Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Главной целью проекта является создание и исследование новых методов синтеза системы управления автономными необитаемыми подводными аппаратами (АНПА), оснащенными подводными многозвенными манипуляторами (ММ) и системами технического зрения (СТЗ). Для достижения этой цели в отчетном периоде были выполнены следующие работы, завершившиеся получением новых научных результатов. - Разработан метод, основанный на комплексной обработке данных, поступающих от различных бортовых датчиков и СТЗ АНПА, используемый для выполнения контактных манипуляционных работ в режиме стабилизируемого зависания аппаратов вблизи целевых объектов. Для сохранения заданной точности движения рабочего инструмента ММ в условиях неизбежных смещений АНПА от заданного пространственного положения предложенный метод обеспечивает корректирование положения этого инструмента. При этом коррекция положения программной точки траектории движения инструмента в плоскости, перпендикулярной вектору направления желаемого усилия в данной точке работ, осуществляется на основе поступающей с задержками и разной частотой навигационной информации от СТЗ и иных навигационных систем АНПА. В свою очередь коррекция положения инструмента вдоль вектора желаемого усилия в данной точке обеспечивается системой формирования заданного силового воздействия на поверхность объекта работ, измерение которого происходит в реальном времени на основе информации о внешних моментах, действующих на выходные валы приводов степеней подвижности ММ. Результаты численного моделирования подтвердили работоспособность и эффективность разработанного метода. - Разработан метод автоматического поиска дефектов и деформаций подводных объектов на основе облаков точек, полученных от СТЗ. Для повышения точности идентификации на облаке точек сканированного объекта в режиме реального времени определяются, а затем исключаются точки, принадлежащие зоне дефекта. Причем область дефекта может быть определена даже в случае, когда облака точек, полученные от СТЗ, значительно отличаются по плотности от облаков точек эталонной модели. Разработанный метод реализован на языке программирования C++ с применением библиотеки PCL. Результаты моделирования показали, что этот метод может эффективно функционировать на бортовых ЭВМ АНПА и успешно использоваться для оценки состояния объекта, определения критических зон, которые требуют манипуляционных вмешательств, а также выделения геометрических особенностей этих объектов (углов, плоскостей и т.д.) в облаках точек. - Разработан метод формирования программных сигналов управления АНПА и ММ, обеспечивающий согласованное управление перемещениями робототехнического комплекса вблизи обнаруженного объекта для минимизации нежелательных смещений АНПА относительно этого объекта под влиянием силовых и моментных воздействий со стороны движущегося ММ. Причем желаемая скорость движения рабочего инструмента ММ по заданной траектории автоматически снижается в моменты времени, когда электроприводы ММ отрабатывают сигналы управления с неизбежными динамическими ошибками. При этом указанная скорость автоматически увеличивается на тех участках траекторий, при движении по которым системы управления приводами ММ и система стабилизации АНПА способны обеспечивать желаемую точность движения рабочего инструмента. Результаты проведенного моделирования подтвердили работоспособность метода и показали эффективность его использования для повышения точности и скорости выполнения подводных манипуляционных операций. - Разработан метод, стыковки АНПА со стыковочной платформой (СП) с использованием внешних наблюдательных устройств для уточнения положения и ориентации АНПА вблизи станций подводного базирования. Этот метод строит специальную стыковочную траекторию бортового ММ для захвата этим манипулятором специального крепления, установленного на СП, после чего высокоточная стыковка АНПА обеспечивается благодаря согласованному изменению конфигурации ММ и формированию тяг движителей аппарата, компенсирующих негативные силовые и моментные воздействия в точке крепления схвата. - Разработан метод оптимальной декомпозиции управляющих воздействий для избыточного движительно-рулевого комплекса (ДРК) АНПА, включающий стабилизацию по крену на основе геометрического расчета упора поворотного движителя и минимизацию энергозатрат через решение задачи квадратичного программирования с учетом динамических воздействий от ММ. Реализация в Matlab/Simulink модели АНПА ММТ-3500 с ММ типа PUMA подтвердила эффективность разработанного метода. С использованием дополнительного движителя и предложенной системы стабилизации АНПА его отклонения по крену не превышали 3º, а силовое воздействие, оказываемое ММ на поверхность объекта, достигало заданного значения и поддерживалось на протяжении всего процесса моделирования с отклонениями не более 9%. - Разработаны алгоритмы функционирования базы данных с описанием объектов интереса, а также модулей планирования и реализации поведения АНПА вблизи обнаруженного объекта. Уточнены информационные структуры, циркулирующие в информационно-управляющей системе (ИУС) АНПА, при этом созданы: язык описания интервенционных миссий АНПА; алгоритмы работы базы данных объектов интереса; алгоритмы работы модуля планирования поведения АНПА вблизи объекта; алгоритмы работы модуля реализации поведения АНПА вблизи объекта. Все разработанные алгоритмы и компоненты были протестированы в программной среде моделирования, имитирующей подводную обстановку. Результаты исследований подтвердили быстродействие и эффективность предложенных алгоритмов, а также их пригодность для последующей интеграции в целевую платформу. - Выполнена программно-аппаратная реализация разработанных методов и алгоритмов, а также внедрение доработанного программного обеспечения в ИУС АНПА ММТ-3500, оснащенного ММ. - Результаты проведенных натурных испытаний позволяют утверждать, что разработанные методы и системы обеспечивают необходимую точность идентификации целевых объектов и отработки сформированных траекторий рабочим инструментом ММ. Это позволяет автономно выполнять различные манипуляционные операции в режиме стабилизируемого зависания АНПА. С результатами выполнения проекта можно ознакомиться на странице сайта ИПМТ ДВО РАН по ссылке: http://imtp.febras.ru/novosti/353-razrabotka-metodov-sinteza-mnogourovnevoj-sistemy-upravleniya-manipulyaczionnymi-podvodnymi-robotami-prednaznachennymi-dlya-vypolneniya-kontaktnyx-operaczij.html