VERTICAL MOTION OF MINIATURE WALKING ROBOTS. STATE OF THE PROBLEM REVIEW

ISSN (p) 0321-2211, ISSN (e) 2663-3450 Автоматизація та інтелектуалізація приладобудування УДК 007.52 ВЕРТИКАЛЬНИЙ РУХ МАЛОГАБАРИТНИХ КРОКУЮЧИХ РОБОТІВ. ОГЛЯД СТАНУ ПРОБЛЕМИ Платов І. М., Павловський О. М. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна E-mail: 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. Ключові слова: крокуючий гексапод; платформа; сервоприводи; математична модель; вертикальний рух; сили тертя; області застосування; малогабаритний; поверхні; автономність; кінцівка. Вступ. Постановка задачі Четверта промислова революція встановила кількісний та якісний перехід від, керованих операторами, механічних засобів до повністю автоматизованих інтелектуальних систем [1]. З ще більшою інтенсивністю відбувається масштабна автоматизація небезпечних виробництв, енергетики, господарств тощо. Здебільшого, це стало можливим завдяки впровадженню та покращенню роботів та роботизованих систем різного призначення, функціоналу та конфігурації. Сучасні роботи – високотехнологічні пристрої, що здатні майже повністю обійтись без кон- 96 тролю людини. Вони можуть забезпечити високу точність виконуваних операцій, при цьому швидкість на порядки перевищує людську. До того ж, роботи здатні працювати в небезпечних для людини умовах. У минулому столітті обчислювальних потужностей ще не вистачало для побудови повністю автономних робототехнічних засобів, тому вони керувались оператором, наприклад, тільки для ліквідації аварії на Чорнобильській атомній електростанції були задіяні декілька різноманітних конструкцій на колісному та гусеничному шасі [2]. Деякі з них керувались оператором дистанційно, Вісник КПІ. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ, Вип. 65(1), 2023. ISSN (p) 0321-2211, ISSN (e) 2663-3450 Автоматизація та інтелектуалізація приладобудування але зв'язок та живлення були реалізовані провідним шляхом, що обмежувало потенційну відстань пересування. До цього слід також додати, що на той час не було мініатюрних та потужних акумуляторів для живлення таких конструкцій, наразі існує багато варіацій різноманітних акумуляторів та батарей, як високострумових для живлення потужних елементів та двигунів, так і малострумових, для живлення датчиків, сенсорів, мікроконтролерів тощо [3]. Наразі технічний стан дозволяє проєктувати повністю автономні та гнучкі у налаштуванні конструкції, завдяки чому є можливість не наражати людські ресурси на небезпеку, навіть у випадку техногенних катастроф, до яких також відносяться і пожежі, але і тут відбувається автоматизація та роботизація. На даний час активно впроваджуються роботи-пожежники [4, 5]. Вони мають гусеничне шасі, керуються дистанційно та можуть перевозити вантаж. Однак, варто зауважити, що такі конструкції призначені лише для відкритих місцевостей, і не дозволяють потрапляти всередину будівель і, тим паче, підійматися по сходах, а також оминати важкопрохідні засмічені ділянки. Тому перспективним напрямком стають крокуючі роботи, які мають більшу прохідність та можуть працювати повністю автономно, перевозити корисні вантажі тощо [6 - 7]. Крокуючі роботи мають перевагу в багатьох сферах діяльності, де важливо мати рухливість – на нерівному, гірському або крутому рельєфі, зокрема використовуються у: − рятувальних операціях: Роботи-гексаподи можуть легко пройти через обвалені або зруйновані будівлі, місця, де недостатньо місця для руху людині або колісному пристрою, у тому числі й під водою, для проведення ремонтних робіт або дослідження підводних систем [8]. − сільському господарстві: Роботи-гексаподи можуть бути використані для збирання плодів і овочів на гірських схилах або важкодоступних місцях, а також для збирання плодів і овочів з високих дерев. − військовому застосуванні: Роботи-гексаподи можуть бути задіяні в задачах розмінування місцевості. Можуть використовуватися у розвідувальних операціях для збирання інформації про територію під час розвідки, проникаючи в місця, недоступні для людей у тому числі в середині будівель використовуючи технічні канали або люки. Для виявлення та знешкодження вибухових пристроїв, або доставки та підтримки обладнання або спорядження. Легко може бути замаскований під елемент навколишнього ото (...truncated)