МИНИАТЮРНЫЕ РОБОТЫ В ОГРАНИЧЕННЫХ ПРОСТРАНСТВАХ

Разработки и исследования миниатюрных роботов для движения в ограниченных пространствах активно ведутся во многих странах.

Роботизация операций для инспекции и ремонта трубопроводов в промышленно развитых странах опирается на международные и национальные программы НИОКР. Так, в рамках новой научно-технической программы “1ST” (“Технология для информационного общества”) создание новых мобильных средств выделено в отдельную подпрограмму как перспективная и критическая технология. В основу разработок закладывается мехатронный подход к проектированию, суть которого состоит в глубокой конструктивной интеграции в единый функциональный модуль вплоть до взаимопроникновения механических, электрических, компьютерных и сенсорных элементов. Современный этап развития мехатроники направлен на интеллектуализацию всех процессов, протекающих в мехатронной системе, в первую очередь - процесса управления функциональными движениями машин. Для минироботов это означает повышение автономности их поведения, возможность выполнения ряда действий в автономном режиме, передачу диагностической информации оператору в удобной для него визуальной и графической форме.

В настоящее время существует несколько моделей минироботов для движения в ограниченном пространстве с применением разнообразных приводов.

Разработан ряд микророботов пушпульного типа для движения внутри труб, основанных на поступательном перемещении корпуса самого робота, а затем под действием возвратной пружины и подвижного упора. Среди применяемых приводов электрический является одним из наиболее часто используемых. При вращении двигателя в разные стороны происходит то выдвижение упора, то перемещение корпуса самого робота. Еще одной конструкцией микроробота, где применяется электрический двигатель, является микроробот, состоящий из эластичного корпуса, выполненного в виде пружины, сжатие и распрямление которой происходит за счет скручивания гибких нитей, протянутых внутри корпуса между валом электродвигателя и одним из упоров робота. При скручивании гибких нитей происходит сжатие корпуса, а при раскручивании - растяжение пружины. При всех этих действиях происходит продвижение микроробота. Данная конструкция позволяет не только перемещаться по прямолинейным участкам, но и преодолевать участки, где есть повороты и изгибы, преодолевать углы более 90°. Еще одной разновидностью микророботов, применяемых для движения внутри труб, является робот, движение которого осуществляется за счет ударного воздействия постоянного магнита на сердечник одного из двух электромагнитов в зависимости от направления движения. На катушки этих электромагнитов подаются импульсы напряжения. За счет амплитуды и длительности этих импульсов создается величина силы удара постоянного магнита. Сила и частота подаваемых сигналов и определяют направление и скорость движения робота. Управляемые упоры, установленные на корпусе микроробота, дают ему возможность оставаться неподвижным в отсутствие импульсов питания при вертикальном направлении движения.

При движении микророботов в трубчатых сосудах используется также вращение приводных колес и гусениц.

Последние 15 лет ведутся интенсивные фундаментальные и прикладные исследования в ведущих институтах и лабораториях мира по созданию миниатюрных внутритрубных роботов, представляющих собой одно- или многозвенную управляемую механическую систему.

Звенья - это мехатронные модули, в которых вращательные и поступательные движения реализованы посредством микродвигателей, встроенных в шарниры. Распределенные системы управления на основе микропроцессорной техники основаны не только на традиционных, но и на новых законах управления с использованием методов компьютерного моделирования, виртуальной реальности и CAD/CAM.

При проектировании и создании действующих прототипов используются методы мехатроники и способы реализации движений биосистем, таких как различные ползающие насекомые, змеи, ящерицы, черви. Моделирование и экспериментальные исследования миниатюрных роботов позволили изучить особенности их разнообразных движений, состоящих из связанных между собой механически и информационно отдельных модулей. Компьютерное моделирование движений многозвенных МИниатюрных роботов направлено на развитие методов распределенного управления на основе локального обмена информацией об изменении динамических параметров между отдельными модулями и на разработку алгоритмов управления, адекватных выполнению требуемых движений. Ранее было исследовано движение змееподобного колесного робота в искривленной трубе с гладкими стенками и показана возможность создания тягового усилия за счет нормальных реакций взаимодействия колесной системы со стенками трубы.

При этом робот может выполнять работы, когда использование обслуживающего персонала невозможно (на недоступных для человека участках, в зараженных зонах), предупреждать техногенные и экологические аварии и катастрофы.
Перспективы развития миниатюрных управляемых внутритрубных роботов определяются разнообразными применениями для технической диагностики турбин, двигателей, компрессов в энергетическом машиностроении, для гуманитарного разминирования, в медицинской технике, в системах био- и нанотехнологий.