Исследование работы системы корректировки длины корпуса в процессе изменения конфигурации трехзвенного ползающего робота

Рассматриваются вопросы движения трехзвенного ползающего робота по горизонтальной шероховатой поверхности, обеспечивающего изменение его конфигурации. Контакт робота с поверхностью осуществляется в четырех опорах, спроектированных таким образом, что коэффициент трения в них является управляемой величиной, что позволяет периодически фиксировать те или иные опоры на поверхности. Робот состоит из модулей, каждый из которых представляет собой поступательную пару, а между собой модули соединены двухкоординатными шарнирами. Предложено рассматривать эти модули как звенья переменной длины. Для данного устройства найдены основные кинематические соотношения, задан вектор обобщенных координат и описаны накладываемые в процессе движения связи. Изменение конфигурации робота происходит при фиксации на поверхности двух крайних опор за счет плоского движения звеньев из заданного начального в требуемое конечное положение. Реализация такого движения требует изменения длин звеньев (в самом простом случае достаточно изменения длины одного звена, в самом сложном — трех), для осуществления которого предложена оригинальная система корректировки. В работе рассматривается наиболее простой вариант корректировки, заключающийся в варьировании длины одного звена, в качестве которого выступает корпус робота, движения двух других звеньев определяются работой соответствующих приводов. В результате численного моделирования определен диапазон допустимых значений удлинения/укорочения корпуса робота при варьировании относительного угла между корпусом и одним из боковых звеньев в заданном диапазоне. Помимо этого, выявлены четыре интервала изменения относительного угла, на каждом из которых характер варьирования длины центрального звена отличается числом достигаемых максимумов и минимумов. Также построены зависимости изменения угла поворота бокового звена, при котором длина корпуса достигает своих максимального и минимального значений, от ранее указанного относительного угла и времени движения. Приведены и проанализированы временные законы изменения углов поворота звеньев. 

1. Drumwright E., Trinkle J. C. Contact simulation // Humanoid Robotics: A Reference. 2016. P. 1—55.

2. Koh J. S., Cho K. J. Omega-shaped inchworm-inspired crawling robot with large-index-and-pitch (LIP) SMA spring actuators // IEEE/ASME Transactions On Mechatronics. 2012. Vol. 18, N. 2. P. 419—429.

3. Ворочаева Л. Ю., Савин С. И. Классификационные признаки роботов, перемещающихся по трубам // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2018. № 3. С. 89—100.

4. Sahai R., Avadhanula S., Groff R., Steltz E., Wood R., Fearing R. S. Towards a 3g crawling robot through the integration of microrobot technologies // Proc. IEEE Intern. Conf. on Robotics and Automation (ICRA), Orlando, FL, USA. 2006. P. 296—302.

5. Tan N., Mohan R. E., Elangovan K. Scorpio: A biomimetic reconfigurable rolling—crawling robot // Intern. J. of Advanced Robotic Systems. 2016. Vol. 13, N. 5. P. 1—16.

6. Jung G. P., Casarez C. S., Jung S. P., Fearing R. S., Cho K. J. An integrated jumping-crawling robot using heightadjustable jumping module // Proc. IEEE Intern. Conf. on Robotics and Automation (ICRA), Stockholm, Sweden. 2016. P. 4680—4685.

7. Ворочаева Л. Ю., Мальчиков А. В., Савин С. И. Определение диапазонов допустимых значений геометрических параметров колесного прыгающего робота // Известия Юго-Западного государственного университета. 2018. № 22(2). С. 76—84.

8. Черноусько Ф. Л. Управление движением многозвенников на шероховатой плоскости // Труды Института математики и механики УрО РАН. 2000. № 6(1). С. 277—287.

9. Черноусько Ф. Л. О движении трехзвенника по горизонтальной плоскости // ПММ. 2001. Т. 65, Вып. 1. С. 15—20.

10. Ворочаева Л. Ю., Яцун А. С., Яцун С. Ф. Моделирование движения пятизвенного ползающего робота с управляемым трением по поверхности с препятствиями // Изв. РАН. ТиСУ. 2017. № 3. С. 191—216.

11. Ворочаева Л. Ю., Пановко Г. Я., Савин С. И., Яцун А. С. Моделирование движения пятизвенного ползающего робота с управляемым трением // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2017. № 6. С. 12—19.

12. Ворочаева Л. Ю., Наумов Г. С., Яцун С. Ф. Моделирование движения трехзвенного робота с управляемыми силами трения по горизонтальной шероховатой поверхности // Известия РАН. ТиСУ. 2015. № 1. С. 156—170. 1

13. Vorochaeva L. Yu., Panovko G. Ya., Savin S. I., Yatsun A. S. Movement Simulation of a Five-Link Crawling Robot with Controlled Friction Forces // J. of Machinery Manufacture and Reliability. 2017. Vol. 46, N. 6. Р. 527—535.

14. Vorochaeva L. Yu., Yatsun А. S., Yatsun S. F. Simulation of the motion of a five-link crawling robot with controlled friction on a surface having obstacles // Intern. J. of Computer and Systems Sciences. 2017. Vol. 56, N. 3. P. 527—552.

15. Vorochaeva L. Yu., Naumov G. S., Yatsun S. F. Simulation of Motion of a Three-Link Robot with Controlled Friction Forces on a Horizontal Rough Surface // Intern. J. of Computer and Systems Sciences. 2015. Vol. 54, N. 1. P. 151—164.