Отправить статью по E-mail Имитационная модель движения мобильного робота по опорному основанию со сложным профилем
- Авторы: Гойдин О.П.1, Косицын Б.Б.1, Стадухин А.А.2
-
Учреждения:
- Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)
- Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова
- Выпуск: Том 19, № 2 (2025)
- Страницы: 87-99
- Раздел: Транспортные и транспортно-технологические комплексы
- URL: https://journal-vniispk.ru/2074-0530/article/view/356875
- DOI: https://doi.org/10.17816/2074-0530-678667
- EDN: https://elibrary.ru/HQQLMP
- ID: 356875
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Обоснование. Мобильные роботы, обычно должны обладать высокой профильной проходимостью, что, требует наличия дополнительных приводов, обеспечивающих изменение геометрических параметров движителя, и, сложных систем управления движением. Существующие программные комплексы моделирования динамики систем твёрдых тел не всегда позволяют корректно описывать взаимодействие движителя (колёс) со сложным профилем опорной поверхности, что затрудняет разработку эффективных алгоритмов управления.
Цель — разработка имитационной модели движения мобильных роботов, сочетающей возможность применения современных программных комплексов математического моделирования динамики систем твёрдых тел с алгоритмом определения контакта колёс с рельефом опорной поверхности на основе модифицированного алгоритма GJK.
Методы. Предлагаемый в статье подход к разрешению контактного взаимодействия движителя с неровностями пути основывается на алгоритме GJK для поиска пересечений между колесом и рельефом опорной поверхности. На основе полученных в результате работы алгоритма данных определяются контактные силы и моменты, описывающие взаимодействия шины с опорным основанием на основе её упругодемпфирующих и сцепных свойств.
Результаты. Предложена математическая модель взаимодействия колеса с неровностями опорного основания для случая нескольких контактных точек. Указанная модель базируется на модифицированном алгоритме GJK и позволяет обеспечить определение контактов и сил взаимодействия при имитации движения мобильных роботов по скорости близкой к «реальному времени». В статье приведена оценка работоспособности модели и её пригодности для разработки алгоритмов автоматического управления движением мобильных роботов.
Заключение. Разработанная модель позволяет эффективно исследовать движение мобильного робота при преодолении крупных препятствий и неровностей пути в случае нескольких контактных точек между движителем и опорной поверхностью. Результаты подтверждают пригодность модели, а также перспективность применения имитационного математического моделирования для синтеза законов управления движением мобильного робота.
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Олег Петрович Гойдин
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)
Email: goidin@vniia.ru
ORCID iD: 0009-0009-9655-1870
SPIN-код: 6891-2670
руководитель центра робототехники и аварийного реагирования
Россия, МоскваБорис Борисович Косицын
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)
Email: kositsyn_b@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-2131-2738
SPIN-код: 2005-7528
д-р техн. наук, доцент, профессор кафедры СМ10 «Колёсные машины»
Россия, МоскваАнтон Алексеевич Стадухин
Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова
Автор, ответственный за переписку.
Email: ant.m@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0003-1414-3435
SPIN-код: 7669-7133
д-р техн. наук, доцент, профессор кафедры СМ9 «Многоцелевые гусеничные машины и мобильные роботы»
Россия, МоскваСписок литературы
- Gilbert EG, Johnson DW, Keerthi SS. A fast procedure for computing the distance between complex objects in three-dimensional space. IEEE Journal on Robotics and Automation. April 1988;4(2):193–203. doi: 10.1109/56.2083
- Gazebo Open Source Libraries. Accessed: 09.04.2025. Available from: https://gazebosim.org/home
- Wu D, Yu Z, Adili A, Zhao F. A Self-Collision Detection Algorithm of a Dual-Manipulator System Based on GJK and Deep Learning. Sensors. 2023;(23). doi: 10.3390/s23010523 EDN: HZVVUE
- Stadukhin AA. Modeling the Interaction of a Mobile Robot and a Support Base Using Polyhedron Intersection Algorithms. Engineering Journal: Science and Innovation. 2016;12(60). (In Russ.) doi: 10.18698/2308-6033-2016-12-1561 EDN: XEQDXF
- Unity Documentation. Introduction to Primitive Collider Shapes. Accessed: 09.04.2025. Available from: https://docs.unity3d.com/6000.0/Documentation/Manual/primitive-colliders-introduction.html
- MathWorks. Simscape Multibody. Accessed: 09.04.2025. Available from: https://ww2.mathworks.cn/en/products/simscape-multibody.html
- Winter. GJK: Collision Detection Algorithm in 2D/3D. Accessed: 09.04.2025. Available from: https://winter.dev/articles/gjk-algorithm
- Rozhdestvensky YuL, Mashkov KYu. On the Formation of Reactions During the Rolling of an Elastic Wheel on a Non-Deformable Base. Proceedings of the Moscow Higher Technical School. 1982(390):56–64. (In Russ.)
- Marokhin S. Prediction of Mobility Characteristics of a Special-Purpose Vehicle Equipped with Active Safety Systems. [dissertation] Moscow; 2005. (In Russ.) EDN: NNHRUT
- Gorelov VA, Evseev KB, Chudakov OI, Balkovsky KS. Evaluation of Curvilinear Motion Parameters of a Vehicle Train Using Simulation Modeling. News of the Moscow State Technical University “MAMI”. 2020(4(46)):2–16. (In Russ.) doi: 10.31992/2074-0530-2020-46-4-2-15 EDN: ADNOQT
- Gazizullin RL. Development of a Power Distribution Control Law for a Wheeled Vehicle’s Propulsion System When Moving on a Flat, Dense Support Surface. [dissertation] Moscow; 2023. (In Russ.) EDN: NYKGXQ
- Afanasyev BA, Zheglov LF, Zuzov VN, et al. Design of All-Wheel Drive Wheeled Vehicles: Textbook for Universities: In 3 Vol. Vol. 2. Moscow: MGTU im NE Baumana; 2008. (In Russ.) EDN: YNGUAB
- Platonov VF, Leinashvili GR. Tracked and Wheeled Transport and Traction Vehicles. Moscow: Mashinostroenie; 1986. (In Russ.)
- Goidin OP, Kositsyn BB, Stadukhin AA. Integrated Motion Control Law for an Articulated Wheeled Mobile Robot. In: Advanced Systems and Control Problems: Proceedings of the XX Anniversary All-Russian Scientific-Practical Conference. Donbai, Karachay-Cherkess Republic. Donbai; 2025:241–245. (In Russ.)
Дополнительные файлы
