Ученые Пензенского государственного университета разработали прототип бионического робота-гексапода массой 5,5 кг, предназначенного для работы в труднодоступной местности и потенциально опасных условиях. Шестиногая конструкция, многоуровневая система управления и комплекс навигационных датчиков позволяют устройству преодолевать природные препятствия, доставлять грузы и проводить инспекцию нефтегазовой инфраструктуры.
Ученые Пензенского государственного университета (ПГУ) представили прототип бионического шагающего робота-гексапода, способного выполнять задачи в условиях, представляющих опасность или затруднения для человека. Разработка ведется в рамках национального проекта «Средства производства и автоматизации». Об этом сообщили в пресс-службе университета.
Робот предназначен для применения в различных сценариях, где требуется автономное или дистанционно управляемое перемещение по сложному рельефу. Среди потенциальных направлений использования – поиск людей в труднодоступной местности, транспортировка грузов и оборудования, а также обследование нефтегазопроводов.
В основе разработки лежит бионическая шестиногая конструкция, обеспечивающая устойчивое перемещение по неровным поверхностям и возможность преодоления препятствий, недоступных для колесных платформ. Управление движением осуществляется с помощью многоуровневой системы, которая обрабатывает информацию от навигационных комплексов и датчиков, установленных непосредственно на роботе.
Три уровня управления отвечают за навигацию, тактику и движение конечностей
Архитектура системы управления гексаподом построена по трехуровневому принципу. Каждый уровень отвечает за определенную группу задач, обеспечивая согласованную работу навигационных средств, исполнительных механизмов и средств взаимодействия с оператором.
Входные данные поступают от систем глобальной, локальной и персональной навигации, а также от датчиков силы и тока, встроенных в конечности робота.
Верхний уровень управления отвечает за стратегическое планирование. Он выбирает маршрут движения, обеспечивает связь с оператором и адаптирует алгоритмы работы устройства в зависимости от типа поверхности и условий эксплуатации.
Средний, тактический уровень отвечает непосредственно за навигацию. Для оценки окружающей обстановки и определения положения робота он объединяет информацию, поступающую от лидара, ультразвуковых датчиков, инерциальной системы, камер и GPS.
Нижний уровень управления обеспечивает работу приводов конечностей, стабилизацию корпуса и контроль контакта ног с опорной поверхностью. Благодаря этому система может корректировать движения отдельных конечностей с учетом текущего положения робота и характеристик поверхности.
Подобное разделение функций позволяет организовать управление как отдельными исполнительными механизмами, так и всей роботизированной платформой в целом.
Шесть конечностей помогают преодолевать природные препятствия
Одним из ключевых преимуществ разработки стала радиальная компоновка шести конечностей. Такая конструкция позволяет роботу сохранять динамическую устойчивость при движении и одновременно обеспечивает высокую маневренность на сложном рельефе.
В отличие от колесных платформ, гексапод способен не только объезжать препятствия, но и перешагивать через них. Это расширяет возможности применения устройства в лесистой местности, на пересеченной территории и других пространствах с ограниченной проходимостью.
Например, во время движения по лесу робот может преодолевать бревна и валежник, перемещаться сквозь низкорослый кустарник и высокую траву. Шагающий принцип передвижения позволяет ему проходить участки, на которых колесная техника может потерять мобильность или оказаться полностью заблокированной.
Ученые Пензенского государственного университета (ПГУ) представили прототип бионического шагающего робота-гексапода, способного выполнять задачи в условиях, представляющих опасность или затруднения для человека. Разработка ведется в рамках национального проекта «Средства производства и автоматизации». Об этом сообщили в пресс-службе университета.
Робот предназначен для применения в различных сценариях, где требуется автономное или дистанционно управляемое перемещение по сложному рельефу. Среди потенциальных направлений использования – поиск людей в труднодоступной местности, транспортировка грузов и оборудования, а также обследование нефтегазопроводов.
В основе разработки лежит бионическая шестиногая конструкция, обеспечивающая устойчивое перемещение по неровным поверхностям и возможность преодоления препятствий, недоступных для колесных платформ. Управление движением осуществляется с помощью многоуровневой системы, которая обрабатывает информацию от навигационных комплексов и датчиков, установленных непосредственно на роботе.
Три уровня управления отвечают за навигацию, тактику и движение конечностей
Архитектура системы управления гексаподом построена по трехуровневому принципу. Каждый уровень отвечает за определенную группу задач, обеспечивая согласованную работу навигационных средств, исполнительных механизмов и средств взаимодействия с оператором.
Входные данные поступают от систем глобальной, локальной и персональной навигации, а также от датчиков силы и тока, встроенных в конечности робота.
Верхний уровень управления отвечает за стратегическое планирование. Он выбирает маршрут движения, обеспечивает связь с оператором и адаптирует алгоритмы работы устройства в зависимости от типа поверхности и условий эксплуатации.
Средний, тактический уровень отвечает непосредственно за навигацию. Для оценки окружающей обстановки и определения положения робота он объединяет информацию, поступающую от лидара, ультразвуковых датчиков, инерциальной системы, камер и GPS.
Нижний уровень управления обеспечивает работу приводов конечностей, стабилизацию корпуса и контроль контакта ног с опорной поверхностью. Благодаря этому система может корректировать движения отдельных конечностей с учетом текущего положения робота и характеристик поверхности.
Подобное разделение функций позволяет организовать управление как отдельными исполнительными механизмами, так и всей роботизированной платформой в целом.
Шесть конечностей помогают преодолевать природные препятствия
Одним из ключевых преимуществ разработки стала радиальная компоновка шести конечностей. Такая конструкция позволяет роботу сохранять динамическую устойчивость при движении и одновременно обеспечивает высокую маневренность на сложном рельефе.
В отличие от колесных платформ, гексапод способен не только объезжать препятствия, но и перешагивать через них. Это расширяет возможности применения устройства в лесистой местности, на пересеченной территории и других пространствах с ограниченной проходимостью.
Например, во время движения по лесу робот может преодолевать бревна и валежник, перемещаться сквозь низкорослый кустарник и высокую траву. Шагающий принцип передвижения позволяет ему проходить участки, на которых колесная техника может потерять мобильность или оказаться полностью заблокированной.
«Благодаря шестиногой конструкции с радиальным расположением конечностей робот стабильно поддерживает динамическую устойчивость и одновременно обладает высокой маневренностью. Эти преимущества позволяют ему перемещаться по труднодоступной местности. Например, в лесу он способен переступать через бревна и валежник, пробираться сквозь низкорослый кустарник и высокую траву. Именно шагающий способ передвижения позволяет проходить через такие препятствия», – отметил разработчик, ассистент кафедры «Приборостроение» ПГУ Илья Урваев.
Прототип весит 5,5 кг и способен работать до шести часов
Разработанный прототип имеет массу 5,5 кг. При изготовлении конструкции использовались детали, напечатанные на 3D-принтере. Применение аддитивных технологий позволило создать компоненты робота для сборки экспериментальной платформы.
Заявленная продолжительность непрерывной работы устройства составляет около шести часов. Такой показатель обеспечивается использованием двух независимых аккумуляторов, каждый из которых отвечает за питание определенной группы компонентов.
Первый аккумулятор предназначен для системы управления и цифровых устройств. Второй, обладающий большей мощностью, питает сервоприводы, обеспечивающие движение шести конечностей.
Разделение источников питания позволяет распределить энергетическую нагрузку между вычислительными компонентами и исполнительными механизмами робота.
Разработка ведется в рамках национального проекта по развитию отечественного оборудования
Создание гексапода стало частью работ, реализуемых по национальному проекту «Средства производства и автоматизации». Его задача заключается в развитии отечественного промышленного оборудования, снижении зависимости от зарубежных поставок и расширении технологических возможностей российских предприятий.
В течение шести лет планируется повысить уровень независимости в области производства отечественной продукции до 95%, обеспечить вхождение России в топ-25 стран по показателю плотности роботизации промышленности и разработать более 340 технологий.
Национальный проект предусматривает поддержку создания и внедрения российских технологий, оборудования и производственных решений. Его обновленная версия реализуется с 2025 года по решению Президента РФ Владимира Путина.
Разработка Пензенского государственного университета демонстрирует возможности применения бионических принципов в мобильной робототехнике. Сочетание шестиногой механической конструкции, многоуровневой системы управления и комплексной навигации позволяет создавать платформы для выполнения задач в условиях, где традиционные способы передвижения оказываются недостаточно эффективными.
Разработанный прототип имеет массу 5,5 кг. При изготовлении конструкции использовались детали, напечатанные на 3D-принтере. Применение аддитивных технологий позволило создать компоненты робота для сборки экспериментальной платформы.
Заявленная продолжительность непрерывной работы устройства составляет около шести часов. Такой показатель обеспечивается использованием двух независимых аккумуляторов, каждый из которых отвечает за питание определенной группы компонентов.
Первый аккумулятор предназначен для системы управления и цифровых устройств. Второй, обладающий большей мощностью, питает сервоприводы, обеспечивающие движение шести конечностей.
Разделение источников питания позволяет распределить энергетическую нагрузку между вычислительными компонентами и исполнительными механизмами робота.
Разработка ведется в рамках национального проекта по развитию отечественного оборудования
Создание гексапода стало частью работ, реализуемых по национальному проекту «Средства производства и автоматизации». Его задача заключается в развитии отечественного промышленного оборудования, снижении зависимости от зарубежных поставок и расширении технологических возможностей российских предприятий.
В течение шести лет планируется повысить уровень независимости в области производства отечественной продукции до 95%, обеспечить вхождение России в топ-25 стран по показателю плотности роботизации промышленности и разработать более 340 технологий.
Национальный проект предусматривает поддержку создания и внедрения российских технологий, оборудования и производственных решений. Его обновленная версия реализуется с 2025 года по решению Президента РФ Владимира Путина.
Разработка Пензенского государственного университета демонстрирует возможности применения бионических принципов в мобильной робототехнике. Сочетание шестиногой механической конструкции, многоуровневой системы управления и комплексной навигации позволяет создавать платформы для выполнения задач в условиях, где традиционные способы передвижения оказываются недостаточно эффективными.
