Development of Computer Dynamic Model and the Study of Motion of Small Mobile Robot Transport System

The article investigates the features of mobile mini-robots (MMR) - man-portable small-sized robots, whose general dimensions are measured by several tens of centimeters, and the weight does not exceed 15 kg. When creating such robots, the main task is to ensure their functioning in indeterminate environment characterized by obstacles commensurate with or exceeding the robot's own dimensions. A study of the theory and practice of the creation of wheeled and tracked vehicles and mobile robots for various purposes shows that the existing methods of calculation and the approaches used to create them can not be just formally transferred to small-sized MMR transport systems that have a number of features that distinguish them from larger analogues. The paper investigates and substantiates the features of MMR's transport systems in terms of approaches to the design methods and mathematical description. Among such features are: small size of all elements of the driving and locomotion components, causing differences in the nature of interaction with the supporting surface; features related to the need for locomotion in an environment with macro-obstacles; the need for more accurately account for internal losses in the elements of the transport system, which begin to play an essential role relative to useful forces. The results of structural synthesis of the MMR transport system with a reconfigurable chassis are presented. The mathematical and computer models of the transport system is being constructed in two configurations: tracked and wheeled. The complete computer model of the transport system includes a mathematical description of such units as: power source, electric motors and reduction gears of traction drives and drives of chassis geometry reconfiguration mechanisms, chassis in tracked or wheel configuration. The study of the model of the transport system is considered in interaction with the surface with the specified characteristics and geometric configuration. The results of experimental studies of the linear motion of the MMR's transport system on inclined surfaces under different load conditions are presented. The obtained experimental and calculated data are compared. The revealed features of the MMR transport systems and the methods of constructing computer models taking into account these features made it possible to increase the accuracy and adequacy of the MMR motion simulation in comparison with the known approaches used in the case of larger systems.

мобильный робот, мобильный мини-робот, транспортная система, реконфигурация, шасси, компьютерная модель, моделирование, экспериментальные исследования, mobile robot, mobile mini-robot, transport system, reconfiguration, chassis, computer model, simulation, experimental tests

1. Васильев А. В. Обобщенная классификация мобильных роботов // Экстремальная робототехника: Труды Международной научно-технической конференции. СПб.: Политехника-сервис, 2014. С. 41-46.

2. Васильев А. В., Лопота А. В. Уточнение типоразмерных групп наземных дистанционно управляемых машин для применения в опасных для человека условиях // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2015. № 1 (214). С. 226-234.

3. Батанов А. Ф., Грицынин С. П., Муркин С. В. Робототехнические комплексы для обеспечения специальных операций // Специальная техника. 1999. № 6. С. 10-17.

4. Юревич Е. И. Основы робототехники. СПб.: БХВ-Петербург, 2010. 368 с.

5. Васильев А. В. Мобильные мини-роботы разведки: текущее состояние, характерные черты и общие тенденции развития // Избранные труды Всероссийской научно-практической конференции "Перспективные системы и задачи управления" (2005-2014 гг.). Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2015. Т. II. С. 38-42.

6. Васильев А. В. Реконфигурируемая транспортная платформа для малогабаритных мобильных роботов // Робототехника и техническая кибернетика. 2014. № 2 (3). C. 67-71.

7. Рубцов И. В. Вопросы состояния и перспективы развития отечественной наземной робототехники военного и специального назначения // Известия ЮФУ. Технические науки. Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2013. № 3 (140). С. 14-21.

8. Лохин В. М., Манько С. В., Хованов Д. Г. Разработка требований к робототехническим комплексам военного назначения, применяемым при ведении боевых действий в городских условиях // Перспективные системы и задачи управления: Матер. Седьмой всеросс. науч.-практ. конф. Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2012. С. 6-11.

9. Шеремет И. Б., Рудианов Н. А., Рябов А. В., Хрущев В. С., Комченков В. И. Обоснование семейства боевых и обеспечивающих роботов для боя в городе // Известия ЮФУ. Технические науки. Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2012. № 3 (128). С. 37-41.

10. Кудряшов В. Б., Лапшов В. С., Носков В. П., Рубцов И. В. Проблемы роботизации ВВТ в части наземной составляющей // Известия ЮФУ. Технические науки. Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2014. № 3 (152). С. 42-57.

11. Машков К. Ю., Наумов В. Н., Рубцов И. В. Боевые мини-роботы и обеспечение их подвижности на поле боя // Перспективные системы и задачи управления: Матер. Третьей всеросс. науч.-практ. конф. Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. Т. 1. С. 145-147.

12. Васильев А. В. Принципы построения и классификация шасси мобильных роботов наземного применения и планетоходов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2013. № 1 (164). С. 124-131.

13. Васильев А. В. Исследование и классификация структурно-кинематических схем шасси мобильных роботов // Перспективные системы и задачи управления: Матер. Девятой Всеросс. науч.-практ. конф. Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2014. С. 115-128.

14. Васильев А. В. Методика синтеза структурно-кинематических схем шасси малогабаритных мобильных роботов // Перспективные системы и задачи управления: Матер. Десятой Всеросс. науч.-практ. конф. Ростов-на- Дону: Изд-во ЮФУ, 2015. Т. II. С. 146-157.

15. Маслов О., Пузанов А., Куванов К., Платов О. Проектирование и изготовление высокопроходимых мобильных роботов специального назначения с использованием современных САПР // Рациональное управление предприятием. 2007. № 1. С. 28-31.

16. Космачев П. В. Анализ конструктивных схем движителей транспортных средств робототехнических комплексов для выполнения антитеррористических операций // Актуальные проблемы защиты и безопасности: Тр. девятой Всеросс. науч.-практ. конф. СПб.: НПО Спец. материалов, 2006. Т. 5: Экстремальная робототехника. С. 607-615.

17. Sellers D. P., Ramsbotham A. J., Bertrand H., Karvoni-des N. International Assessment of Unmanned Ground Vehicles // Institute for defense analyses // DTIC.MIL: Defense Technical Information Center. USA, 2008. 76 p. URL: http://www.dtic.mil/ dtic/tr/fulltext/u2/a534965.pdf (дата обращения: 20.12.2017).

18. Response Robots: DHS/NIST Sponsored Evaluation Exercises (Pocket Guide, Version 2010.2) / NIST // NIST.GOV: сайт National Institute of Standards and Technology. 231 p. USA, 2010. URL:http://www.nist.gov/el/isd/ms/upload/2010_RobotGuide.pdf (дата обращения: 20.12.2017).

19. Авотин Е. В., Болховитинов И. С., Кемурджиан А. Л., Маленков М. И., Шпак Ф. П. / Под ред. Б. Н. Петрова, А. Л. Кемурджиана. Динамика планетохода. М.: Наука, 1979. 440 с.

20. Седов А. Ю., Прямицын И. Б., Коротков А. Л. и др. Конструктивные особенности размещения приводов гусеничных платформ с изменяемой геометрией шасси // Экстремальная робототехника: Тр. Междунар. науч-техн. конф. СПб.: ООО "АП4Принт", 2016. С. 393-395.

21. Градовцев А. А. Методика построения полной компьютерной динамической модели робототехнической системы // Актуальные проблемы защиты и безопасности: Тр. 7-й Всеросс. науч.-практ. конф. СПб.: НПО Специальных материалов, 2004. Т. 4: Экстремальная робототехника. С. 121-126.

22. Motor data and operating ranges of Maxon DC motors: Maxon academy / Maxon Motor AG. 2010. URL: https://www. maxonmotor.com/medias/sys_master/8798985748510.pdf (дата обращения 20.12.2017).

23. Платонов В. Ф., Леиашвили Г. Р. Гусеничные и колесные транспортно-тяговые машины. М.: Машиностроение, 1986. 296 с.

24. Маслов О. А. Система передвижения колесного мобильного робота сверхлегкого класса: Автореф. дис.. канд. техн. наук: 05.02.02. Ковров: Ковровская гос. техн. академия, 2006. 24 с.

25. Передвижная лаборатория на Луне Луноход-1 / Под ред. В. Л. Барсукова. М.: Наука, 1978. Т. 2. 184 с.

26. Гоберман Л. А. Прикладная механика колесных машин. М.: Машиностроение, 1974. 308 c.