Оптимізація режиму переміщення мобільного пошуково-рятувального робота

Abstract

В магістерській кваліфікаційній роботі проведено дослідження та виконано комплексний аналіз з розроблення конструкції та оптимізації режимів руху мобільного пошуково-рятувального робота (класу USAR). Проведене дослідження дозволило зробити такі висновки: Розроблено конструкцію мобільного робота SGBot з гібридною ходовою системою TriSTAR та мультимодальними паралельними механізмами, яка відповідає технічним вимогам для роботи в умовах міських завалів та забезпечує високу прохідність, включаючи здатність долати сходи та вертикальні перешкоди. Розраховано базові елементи привода, зокрема обрано прецизійні електродвигуни FAULHABER 3890H024CR потужністю 202 Вт та планетарні редуктори Series 38A з передавальним числом 45:1 . Також проведено розрахунок вихідного вала за еквівалентним моментом та підібрано шпонки, що гарантує необхідний інженерний запас міцності конструкції. Використання розробленого робота у пошуково-рятувальних операціях забезпечує високу ефективність, дозволяючи проводити розвідку зони лиха у 2–3 рази швидше порівняно з традиційними методами, що є критичним для порятунку людей у перші «золоті години». Здійснено моделювання динаміки руху мобільної платформи при подоланні перешкод. В процесі моделювання побудовано двомасову динамічну модель системи з урахуванням пружних властивостей гусеничного рушія . На основі розробленої моделі побудовано математичний апарат, представлений системою нелінійних диференціальних рівнянь другого порядку на основі рівнянь Лагранжа другого роду. На базі математичної моделі проведено динамічний аналіз руху платформи в середовищі Wolfram Mathematica. Динамічний аналіз показав, що в неоптимізованих режимах елементи робота здійснюють рух у коливальному режимі зі значними перевантаженнями, що негативно впливає на надійність приводів та стабільність відеосигналу . Також визначено, що максимальний кут підйому платформи становить 39°. Для зменшення динамічних навантажень здійснено оптимізацію режиму пуску приводного механізму. За критерій оптимізації обрано середньоквадратичне значення рушійного зусилля приводів . Це дозволило усунути коливання, на 60% зменшити різкі зміни кутових швидкостей та забезпечити плавний розгін системи до заданої швидкості 2,2 м/с без енергетичних перевантажень. Проведено оцінку економічної доцільності впровадження розробленого комплексу. Встановлено, що сумарні капітальні вкладення становлять 18 300 доларів США (близько 800 000 грн), а термін окупності системи складає 1,5–2 роки за рахунок автоматизації небезпечних етапів робіт. Встановлено зменшення витрат на оплату праці та страхування персоналу, оскільки робот виконує роль телеприсутності, дозволяючи рятувальникам перебувати поза межами небезпечних зон із ризиком вибуху газу або обвалу конструкцій. Використання інтелектуальних алгоритмів Dyna-Feature Q-Learning та адаптивних потенційних полів (A-APF) дозволяє роботу автономно уникати перешкод та виходити з тупикових зон завалів, що мінімізує ризик втрати дорогої техніки. Отже, розроблена конструкція мобільного робота SGBot є інженерно надійним та економічно виправданим рішенням для модернізації технічного оснащення підрозділів ДСНС. Впровадження запропонованих методів розрахунку та алгоритмів нечіткого згладжування дозволяє суттєво підвищити автономність системи, зменшити експлуатаційні витрати та реалізувати тактику «працювати головою», гарантуючи максимальну безпеку як для постраждалих, так і для особового складу .