Переладов И.К.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛНООБРАЗНОЙ ПОХОДКИ МНОГОЗВЕННОГО МОБИЛЬНОГО РОБОТА *
Аннотация:
в статье рассмотрен один из способов передвижения многозвенного мобильного робота. В ходе работы была исследована кривая, которой соответствует тело змеи во время использования данной походки для перемещения. Также было выполнено моделирование движения робота в виртуальной среде.
Ключевые слова:
мобильный робот, многозвенный робот, волнообразная походка, серпеноидная кривая, компьютерное моделирование
Многозвенный мобильный робот – мобильное устройство, состоящее из набора звеньев и перемещающееся за счет изменения формы своего тела. Данный класс роботов вдохновлен биомеханикой живых организмов, которые не имеют конечностей и используют ползающие походки, а именно - змеи, гусеницы и т.д. Такие роботы применяются в спасательных операциях [1], для инспекции трубопроводов, а также могут использоваться для разведки и решения исследовательских задач. В робототехнических лабораториях и технических университетах многих стран проводятся работы по созданию таких устройств, в России также есть свои разработки в этом направлении. Перспективные образцы были представлены Университетом Карнеги-Меллона (США), Норвежским университетом естественных и технических наук, Центральным научно-исследовательским и опытно-конструкторским институтом робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК) (Россия), Токийским технологическим институтом (Япония), Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) (США) и другими.Змеи при движении по разным типам рельефа или в ограниченном пространстве адаптируются и подбирают определенную разновидность походки. Аналогично, для ползающего мобильного робота в зависимости от внешних условий необходимо выбирать правильный тип движения для эффективного выполнения задач. Это подчеркивает важность исследования ползающих походок и применение их в роботах.Как правило, змея двигается за счет того, что совершает своим телом волнообразные движения вдоль направления перемещения. Благодаря силе трения, возникающей между поверхностью и ее брюхом, она движется поступательно. Для того, чтобы разработать и подобрать эффективные походки робота для разных внешних условий исследователи изучали и разбирали способы перемещения змей и других существ, которые передвигаются за счёт изменения формы тела. Рассмотрим классификацию ползающих походок на примере змей. Они могут использовать разные способы передвижения, но обычно выделяют четыре походки [2] (рис. 1):Рис. 1. Типы ползающих походок.Первый тип (а) называется движение гармошкой (Concertina locomotion). Змея фиксирует заднюю часть тела, растягивает переднюю часть вперед, затем закрепляет переднюю часть и подтягивает заднюю. При таком движении змея чередует фиксацию и растяжение различных частей тела. Этот процесс напоминает работу гармошки, где части тела последовательно растягиваются и сжимаются.Второй тип (б) называется волнообразное или змеевидное движение (Serpentine locomotion). Это наиболее распространенный метод передвижения, который используют почти все виды змей. Змея изгибает свое тело в серии S-образных дуг и толкается от объектов на своем пути - таких как камни, ветки или неровности почвы. Во время этого движения мышцы змеи сокращаются и расслабляются последовательно, что позволяет создавать силу тяги. Эти волны проходят от головы к хвосту, и при каждом изгибе змея находит точки опоры, от которых может оттолкнуться, продвигая себя вперед.Третий способ передвижения (в) - боковой ход (Sidewinding locomotion). Этот метод характерен для змей, обитающих в пустынях и на других рыхлых поверхностях. Змея поднимает свое тело в форме буквы "S" и перемещается по диагонали, создавая ряд параллельных следов на поверхности. При каждом движении часть тела змеи остается неподвижной и служит точкой опоры, в то время как другая часть поднимается и перемещается вперед. Это позволяет змеям эффективно двигаться по песку, минимизируя контакт с горячей поверхностью и снижая вероятность погружения в рыхлый грунт.Четвертый тип (г) – прямолинейное движение (Rectilinear locomotion). Этот метод чаще всего используется крупными змеями, такими как удавы и питоны, и позволяет двигаться прямо вперед. В отличие от волнообразного движения, здесь змея не изгибает свое тело в стороны. Мышцы живота последовательно сокращаются и расслабляются, создавая волны движения вдоль тела змеи. В процессе кожа змеи перемещается вперед, в то время как чешуйки на животе захватывают поверхность, продвигая тело вперед. Этот метод передвижения является достаточно медленным, но он крайне полезен для преодоления узких проходов.В данной работе будет рассмотрена волнообразная походка. Она хорошо подходит для случаев, когда роботу требуется двигаться по ровной поверхности. Кривую, которая наиболее приближена к кривой, соответствующей телу змеи, когда она для перемещения использует волнообразную походку предложил японский ученый Шигео Хиросе. Он дал ей название «серпеноида» (от лат. serpent – змея). Серпеноида – это плоская кривая, кривизна которой изменяется синусоидально [3] (1):
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 2
Ссылка для цитирования:
Переладов И.К. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛНООБРАЗНОЙ ПОХОДКИ МНОГОЗВЕННОГО МОБИЛЬНОГО РОБОТА // Вестник науки №5 (86) том 2. С. 986 - 996. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/22949 (дата обращения: 20.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+