Разработка математической модели высокоманевренного робота для имитации роботов различных типов конструкций

Авторы

  • С. А. Трефилов ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
  • Г. В. Ходырев ООО «ИРЗ-Связь»

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2024-3-38-48

Ключевые слова:

имитационное моделирование, Алгоритм управления роботом, высокоманевренный робот, мобильная робототехника

Аннотация

Представлены результаты разработки математической модели и имитационного моделирования трехколесного высокоманевренного мобильного робота. Разработана математическая модель робота в пространстве состояний. Рассмотрена возможность применения данного робота с поворотными модулями для анализа и тестирования алгоритмов управления роботами различных конструкций. Актуальность исследования обоснована высокими затратами на создание физических макетов роботов для экспериментальной проверки алгоритмов управления. Предлагаемый трехколесный мобильный робот с поворотными модулями, где каждое колесо одновременно является и ведущим, и рулевым, позволяет снизить эти затраты, сохраняя при этом возможность моделирования части реальных условий эксплуатации. Приводятся упрощенные схемы робота, описываются основные параметры и уравнения, характеризующие изменение линейной и угловой скорости. Особое внимание уделено моделированию различных типов приводов робота: автомобильного типа и с дифференциальным приводом. В дискретном пространстве состояний представлены уравнения, описывающие динамику робота, что позволяет применять их в программных продуктах для моделирования. Результаты имитационного моделирования, полученные в программной среде SimInTech, подтверждают эффективность предложенной модели. Анализ полученных результатов показал, что использование трехколесного робота с поворотными модулями позволяет успешно имитировать поведение роботов с другими типами приводов и создавать условия, приближенные к реальным, для тестирования алгоритмов управления. Предложенная модель может быть использована для улучшения качества проектирования и испытаний алгоритмов управления в робототехнике, снижая при этом затраты на создание физических макетов роботов, а также в учебном процессе.

Биографии авторов

С. А. Трефилов, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры мехатронных систем

Г. В. Ходырев, ООО «ИРЗ-Связь»

техник-программист 1-й категории конструкторского отдела

Библиографические ссылки

Никитин Ю. Р., Трефилов С. А., Никитин Е. В. Идентифицируемость модели привода мехатронного устройства на базе двигателя постоянного тока по измерительной матрице // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2019. № 4-1 (336). С. 114-122.

Jiawen Hu. (2021) The Chassis Design of the Swerveomni Directional Wheel. Academic Journal of Engineering and Technology Science, 2021.

Mitchell P. (2020) Improved Swerve Drive Design with Suspension. Mechanical Engineering Design Project Program the University of Texas at Austin, 2020.

Binugroho E.H., Setiawan A., Sadewa Y., Amrulloh P.H., Paramasastra K. and Sudibyo R.W. (2021) Position and Orientation Control of Three Wheels Swerve Drive Mobile Robot Platform, 2021 International Electronics Symposium (IES), pp. 669-674.

Filatov D.M., Abramov P.V., Bogdanova S.M. (2021) Trajectory Motion Simulation of a Mobile Robot: Proc. of the 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2021, Moscow, January 26-28, 2021. Moscow, 2021, pp. 874-877. DOI: 10.1109/ElConRus51938.2021.9396142

Холопов В. Н., Федченко В. Б. Тяговые силы высокоманевренного транспортного средства // Хвойные бореальной зоны. 2022. Т. 40, № 1. С. 91-93. DOI: 10.53374/1993-0135-2022-1-91-93

Renhui Zhang, Haiyan Hu, Yongsi Fu. (2019) Trajectory tracking for omnidirectional mecanum robot with longitudinal slipping: MATEC Web of Conferences, 256, p. 02003.

Микишанина Е. А., Платонов П. С. Управление высокоманевренным мобильным роботом в задаче следования за объектом // Компьютерные исследования и моделирование. 2023. Т. 15, № 5. С. 1301-1321. DOI: 10.20537/2076-7633-2023-15-5-1301-1321

Андреев А. С., Сутыркина Е. А. Об управлении движением мобильного робота с четырьмя омни-колесами // Автоматизация процессов управления. 2023. № 4(74). С. 65-73. DOI: 10.35752/1991-2927_2023_4_74_65

Математическая модель движения мобильного робота с колесами всенаправленного типа / А. А. Радкевич, У. Синьсинь, А. А. Вельченко, С. А. Павлюковец // Доклады Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. 2024. Т. 22, № 1. С. 82-90. DOI: 10.35596/1729-7648-2024-22-1-82-90

Михайлов М. И. Моделирование кинематики мобильного колесного робота // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П. О. Сухого. 2023. № 2(93). С. 14-21.

Динамика транспортного мобильного робота с модифицированным механизмом Аккермана в квазикоординатах / А. Тулешов, А. Сейдахмет, К. Бисембаев [и др.] // Вестник Казахской академии транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева. 2024. Т. 130, № 1. С. 70-78. DOI: 10.52167/1609-1817-2024-130-1-70-78

Лучанский О. А., Акименко Т. А. Движение трехколесного мобильного робота // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. № 2. С. 133-139.

Бодров Е. Э., Бодрова С. И., Лысенко А. А. Математическое моделирование нагрузки на приводной двигатель малогабаритного мобильного робота в модуле симуляции движения // Электричество. 2019. № 2. С. 48-53. DOI: 10.24160/0013-5380-2019-2-48-53

Разработка математической модели кинематики и динамики колесного дифференциального робота / К. П. Марченко, К. В. Коновалов, С. Д. Ершов [и др.] // Научный аспект. 2021. Т. 3, № 1. С. 277-294.

Угловский А. С., Семеренко Н. Ю. Моделирование работы мобильного робота для обоснования его функциональных параметров и алгоритма управления // АгроЭкоИнженерия. 2023. № 4 (117). С. 57-72. DOI: 10.24412/2713-2641-2023-4117-57-71

Салимов М. С., Меркурьев И. В. Программное управление движением робота с дифференциальным приводом при разных моделях трения // Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don). 2023. Т. 23, № 4. С. 346-355. DOI: 10.23947/2687-1653-2023-23-4-346-355

Анализ вращения поворотных колес мобильного робота с дифференциальным приводом / А. А. Радкевич, Ш. Ян, В. А. Зарецкий [и др.] // Системный анализ и прикладная информатика. 2023. № 4. С. 30-36. DOI: 10.21122/2309-4923-2023-4-30-36

Фролов В. Я., Бенслиман Ю. Моделирование и нелинейное управление неголономным автомобилеподобным мобильным роботом, отслеживающим траекторию // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. № 2. С. 381-388. DOI: 10.24412/2071-6168-2024-2-381-382

Загрузки

Опубликован

07.10.2024

Как цитировать

Трефилов, С. А., & Ходырев, Г. В. (2024). Разработка математической модели высокоманевренного робота для имитации роботов различных типов конструкций. Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, 27(3), 38–48. https://doi.org/10.22213/2413-1172-2024-3-38-48

Выпуск

Раздел

Статьи