В ДВФУ создадут первого в России полностью автономного подводного робота с манипулятором

Инженеры-робототехники Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) совместно с коллегами из Института проблем морских технологий ДВО РАН и Института автоматики и процессов управления ДВО РАН завершили этап теоретических исследований в области подводной робототехники и готовы приступить к разработке первого в России полностью автономного подводного робота с манипулятором.

Испытания могут пройти уже через три года. Статьи о результатах исследований опубликованы в IOP Conference Series: Earth and Environmental Science и ранее в International Journal of Energy Technology and Policy.

В июле-августе 2019 г. учёные испытали систему интеллектуальной поддержки деятельности операторов телеуправляемых необитаемых подводных аппаратов (ТНПА). Работы проводились в Тихом океане в рамках глубоководной экспедиции Национального научного центра морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН на научно-исследовательском судне «Академик М.А. Лаврентьев».

С помощью системы интеллектуальной поддержки удалось обеспечить одновременное точное управление движением судна, глубиной погружения блока-заглубителя и ТНПА Comanche 18 в условиях сложного рельефа донной поверхности. Система сама планировала маршруты перемещений с учетом изменяющейся рабочей зоны Comanche 18, и выдавала предупреждения и рекомендации оператору ТНПА. По итогам испытаний все поставленные задачи были эффективно выполнены в условиях сильных течений и сложного рельефа склонов подводных гор. Система полностью исключила любые аварийные ситуации.

Comanche 18 совершил 21 погружение, чистое время его рабочих манипуляций составило 52 часа. Аппарат обследовал склоны и вершины подводных гор (гайотов) Императорского хребта, совершили видеосъемку, провел отбор морских организмов, взял пробы грунта и геологических пород.

По словам учёных, испытанная система интеллектуальной поддержки деятельности операторов – это часть обобщенной информационно-управляющей системы, на основе которой уже через три года может быть создан первый отечественный полностью автономный подводный робот, оснащенный многозвенным манипулятором. Стоимость разработки будет зависеть от конкретных технических характеристик, требуемых заказчиком.

Робот сможет самостоятельно выполнять поставленные задачи в условиях неопределённости: проводить исследовательские и технологические операции в глубинах Мирового океана, а также шельфовые исследования в экстремальных условиях Арктики.

«С развитием цифровых технологий, электронной базы и чувствительных элементов точность, быстродействие и производительность подводных роботов стали намного превышать человеческие. Мы создали интеллектуальную систему управления, которая состоит из четырёх подсистем. Первая с помощью бортовых сенсоров обеспечивает плавный подход робота к объекту работ. Вторая стабилизирует робота в пространстве даже при наличии неизвестных подводных течений и при работающем в вязкой среде манипуляторе. Третья идентифицирует места проведения операций и планирует траектории движения рабочего органа манипулятора для выполнения этих операций. Четвертая управляет сигналами работы приводов манипулятора. Благодаря нашей системе роботы могут распознавать окружающую обстановку и различные объекты, планировать траектории движения в среде с любыми препятствиями и диагностировать возникающие дефекты, нейтрализуя их в автоматическом режиме». — Рассказал Александр Коноплин, старший преподаватель кафедры автоматизации и управления Инженерной школы ДВФУ, ведущий научный сотрудник Института проблем морских технологий ДВО РАН.

По словам учёного, похожие разработки ведутся в крупнейших зарубежных научных центрах, однако серийных образцов автономных подводных аппаратов с манипуляторами еще нет. Конкурентное преимущество отечественной разработки заключается в уже реализованной высокоэффективной интеллектуальной системе управления. Она может быть быстро и успешно встроена в существующих и перспективных роботов, использующих различный набор оборудования, и значительно улучшить показатели качества их работы даже в условиях неопределенности рабочей среды.

Результаты теоретических разработок учёных ДВФУ и ДВО РАН могут применяться при создании интеллектуальных промышленных манипуляторов и в тех областях робототехники, где используются мобильные роботы, оснащаемые многозвенными манипуляторами.

Фундаментальные исследования в рамках проекта выполняются при финансовой поддержке фондов РНФ и РФФИ. По исследованиям вышла серия публикаций.

Основные результаты исследований отражены в статьях:

1. Filaretov V.F., Konoplin N.Yu., Konoplin A.Yu. System for automatic soil sampling by AUV equipped with multilink manipulator // International Journal of Energy Technology and Policy, 2019 Vol.15 No.2/3, pp.208 – 223, DOI: 10.1504/IJETP.2019.098965
2. Filaretov V.F., Konoplin A.Yu., Konoplin N.Yu. Development of Intellectual Support System for ROV Operators // IOP Conference Series Earth and Environmental Science, Vol.272 (032101), 2019. DOI: 10.1088/1755-1315/272/3/032101
3. Коноплин А.Ю., Коноплин Н.Ю., Шувалов Б.В. Подход к выполнению АНПА технологических манипуляционных операций с различными подводными объектами // Подводные исследования и робототехника. 2019. №1. С. 31-37.
4. Филаретов В.Ф., Коноплин А.Ю., Коноплин Н.Ю. Разработка и натурные испытания системы интеллектуальной поддержки деятельности операторов ТНПА // Подводные исследования и робототехника. 2018. №2 (26). С. 12-20.
5. Филаретов В. Ф., Коноплин А.Ю., Коноплин Н.Ю. Система для автоматического выполнения манипуляционных операций с помощью подводного робота // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. №8. Т. 18. C. 543–549.