Манипуляторные комплексы для автономных необитаемых подводных аппаратов

Активное развитие подводных робототехнических комплексов для обеспечения подводной добычи углеводородов и решения задач в военной области привело к формированию класса автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА)1

 

 

Авторы:

  • Занин Владислав Юрьевич, Советник Генерального директора ЗАО «НПП ПТ «ОКЕАНОС»
  • Кожемякин Игорь Владиленович, Начальник управления оборонных исследований и разработок ФГБОУВО СПб ГМТУ

 

            Учитывая препрограммируемый характер миссий АНПА, базовые задачи в основном сводились к мониторинговым и обследовательским работам на больших площадях (картирование) или линейных объектах донного расположения (кабель-трассы, магистральные трубопроводы). Накопленный опыт работ с АНПА, эволюция технологий и учет экономических факторов со временем вывели АНПА на выполнение работ связанных с точечной донной инфраструктурой: вертикальными и горизонтальными «деревьями» устьевой арматуры, райзерами и якорными линиями2, а так же с объектами в приповерхностном и заглубленном положении в водной среде3. В последнем случае это дало повод даже выделить отдельный подкласс АНПА - автономный инспекционный аппарат (Autonomous Inspection Vehicle (AIV)). Эффективная работа АНПА при решении «классических» и новых задач дала толчок к развитию революционных технологий – реализации функционирования на АНПА манипуляторного комплекса4, причем не только в технократических целях (добыча углеводородов/военные области), но и для научного сообщества, в части сложнейшего глубоководного отбора проб5.

Конструкторско-производственное сообщество Российской Федерации также не остается в стороне от происходящего. За последние пять лет активно увеличивается не только количество представляемых моделей подводных робототехнических комплексов, но и количество компаний и организаций, занятых разработкой самих аппаратом и  комплектующих к ним6, растет качество конференций по системам управления применительно к подводной робототехнике7,8.

В связи с данными событиями конструкторские коллективы ФГБОУВО «СПбГМТУ» и ЗАО «НПП ПТ «Океанос», ведущие совместную инициативную разработку ряда надводно-подводных морских робототехнических систем 9,11,12, приступили к проработке вопросов перспективного проектирования манипуляторных комплексов для телеуправляемых необитаемых аппаратов (ТПА) II класса13 и АНПА.

Выбор данных классов робототехники в качестве носителей разрабатываемых манипуляторных комплексов не случаен. Объединяющими факторами служат «малое водоизмещение» аппаратов (читай «малая полезная нагрузка») и невысокая надводная и подводная остойчивость к присоединяемым массам и изменениям моментов. Если влияние данных факторов возможно частично устранить с помощью активного применения на ТПА движительно-рулевых комплексов (в ручном и полуавтоматических режимах), то для АНПА, ограниченных по запасам электроэнергии на борту, да и в силу конструктивных особенностей, данный путь противопоказан. Как следствие – в результате анализа имеющихся технических решений и теоретических изысканий14,15,16,17,18, практического опыта эксплуатации ЗАО «НПП ПТ «Океанос» ТПА II класса типа Н-300 с гидравлическими и электрическими манипуляторными комплексами, и проведенных применительно к АНПА собственных расчетов, признано целесообразным развитие модульного манипулятора с электрическими приводами. Одновременно с выбором типа приводов манипулятора был проведен значительный объем работы по анализу конструктивного исполнения манипуляторного комплекса и его сопряжению/взаимодействию с носителем. Полученные результаты были положены в основу практического проектирования и моделирования ряда манипуляторов в целях первоначальной отработки манипуляторного комплекса для ТПА с дальнейшим сопряжением с гибридным глайдером (АНПА с гидродинамическим принципом движения с периодическим использованием пропульсивной движительной установки и дистанционного управления) и в конечной фазе с полностью автономным АНПА.

Безусловно, кроме проектирования непосредственно исполнительного манипуляторного механизма гораздо большей проблемой представляется обеспечение вопроса программного или программно-дистанционного управления манипуляторным комплексом, но в свете активного развития средств технического зрения и высокоскоростной подводной связи19,20, вопросы обеспечения работы манипуляторного комплекса АНПА (с ТПА таких вопросов не возникает) представляются решаемыми.

Во всяком случае, к тому моменту, когда отечественное научное сообщество подойдет к практическому решению данного вопроса, планируется уже иметь ряд манипуляторов не только отечественных и пригодных для данных задач, но и практически отработанных на ТПА.

Подобная совместная методика подготовки к решению проблемных задач, осуществляемая ФГБОУВО СПб ГМТУ и ЗАО «НПП ПТ «Океанос», уже положительно себя зарекомендовала, позволив вести отработку на инициативно созданном ходовом стенде «глайдер» таких комплектующих и составных частей подводных робототехнических комплексов, как:

  • измеритель скорости течения ИСТ-1М, авторский коллектив Институт Природно-Технических Систем г. Севастополь (ранее ФГБУН «Морской гидрофизический институт РАН»);
  • высокоточный приемник давления ПДС-1, АО «НПП «Радар-ММС»;
  • высокоточный температурный датчик, АО «НПП «Радар-ММС»;
  • гидроакустическая навигация с длиной базой, ОАО «Лаборатория подводной связи и навигации».

Кроме того, учитывая стендовое  исполнение (ходовой стенд) имеющихся и проектируемых ФГБОУВО СПб ГМТУ и ЗАО «НПП ПТ «Океанос» АНПА  и систем управления, в конструкцию и схемотехнику аппаратов заранее закладываются механические и электрические интерфейсы под манипуляторный комплекс и сопутствующее оборудование, что позволит ускорить адаптацию и отработку манипуляторных комплексов АНПА, и не только своей, внутренней разработки.

ЗАО «НПП ПТ «ОКЕАНОС»
194295 Санкт-Петербург, а/я 21
тел/факс (812) 292 37 16
office@oceanos.ru

ФГБОУВО СПб ГМТУ
190008 Санкт-Петербург
Ул. Лоцманская д.3
тел/факс (812) 714 68 22
1861vp@mail.ru


Литература:

  1. www.imtp.febras.ru
  2. www.ecagroup.com
  3. www.subseacom
  4. “Development of an underwater manipulator mounted for an AUV” M. Ishitsuka, 2005, Oceans 2005 MTS/IEEE, Washington D.C.
  5. “Development and Testing of a Dexterous Manipulation Capability for Autonomous Undersea Vehicles” Barrett E. Dillow, David L. Akin, Graig R. Carignan, 2009, AIAA Infotech@Aerospace Conference, Seattle
  6. robotrends.ru
  7. psct.ru
  8. imtp.febras.ru
  9. oceanos.ru
  10. oceanos.ru
  11. oceanos.ru
  12. oceanos.ru
  13. imca-int.com
  14. ecagroup.com
  15. hydro-lek.com
  16. rovinnovations.com
  17. “Virtual kinematic chains to solve the underwater vehicle-manipulator systems redundancy” Carlos H.F. dos Santos, Raul Guenther, Daniel Martins, Edson R. De Pieri, 2006, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, July/Sept.
  18. “Autonomus I-AUV Docking for fixed-base Manipulation” Narcis Palome, Pase Ridao, David Ribas, Guillem Vallicrosa, 2014, 19th World Congress The International Federation of Automatic Control, Cape Town
  19. oceanos.ru
  20. unavlab.com

Комментариев еще нет.

Оставить комментарий

Вы должны войти Авторизованы чтобы оставить комментарий.

Партнеры