ВЕРТИКАЛЬНИЙ РУХ МАЛОГАБАРИТНИХ КРОКУЮЧИХ РОБОТІВ. ОГЛЯД СТАНУ ПРОБЛЕМИ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.65(1).2023.283444Ключові слова:
крокуючий гексапод, платформа, сервоприводи, математична модель, вертикальний рух, сили тертя, області застосування, малогабаритний, поверхні, автономність, кінцівкаАнотація
У статті наведено огляд стану проблеми розробки малогабаритних крокуючих роботів вертикального переміщення завдяки силам тертя між кінцівками та поверхнею. Зокрема, особливу увагу приділено малогабаритним крокуючим роботам - гексаподам, оскільки вони мають високу стійкість та прохідність, порівняно з іншими типами роботів, як колісними, так і гусеничними. На відміну від інших типів роботів, гексаподи можуть бути повністю автономними. Це робить їх потенційно універсальним засобом для вирішення різноманітних задач у різних сферах, наприклад: рятувальні операції - гексаподи можуть проникати у зруйновані будівлі для оцінки стану під завалами, досліджувати підводні простори, загалом, рухатися в місцях, де недостатньо місця для руху та складних маневрів; військове застосування - гексаподи можуть розміновувати/мінувати території, використовуватися для розвідки або зйомки території, водночас зберігаючи життя людей через можливість повної автономності; промислове застосування - завдяки своїй маневреності та прохідності, роботи гексаподи можуть стати незамінними при роботах на кар'єрах та будівництвах, де присутні схили, гірські місцевості, та загалом там, де колісні або гусеничні роботи не можуть легко пересуватись; спелеологія - пошук та розвідка корисних копалин всередині печер, шахт тощо; ліквідація аварій, зокрема, в атомній енергетиці.
Незважаючи на довгу історію розвитку та значний прогрес у цій галузі, завдяки якому вже відомо безліч конструктивних рішень та модернізацій, на даний момент проблема вертикального руху малогабаритних роботів-гексаподів завдяки силам тертя досі залишається невирішеною.
Існуючі розробки спрямовані, зазвичай, на рух по поверхням завдяки імітації кінцівок біологічних істот (комах, тварин тощо), що дозволяє роботам підніматися вгору завдяки клейкій речовині, зчіплятися з поверхнею механічними кігтями і т. п. Також давно відомі конструкції з магнітами та присосками, однак таке рішення потребує дуже потужного джерела живлення і не є універсальним.
Тож, одним із перспективних напрямів досліджень є вертикальний рух роботів-гексаподів завдяки силам тертя між кінцівками та поверхнею, оскільки водночас робот зберігає автономність та не потребує спеціального обладнання та додаткового зв'язку з джерелом живлення (компресором тощо), і, що більш важливо, здатен здійснювати рух як по горизонтальним поверхням, так і по вертикальним.
На даний момент є декілька прикладів успішного застосування гексаподів для вертикального руху, проте огляд робіт продемонстрував, що проблема вертикального руху малогабаритних роботів-гексаподів залишається актуальною та потребує подальших досліджень і розробок. Існуючі досягнення в цій галузі дозволяють сподіватися на те, що в майбутньому ми продемонструємо ефективні рішення цієї проблеми та широке поширення гексаподів у різних галузях промисловості та науки.
Посилання
The Fourth Industrial Revolution. [Online]. Available: https://law.unimelb.edu.au/__data/assets /pdf_file/0005/3385454/Schwab-The_Fourth _Industrial_ Revolution_Klaus_S.pdf
A.S. Sadovnikov, "Vykorystannia robototekhniky pry likvidatsii naslidkiv avarii na AES", in Problemy bezpeky atomnykh elektrostantsii i Chornobylia: nauk.-tekhn. zb., vyp. 22. pp. 23–33, 2014. (In Ukrainian)
O.M. Pavlovskyi, I.M. Platov, “Power system of a walking hexapod”, in The X International Science Conf. Topical issues, achievements and innovations of fundamental and applied sciences, March 09 – 12, 2021, Lisbon, Portugal. (In Ukrainian)
Taktychnyi robot dlia hasinnia pozhezh: de yoho zmozhut vykorystovuvaty riatuvalnyky Poltavshchyny. [Електронний ресурс]. Доступно: https://suspilne.media/423621-takticnij-robot-dla-gasinna-pozez-de-jogo-zmozut-vikoristovuvati-ratuvalniki-poltavsini/ (In Ukrainian)
Thermite RS3. [Online]. Available: https://www.textronsystems.com/products/thermite
I.M. Platov, O. M. Pavlovskyi, “Heksapod dlia diahnostyky skladnykh sporud ta inzhenernykh obiektiv. Systema zhyvlennia”, in XVI Vseukrainska naukovo-praktychna konferentsiia studentiv, aspirantiv ta molodykh vchenykh «Efektyvnist ta avtomatyzatsiia inzhenernykh rishen u pryladobuduvanni», 08-09 hrudnia 2020, Kyiv, 2020, pp. 37-41. (In Ukrainian)
I. Platov, O. Pavlovskyi, Y. Pavlovska, “Features of using the laser sensor as a vision system for mobile robots”, in Proceedings of II International Scientific and Practical Conf. Modern directions of scientific research development, Chicago, USA, 2021 pp. 80-85.
W.-S. Ji and B.-K. Cho, “Development of a walking algorithm on the uneven terrain for a hexapod robot Little Crabster200”, Advances in Mechanical Engineering, vol. 10, no. 7, pp. 1-12, Jul. 2018. DOI: 10.1177/1687814018784818.
The French army is testing Boston Dynamic's robot dog Spot in combat scenarios. [Online]. Available: https://www.theverge.com/2021/4/7/22371590/boston-dynamics-spot-robot-military- exercises-french-army
V. K. Persykov, M. M. Polishchuk, “Analiz problem stvorennia tekhnolohichnykh robotiv vertykalnoho peremishchennia,” Adaptyvni systemy avtomatychnoho upravlinnia, vol. 1, no. 24, pp. 87–95, Feb. 2014. DOI: 10.20535/1560-8956.24.2014.38195. (In Ukrainian)
M. M. Polishchuk, “Pidvyshchennia enerhoefektyvnosti robotiv vertykalnoho peremishchennia,” Adaptyvni systemy avtomatychnoho upravlinnia, vol. 2, no. 33, pp. 97–105, Dec. 2018. DOI: 10.20535/1560-8956.33.2018.164679. (In Ukrainian)
G. Fang and J. Cheng, “Advances in Climbing Robots for Vertical Structures in the Past Decade: A Review,” Biomimetics, vol. 8, no. 1, p. 47, Jan. 2023. DOI: 10.3390/biomimetics8010047.
X. Lin, H. Krishnan, Y. Su, and D. W. Hong, “Multi-Limbed Robot Vertical Two Wall Climbing Based on Static Indeterminacy Modeling and Feasibility Region Analysis”, 2018 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), Oct. 2018. DOI: 10.1109/iros.2018.8593734.
A. Klimchik, S. Caro, B. Furet, and A. Pashkevich, “Complete Stiffness Model for a Serial Robot”, in Proceedings of the 11th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics, 2014. DOI: 10.5220/0005098701920202.
X. Lin et al. "Optimization Based Motion Planning for Multi-Limbed Vertical Climbing Robots", arXiv:1909.06339, 2019. DOI: 10.48550/arXiv.1909.06339
M. P. Murphy, C. Kute, Y. Mengüç, and M. Sitti, “Waalbot II: Adhesion Recovery and Improved Performance of a Climbing Robot using Fibrillar Adhesives”, The International Journal of Robotics Research, vol. 30, no. 1, pp. 118–133, Oct. 2010. DOI: 10.1177/0278364910382862.
P. Borijindakul, A. Ji, Z. Dai, S. N. Gorb, and P. Manoonpong, “Mini Review: Comparison of Bio-Inspired Adhesive Feet of Climbing Robots on Smooth Vertical Surfaces”, Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, vol. 9, Sep. 2021. DOI: 10.3389/fbioe.2021.765718.
J. N. Israelachvilli, Intermolecular and surface forces. London: Academic Press, 2010.
Robugtix Ltd. [Online]. Available: https://www.robugtix.com/z6-robot
M. Luneckas et al., “Hexapod Robot Gait Switching for Energy Consumption and Cost of Transport Management Using Heuristic Algorithms”, Applied Sciences, vol. 11, no. 3, p. 1339, Feb. 2021. DOI: 10.3390/app11031339
S.-H. P. Won, F. Golnaraghi, and W. W. Melek, “A Fastening Tool Tracking System Using an IMU and a Position Sensor With Kalman Filters and a Fuzzy Expert System”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 56, no. 5, pp. 1782–1792, May 2009. DOI: 10.1109/tie.2008.2010166.
S. L. X. Francis, S. G. Anavatti, M. Garratt, and H. Shim, “A ToF-Camera as a 3D Vision Sensor for Autonomous Mobile Robotics”, International Journal of Advanced Robotic Systems, vol. 12, no. 11, p. 156, Jan. 2015. DOI: 10.5772/61348
C. Nahler, C. Steger, and N. Druml, “Quantitative and Qualitative Evaluation Methods of Automotive Time of Flight Based Sensors”, 2020 23rd Euromicro Conference on Digital System Design (DSD), Aug. 2020. DOI: 10.1109/dsd51259.2020.00106.
J. Azeta, C. Bolu, D. Hinvi, and A. A. Abioye, “Obstacle detection using ultrasonic sensor for a mobile robot,” IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 707, p. 012012, Dec. 2019. DOI: 10.1088/1757-899x/707/1/012012.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 CC BY 4.0
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
