Представлена кинематическая модель нижней конечности четвероного шагающего робота. Ключевая особенность модели заключается в расположении приводов в бедренном шарнирном узле, при этом передача вращения от вала привода на голень реализуется с помощью рычажного механизма. Преимуществом разработанной конструкции является уменьшение массы нижней конечности, что способствует повышению скорости реакции конечности на управляющие сигналы и увеличению маневренности робота в целом. Недостатком является усложнение кинематики, что, в свою очередь, требует вычисления зависимостей между углами поворотов звеньев.

Целью исследования является разработка полной кинематической модели нижней конечности четвероногого робота с расположением приводов бедренного звена и звена голени в одном шарнирном узле, где передача крутящего момента с вала привода на голень осуществляется через рычажный механизм. Такой подход позволит снизить массу нижних конечностей и избежать недостатков, присущих классической кинематической схеме.

Продемонстрирована зависимость между углом вращения вала привода и поворотом голени четвероного шагающего робота относительно бедра. Для апробации модели разработаны уравнения, описывающие траекторию движения точки голеностопа в процессе ходьбы. По полученным координатам рассчитаны изменения углов в результате решения обратной задачи кинематики. Полученные графики изменения углов демонстрируют плавность и непрерывность, что является необходимым условием для обеспечения безударного движения нижней конечности.

Верификация посредством трехмерной модели в SolidWorks подтверждает отсутствие механических коллизий между звеньями во всех расчетных положениях. В статье приведен математический аппарат для проектирования и управления конечностями шагающих роботов. Таким образом, работа закладывает основу для создания более легких и динамичных платформ, применимых в задачах инспекции, мониторинга и автономной навигации в сложных условиях.

Предложен частный метод планирования движения робота, отличный от существующих методов, который исключает проблему локальных полевых минимумов и осцилляции робота вблизи препятствия (характерную для APF-методов), позволяя роботу за отведенное время попасть в целевую точку для экстремального случая. В качестве экстремального случая рассматривается расположение на одной прямой линии центра препятствия, начальной и конечной точек центра масс робота и его вектора скорости. Предлагаемый частный метод VC/APF₂ + BC_τ⁰ оптимального планирования движения робота с обходом статичного препятствия базируется: на совместном применении вариационного исчисления (VC) и искусственного потенциального поля (отталкивающего робота от границ препятствия), силовые линии которого перпендикулярны вектору скорости робота (APF₂); на разделении движения робота в горизонтальной плоскости на этапы (режимы) при заданных начальных и конечных координатах и нулевых скоростях робота, времени его перемещения (BC_τ⁰ ).

Представлена статическая модель оценки минимально необходимого разрежения в вакуумном захвате робота вертикального перемещения при удержании на наклонной поверхности одним опорным захватом. Конфигурацию системы задают углы наклона поверхности β и поворота платформы γ , а также геометрические параметры и положение центра масс. Получена аналитическая зависимость Δ P_min( β , γ ), учитывающая три предельных механизма потери устойчивости: отрыв, скольжение и опрокидывание. Минимальное разрежение определяется как максимум соответствующих ограничений по силам и моментам с введением коэффициента запаса, учитывающего снижение атмосферного давления, вариации коэффициента трения и динамические возмущения. Для учета пространственной ориентации центра масс использован кватернионный аппарат поворотов. Разработан экспериментальный стенд с регулируемым углом наклона поверхности и пневмосистемой, обеспечивающей управляемое изменение разрежения и регистрацию критического момента начала движения. Предложен алгоритм определения критического разрежения по данным давления и угла поворота платформы. Проведено сравнение расчетных и экспериментальных значений Δ P для ряда конфигураций ( β , γ ). Показано, что расхождение не превышает нескольких процентов; средняя абсолютная процентная ошибка для абсолютного давления составила 2,26 %, средняя абсолютная ошибка по разрежению около 2,2 кПа. Полученные результаты подтверждают адекватность модели и позволяют использовать ее при проектировании вакуумных систем удержания, выборе геометрии захватов и синтезе алгоритмов управления роботом вблизи границ статической устойчивости. Предложенный подход обеспечивает единое расчетное выражение для анализа различных конфигураций робота и может быть расширен на многозахватные системы и задачи оптимизации расположения центра масс и параметров вакуумной системы. Модель ориентирована на инженерные расчеты и интеграцию в системы автоматизированного управления роботами вертикального перемещения, что может повысить надежность их функционирования в условиях неопределенных внешних воздействий и нагрузок систем.

Предлагается метод робастного управления угловым движением квадрокоптера, основанный на сочетании метода линеаризации обратной связью и усовершенствованного наблюдателя возмущений высокого порядка на основе скользящего режима, предназначенный для решения проблем межканального перекрестного влияния, неопределенностей модели, а также возмущений. Предлагаемый метод с заданной полосой пропускания позволяет оценивать неопределенности модели и возмущения вместе с их производными произвольного порядка. Он построен на основе интеграции дифференциатора высокого порядка на базе скользящего режима и расширенного наблюдателя состояния. Для определения оптимальных коэффициентов усиления наблюдателя используется алгоритм роя частиц. Устойчивость системы с предложенным регулятором доказана с использованием критерия устойчивости "вход—состояние" (input-to-state stability), в то время как устойчивость системы при предложенном методе установлена с применением анализа по функции Ляпунова. Эффективность предложенного метода управления подтверждена путем сравнительного анализа с методами оценки неопределенностей и возмущений, активного подавления возмущений, а также каскадными ПИД регуляторами.

Предложен метод построения фазовых портретов углового движения летательного аппарата (ЛА) самолетного типа методом цифровой обработки последовательности его оптических изображений. В качестве приложения рассматривается задача распознавания по формируемым фазовым портретам модели углового движения ЛА. Решение о принадлежности модели ЛА некоторому классу принимается по критерию сопряженности вектора, представляющего наблюдаемый объект, с эталонным подпространством класса. Векторы формируются путем развертки изображений фазовых портретов, построенных по вычисленным значениям угла и угловой скорости ЛА на интервалах собственного движения ЛА. Текущие отсчеты углового положения вычисляются по координатам проекций заданных маркерных точек ЛА на изображении, а угловая скорость оценивается по формуле первой центральной разности. Эталонные подпространства классов образуются размеченными векторами, представляющими соответствующий класс. Вычисляемые процессы угла и угловой скорости ЛА, использующиеся для формирования эталонных векторов, подвергаются предварительной обработке фильтром Калмана—Бьюси. Разработан алгоритм вычисления координат проекций маркерных точек на изображениях, который обеспечивает возможность формирования эталонных подпространств путем моделирования. Приведен пример построения фазовых портретов и распознавания моделей углового движения ЛА в канале тангажа с различающимися значениями параметров уравнений состояния.

Исследована эффективность применения органов непосредственного управления боковой силой (ОНУБС) с точки зрения повышения качества и точности автоматического управления боковым движением неманевренных самолетов при заходе на посадку и при посадке. Предполагается, что на перспективных самолетах на пилонах двигателей или на их мотогондолах будут установлены аэродинамические щитки, способные создавать аэродинамические силы в поперечном направлении, либо авиационные газотурбинные двигатели будут оснащены необходимыми устройствами поворота реактивной струи. Системы управления, имеющие ОНУБС наряду с традиционными органами управления, относятся к классу двухканальных систем, в структуре которых можно выделить медленную и быструю, но с существенно меньшим управляющим воздействием, подсистемы управления. Поэтому возникает необходимость организации наиболее рационального совместного использования традиционных средств управления и ОНУБС. При построении системы управления использовался иерархический принцип. В качестве внутреннего контура управления, выполняющего исполнительные функции, задействованы: система стабилизации угла крена при маневрировании путем координированного управления боковым движением либо система стабилизации заданной боковой перегрузки при управлении без крена. При этом в обоих случаях для парирования ветровых возмущений используется единая схема двухканальной системы стабилизации заданной боковой перегрузки, для которой в целях учета ограниченного ресурса ОНУБС была выбрана схема с каскадным соединением по ошибке автономного контура руля направления (медленная подсистема управления) и контура ОНУБС (быстрая, но с ограниченным ресурсом). Предлагаемый подход позволяет интегрировать ОНУБС со штатными системами управления траекторным движением. Предложена схема астатической системы стабилизации заданной боковой перегрузки с ОНУБС. Приведены характерные графики переходных процессов, результаты моделирования реакции на боковой порыв ветра. Показано, что система управления самолетом с ОНУБС является эффективным средством повышения точности стабилизации заданной траектории движения в условиях действия ветровых возмущений.