke D. J. Magnetic wall climbing devices — a review // Proc. of International Conference of Advances in Engineering and Technology (ICAET 2014). Nagapattinam, India, 2014. P. 55—59.

13. Lee G., Kim H., Seo K., Kim J., Sitti M., Seo T. W. Series of multilinked caterpillar track-type climbing robots // Journal of Field Robotics. 2016. Vol. 33 (6). P. 737—750.

14. Shen W., Gu J., Shen Y. Permanent magnetic system design for the wall-climbing robot // Applied Bionics and Biomechanics. 2006. Vol. 3 (3). P. 151—159.

15. Сырых Н. В., Чащухин В. Г. Роботы вертикального перемещения с контактными устройствами на основе постоянных магнитов: конструкции и принципы управления контактными устройствами // Изв. РАН. ТиСУ. 2019. № 5. С. 163—174.

16. Chernousko F. L. Simulation and Optimization of Craw ling Robots / Bock H. G., Phu H. X., Kostina E., Rannacher R. (eds) // Modeling, Simulation and Optimization of Complex Processes. Springer, Berlin, Heidelberg, 2005. P. 85—104.

17. Brusell A., Andrikopoulos G., Nikolakopoulos G. A survey on pneumatic wall-climbing robots for inspection // Proc. of the 24th Mediterranean Conference on Control and Automation (MED). Athens, Greece, 2016. P. 220—225.

18. Тачков А. А., Калиниченко С. В., Малыхин А. Ю. Моделирование и оценка эффективности системы удержания малогабаритного автономного робота вертикального перемещения с вакуумными захватами // Мехатроника, автоматизация, управление. 2016. Т. 17, № 3. С. 178—186.

19. Gradetsky V. G., Knyazkov M. M., Semenov E. A., Sukhanov A. N., Chashchukhin V. G. Climbing robot for actions in underwater conditions // Journal of Advanced Research in Technical Science. 2018. Vol. 10 (1). P. 65—71.

20. Chen X. Q., Wager M., Nayyerloo M., Wang W., Chase J. G. A novel wall climbing robot based on Bernoulli effect // Proc. of IEEE/ASME International Conference on Mechatronic and Embedded Systems and Applications (MESA 2008). Beijing, China, 2008. P. 210—215.

21. Koo I. M., Trong T. D., Lee Y. H., Moon H., Koo J., Park S. K., Choi H. R. Development of wall climbing robot system by using impeller type adhesion mechanism // Journal of Intelligent and Robotic Systems. 2013. Vol. 72. P. 57—72.

22. Nishi A., Miyagi H. Propeller type wall-climbing robot for inspection use // Proc. of the 10th International Symposium on Automation and Robotics in Construction. Houston, USA, 1993. P. 189—196.

23. Chen R., Liu R., Chen J., Zhang J. A gecko inspired wallclimbing robot based on electrostatic adhesion mechanism // Proc. of the IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO 2013). Shenzhen, China, 2013. P. 396—401.

24. Kim S., Spenk M., Trujillo S., Heyneman B., Santos D., Cutkosky M. R. Smooth vertical surface climbing with directional adhesion // IEEE Transactions on Robotics. 2008. Vol. 24 (1). P. 65—74.

25. Aksak B., Murphy M. P., Sitti M. Adhesion of biologically inspired vertical and angled polymer microfiber arrays // Langmuir. 2007. Vol. 23 (6). P. 3322—3332.

26. Unver O., Sitti M. Flat dry elastomer adhesives as attachment materials for climbing robots // IEEE Transactions on Robotics. 2010. Vol. 26 (1). P. 131—141.

27. Osswald M., Iida F. Design and control of a climbing robot based on hot melt adhesion // Robotics and Autonomous Systems. 2013. Vol. 61 (6). P. 616—625.

28. Wang L., Graber L., Iida F. Large-payload climbing in complex vertical environments using thermoplastic adhesive bonds // IEEE Transactions on Robotics. 2013. Vol. 29 (4). P. 863—874.

29. Wiltsie N., Lanzetta M., Iagnemma K. A controllably adhesive climbing robot using magnetorheological fluid // Proc. of the IEEE International Conference on Technologies for Practical Robot Applications (TePRA). Woburn, USA, 2012. P. 91—96.

30. Dong W., Wang H., Li Z., Jiang Y., Xiao J. Development of a wall-climbing robot with biped-wheel hybrid locomotion mechanism // Proc. of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2013). Tokyo, Japan, 2013. P. 2333—2338.

31. Koh K. H., Sreekumar M., Ponnambalam S. G. Hybrid electrostatic and elastomer adhesion mechanism for wall climbing robot // Mechatronics. 2016. Vol. 35. P. 122—135.

32. Xu L., Liu J., Xu J., Wu X., Fan S. Design and experimental study of a bioinspired wall-climbing robot with multi-locomotion modes // Proc. of the ASME 2018 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems (SMASIS 2018). San Antonio. USA, 2018. P. 1—6.

33. Vlasova N. S., Bykov N. V. The problem of adhesion methods and locomotion mechanism development for wallclimbing robots [Электронный ресурс] // arXiv.org. 2019. arXiv:1905.09214. Дата обновления: 22.05.2019. URL: https://arxiv.org/abs/1905.09214 (дата обращения: 02.07.2019).

34. Silva M. F., Machado J. A. T., Tar J. K. A survey of technologies for climbing robots adhesion to surfaces // Proc. of the 6th International Conference on Computational Cybernetics (ICCC 2008). Stara Lesná, Slovakia, 2008. P. 127—132.

35. Nansai S., Mohan R. E. A survey of wall climbing robots: recent advances and challenges // Robotics. 2016. Vol. 5 (3). P. 5030014.

36. Fu Y., Li Z., Wang S. A wheel-leg hybrid wall climbing robot with multi-surface locomotion ability // Proc. of the IEEE International Conference on Mechatronics and Automation. Takamatsu, Japan, 2008. P. 627—632.

37. Tavakoli M., Lourenço J., Viegas C., Neto P., de Almeida A. T. The hybrid OmniClimber robot: wheel based climbing, arm based plane transition, and switchable magnet adhesion // Mechatronics. 2016. Vol. 36. P. 136—146.

38. Товарнов М. С., Быков Н. В. Математическая модель механизма перемещения мобильного гусеничного робота с магнитно-ленточным принципом вертикального перемещения // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2019. № 3. С. 74—84.