Принципы межмодульной стыковки групповых мобильных робототехнических систем

Одной из важных задач в организации групповых (роевых) мобильных модульных робототехнических систем является разработка простых и надежных многоразовых систем стыковки/расстыковки модулей. В зависимости от назначения устройства стыковки могут быть одно- и многоразовыми и обеспечивать автоматическую стыковку/расстыковку соединения по команде от системы управления. Также узлы стыковки/расстыковки могут быть полуавтоматическими, когда дополнительно используется мобильность самих модулей. В необходимых случаях с целью упрощения робототехнических систем операции стыковки/расстыковки модулей могут проводиться вручную оператором или манипулятором. При этом во всех случаях после стыковки узел соединения должен обладать высокой жесткостью и исключать неконтролируемую подвижность стыкуемых элементов. В связи с этим выбор базовых типов систем стыковки/расстыковки для мобильных роботов модульного типа, объединяемых в активные групповые структуры, является актуальной задачей. Дан обзор известных принципов и устройств, которые можно применять для стыковки мобильных роботов модульного типа, приведена их классификация. Выполнен сравнительный анализ стыковочных устройств. Рекомендованы базовые образцы для решения групповых задач. Приведены новые оригинальные устройства узлов стыковки модулей с образованием групповых структур различного применения. Предложенные устройства стыковки/расстыковки мобильных роботов модульного типа позволяют создавать роевые активные многофункциональные робототехнические структуры, способные решать различные задачи в экстремальных и априорно неопределенных условиях.
EDN: QJWYLX, https://elibrary/qjwylx

Литература

[1] Yogeswaran M., Ponnambalam S.G. Swarm robotics: an extensive research review. In: Advanced knowledge application in practice. IntechOpen, 2010, pp. 259–277, doi: https://doi.org/10.5772/10361

[2] Larsen J.C. Locomotion through morphosis. PhD thesis. University of Southern Denmark, 2013. 189 p.

[3] Kernbach S., ed. Handbook of collective robotics. Singapore, Jenny Stanford, 2013. 962 p.

[4] Саяпин С.Н. Мобильный параллельный робот-манипулятор «Октаэдральный додекапод»: история, настоящее и будущее. Проблемы машиностроения и автоматизации, 2018, № 3, с. 36–60.

[5] Alattas R.J., Patel S., Sobh T.M. Evolutionary modular robotics: Survey and analysis. J. Intell. Robot. Sys., 2019, vol. 95, no. 7, pp. 815–828, doi: https://doi.org/10.1007/s10846-018-0902-9

[6] Seo J., Paik J., Yim M. Modular reconfigurable robotics. Annu. Rev. Control Robot. Auton. Syst., 2019, vol. 2 pp. 63–88, doi: https://doi.org/10.1146/annurev-control-053018-023834

[7] Majed A. Stratégies auto-reconfigurables basées sur la détection pour les systèmes robotiques modulaires autonomies. Doc. diss. ENSTA, 2022. 117 p.

[8] Liang G., Tu Y. Decoding modular reconfigurable robots: a survey on mechanisms and design. arXiv:2310.09743, doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2310.09743

[9] Gabrich B.T. Flying modular robots: from self-assembling structures in midair to embedding grasping capabilities. PhD thesis. University of Pennsylvania, USA, 2021. 145 p.

[10] Машошин А.И., Скобелев П.О. Применение мультиагентных технологий для управления группой автономных необитаемых подводных аппаратов. Известия Южного федерального университета. Технические науки, 2016, № 1, с. 45–59.

[11] Chen F.Y. Gripping mechanisms for industrial robots. Mech. Mach. Theory, 1982, vol. 17, no. 5, pp. 299–311, doi: https://doi.org/10.1016/0094-114X(82)90011-8

[12] Отений Я.Н., Ольштынский П.В. Выбор и расчет захватных устройств промышленных роботов. Волгоград, ВолгГТУ, 2000. 65 с.

[13] Sandin P.E. Robot mechanisms and mechanical devices illustrated. McGraw-Hill, 2003. 299 p.

[14] Fantoni G., Santochi M., Dini G. et al. Grasping devices and methods in automated production processes. CIRP Annals, 2014, vol. 63, no. 2, pp. 679–701, doi: https://doi.org/10.1016/j.cirp.2014.05.006

[15] Mondada F., Bonani M., Magnenat S. et al. Physical connections and cooperation in swarm robotics. IAS8, 2004, pp. 53–60.

[16] Sayapin S.N. Analysis of use of platonic solids in swarm robotic systems with parallel structure based on SEMS. In: Smart electromechanical systems. Springer, 2019, pp. 45–68, https://doi.org/10.1007/978-3-319-99759-9_5

[17] Longo D., Muscato G., Marques L. et al. Adhesion techniques for climbing robots: State of the art and experimental considerations. In: Advances in mobile robotics. World Scientific, 2008, pp. 6–28, doi: https://doi.org/10.1142/9789812835772_0003

[18] Саяпин С.Н. Анализ и синтез раскрываемых на орбите прецизионных крупногабаритных механизмов и конструкций космических радиотелескопов лепесткового типа. Дисс. … док. тех. наук. Москва, ИМАШ РАН, 2003. 457 с.

[19] Cloyd R.A., Weddendorf B. Passive capture joint with three degrees of freedom. Paten US 6186693. Appl. 07.12.1998, publ. 13.02.2001.

[20] Delrobaei M., McIsaac K.A. Connection mechanism for autonomous self-assembly in mobile robots. IEEE Trans. Robot., 2009, vol. 25, no. 6, pp. 1413–1419, doi: https://doi.org/10.1109/TRO.2009.2030227

[21] Li D., Fu H., Wang W. Ultrasonic based autonomous docking on plane for mobile robot. ICAL, 2008, pp. 1396–1401, doi: https://doi.org/10.1109/ICAL.2008.4636372

[22] Саяпин С.Н. Реконфигурируемый модульный робот и способ организации движений и межмодульного взаимодействия реконфигурируемого модульного робота. Патент РФ 2801332. Заявл. 08.07.2022, опубл. 07.08.2023.