Экспериментальный шагоход «Ортоног»

Самоходная техника с шагающим движителем давно привлекает ученых, инженеров и потенциальных пользователей. Имеющиеся исследования наглядно показывают преимущества шагоходов перед колесной или гусеничной техникой на нескольких типах поверхности. При этом до сих пор ни один из проектов шагающей техники не вышел из стадии испытания прототипов. Ценой высоких ходовых качеств оказывается большая сложность конструкции и необходимых систем управления, способных контролировать состояние поверхности, работу агрегатов и т.п. Несколько дней назад состоялась демонстрация очередного образца шагохода, призванного решить некоторые из имеющихся проблем.

Экспериментальный шагоход «Ортоног»


В ходе V Международной научно-практической конференции «Прогресс транспортных средств и систем-2013», недавно прошедшей в Волгоградском государственном техническом университете (ВолГТУ), участникам мероприятия из 37 стран показали экспериментальный аппарат «Ортоног». Разработанная сотрудниками кафедры «Теоретическая механика» ВолГТУ и ЦКБ «Титан» шагающая машина предназначена для отработки систем управления и демонстрации возможностей шагохода с оригинальным ортогональным движителем. Стоит отметить, волгоградский «Ортоног» впервые пошел еще год назад, но на результате тех испытаний сказалось несовершенство системы управления. За прошедшее время разработчики проекта усовершенствовали алгоритмы, по которым работают агрегаты машины, что привело к заметному повышению ее характеристик. Во время демонстрации в рамках конференции «Ортоног» свободно ходил по демонстрационной площадке, получая команды с пульта управления.


Конструкция экспериментальной машины «Ортоног» сравнительно проста, но при этом эффективна. На раме аппарата установлена кабина с рабочим местом оператора-водителя и системами управления. За нею смонтирован малогабаритный бензиновый генератор, снабжающий шагоход электроэнергией, необходимой для его работы. В нижней части рамы закреплены четыре блока ортогональных шагающих движителей. Прототип машины «Ортоног» покрашен в цвета российского флага, что, кроме прочего, облегчает визуальное определение различных агрегатов. Так, элементы кабины окрашены в белый цвет, рама в синий, а ходовая часть – в красный. Экспериментальная машина весом около 1200 кг имеет полную длину порядка 3,3 метра, ширину не более 2,2 м и высоту 2,75 м.

Экспериментальный шагоход «Ортоног»
Конструктивная схема шагающего робота «Ортоног»: 1 - рама; 2 - шагающие движители; 3 - лестница; 4 - кресло оператора; 5 - бункер электрооборудования; 6 - сеть кабельная; 7 - бортовой источник питания; 8 - панель; 9 - механизм вертикальных перемещений; 10 - механизм горизонтальных перемещений; 11 - направляющая; 12 - механизм поворота


Каждый из четырех блоков ходовой части условно разделен на три элемента: механизмы вертикальных перемещений, механизмы горизонтальных перемещений и механизмы поворота. Первые имеют в своем составе электроцилиндры и отвечают за подъем и опускание круглых опор, размещенных на выдвижных штоках. «Ортоног» имеет восемь таких опор, по две на каждый блок ходовой части. Механизмы горизонтальных перемещений, состоящие из направляющих и приводов, предназначаются для передвижения цилиндра и штока с опорой. В составе каждого блока ходовой части имеется по два комплекта направляющих и приводов, по одному на каждый цилиндр с опорой. Наконец, механизмы поворота разворачивают весь блок ходовой части вокруг вертикальной оси. Вся ходовая часть экспериментальной машины построена на основе электрических приводов.

Движение шагохода «Ортоног» по ровной поверхности выглядит следующим образом. Машина поднимает четыре опоры из восьми (по одной от каждого блока ходовой части) и сдвигает их вперед при помощи механизмов горизонтальных перемещений. Далее опора опускается на поверхность и цикл повторяется, но на этот раз поднимаются и перемещаются вперед другие четыре опоры. Во время перемещения «Ортоног» попеременно использует приводы вертикальных перемещений, а механизмы горизонтальных работают почти все время. При необходимости в действие приводятся механизмы поворота. Синхронная или раздельная их работа обеспечивает поворот на необходимый угол. Как видно из конструкции, экспериментальный шагоход может совершать повороты с минимальным радиусом.

Экспериментальный шагоход «Ортоног»
Движение по уклону колесной (а) и шагающей (б) машины


Экспериментальный шагоход «Ортоног»
Рис. 5. Схема поворота колесной (а) и шагающей (б) машины


Все механизмы ходовой части оснащены датчиками, собирающими информацию об их работе. Сведения передаются на пульт оператора-водителя и он имеет возможность вносить коррективы в работу машины. Именно с работой водителя связан один из самых больших вопросов в рамках проекта «Ортоног». Как показывает практика, человек может эффективно управлять машиной лишь при движении по ровной поверхности. Если же возникает необходимость в движении по пересеченной местности и т.п. сложным маршрутам, то оператор не может самостоятельно уследить за работой всех механизмов и подобрать нужные в тот или иной момент алгоритмы работы. В связи с этим одновременно с технической частью машины разрабатывался автоматизированный комплекс управления.

Изначально на испытаниях экспериментальной машины использовался следующий метод управления. Оператор комплекса контролировал автономную работу аппарата по информации, передаваемой видеосистемой. При необходимости, в первую очередь, при преодолении препятствий, он вмешивался и вносил необходимые коррективы в работу шагохода. Подавляющее большинство действий по управлению машиной производилось автоматикой без участия человека. При этом автоматика экспериментального аппарата получала информацию о работе систем и положении машины в пространстве только с датчиков. Никакие меры по использованию видеосигнала не принимались. Результатом такого подхода к сбору информации, необходимой для управления машиной, стала ситуация, при которой электроника не может самостоятельно обходить препятствия и для этого необходимо вмешательство оператора.

Экспериментальный шагоход «Ортоног»


Такие испытания помогли собрать сведения, необходимые для настройки адаптивного управления шагоходом. Специальная аппаратура фиксировала все действия оператора, информацию с датчиков, а также записывала сигнал внешних и встроенных видеокамер. В дальнейшем все записанные данные были сопоставлены и выделены те фрагменты данных, которые соответствовали определенным действиям механизмов. Эти сведения использовались для «обучения» автоматики. Результаты испытаний и доводки систем управления на первый взгляд кажутся не слишком высокими. Тем не менее, уже в конце прошлого года аппарат «Ортоног» умел самостоятельно и без помощи оператора двигаться по прямым и наклонным поверхностям и удерживать необходимое положение корпуса независимо от угла наклона поверхности. Кроме того, аппарат «научился» самостоятельно останавливаться, наткнувшись на препятствие, и определять размеры помехи при помощи имеющихся механизмов ходовой части.

Несмотря на то, что аппарат «Ортоног» пока не может стать основой для шагающих машин, пригодных к практическому применению, уже сейчас видны его перспективы. Как следует из имеющихся сведений о ходе работ по этому проекту, сотрудникам ВолГТУ и ЦКБ «Титан» удалось разработать эффективный шагающий движитель и создать алгоритмы управления им, имеющие хорошие перспективы. По официальным данным, машина «Ортоног» может разгоняться до скорости свыше 1,6 километра в час. Длина и высота шага опоры в 45 см позволяет аппарату преодолевать препятствия высотой до 40-45 см, сохраняя горизонтальное положение рамы. При более сложных маневрах, подразумевающих наклон аппарата, максимальная высота препятствия увеличивается до 80 см. Максимальная ширина пересекаемого рва – 0,9 метра. Шагающий движитель способен преодолевать подъемы до 40°. При движении поперек склона «Ортоног» сохраняет устойчивость при угле наклона поверхности до 60°. Поворотные блоки ходовой части позволяют аппарату менять направление движения на любой угол относительно его продольной оси. При необходимости возможно движение боком и разворот с радиусом чуть более одного метра.

О перспективах проекта «Ортоног» пока говорить рано. Этот проект и построенный в соответствии с ним аппарат носят исключительно экспериментальный характер, что полностью определяет дальнейшие планы организаций-разработчиков. В ближайшем будущем кафедра «Теоретическая механика» ВолГТУ и ЦКБ «Титан» продолжат развитие шагающего движителя и систем управления для него. Только после создания полноценных алгоритмов, способных обеспечивать работу шагохода на различных поверхностях и в различной обстановке возможно начало работ над следующим экспериментальным образцом. Следующий проект может быть использован для совершенствования имеющихся наработок и их адаптации к практическому применению. Вряд ли новый проект появится в течение ближайшего времени: на завершение работ над аппаратом «Ортоног», возможно, потребуется затратить несколько лет.

Экспериментальный шагоход «Ортоног»


По материалам сайтов:
http://cdbtitan.ru/
http://dtm.vstu.ru/
http://vpk.name/
Автор: Рябов Кирилл


Мнение редакции "Военного обозрения" может не совпадать с точкой зрения авторов публикаций

CtrlEnter
Если вы заметили ошибку в тексте, выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter
Читайте также
Комментарии 26
  1. svp67 2 октября 2013 08:05
    - "Первые шаги" в создании таких машин сделаны, надо идти дальше...
    1. Комментарий был удален.
    2. Nickanor 2 октября 2013 09:04
      Сдаётся мне, что путь будет долг и тернист... До шагоходов из "Звёздных войн" ещё очень и очень далеко. Амеры поболее преуспели в этом направлении и, тем не менее, их BigDog всё равно остаётся на уровне экспериментальной разработки хоть и гораздо шустрее отечественного образца. Вряд-ли что-то подобное сможет реально заменить колёсную или гусеничную технику (в обозримом будущем во всяком случае)
    3. LaGlobal 2 октября 2013 09:32
      Цитата: svp67
      "Первые шаги" в создании таких машин сделаны, надо идти дальше...


      Согласен! Полностью поддерживаю! Мы всегда были ПЕРВЫМИ в перспективных разработках (радио, телевизор, автомат и многое другое). Теперь эта зверь-машина... Давайте ребята, у вас все должно получится! Для страны и для себя родных!
    4. chehywed 2 октября 2013 11:03
      svp67,про созданные в СССР шагоходы видел по телевизору в далёком 1987 году. А воз не " и ныне там",а вообще скатился хрен знает куда.
  2. vladsolo56 2 октября 2013 08:49
    В чем смысл данной машины, она уступает всем известным и по скорости, и по маневренности, для чего парится над созданием никому не нужной техники непонятно.
    vladsolo56
    1. svp67 2 октября 2013 08:54
      Цитата: vladsolo56
      В чем смысл данной машины, она уступает всем известным и по скорости, и по маневренности, для чего парится над созданием никому не нужной техники непонятно.

      Это ПОКА, так как шаги "первые", это еще робкая попытка создания настоящих шагалок, но без них некуда. Или Вы будете утверждать, что созданные "Природой" органические шагающие организмы обладают плохой "скоростью и маневренностью"?
      1. vladsolo56 2 октября 2013 09:08
        как вы думаете почему ученые и инженеры во всем мире отказались от махолетов? соотношение затрат к полезной нагрузке не выдерживает конкуренции с традиционным жестким крылом и двигателем, и даже с вертолетом. Так и с шагоходом будет. Громоздкая, энергозатратная технология. Природа работает по другим принципам и не всегда направленным на достижение максимального результата.
        vladsolo56
        1. svp67 2 октября 2013 12:22
          Цитата: vladsolo56
          как вы думаете почему ученые и инженеры во всем мире отказались от махолетов?
          Не отказались, а отложили решение вопроса на неопределенное время,до появления новых технологий и решений, но периодически эксперименты то производят...с надеждой, а "вдруг" получится.
        2. svp67 2 октября 2013 12:24
          Цитата: vladsolo56
          Природа работает по другим принципам и не всегда направленным на достижение максимального результата.
          Не согласен, так как для живого организма самый главный и максимальный результат - сама возможность жить,и если он живет, то и результат достигнут...
          1. vladsolo56 2 октября 2013 15:31
            Странно что-то я у черепахи не заметил максимальный результат, или у куропатки, примеров столько много что не стоит продолжать. В природе кроме механики передвижения, есть еще много факторов которые работают на выживание.
            vladsolo56
    2. APASUS 2 октября 2013 10:02
      Цитата: vladsolo56
      В чем смысл данной машины, она уступает всем известным и по скорости, и по маневренности, для чего парится над созданием никому не нужной техники непонятно.

      Конечно данный аппарат никуда не годиться,но тут пожалуй главное что пошли деньги в НИОКР.Ведь по сути это комплекс систем и если не пригодиться вся машина а только его система управления- уже +.
      Хотя американцы пошли дальше - чем направление для развития не устраивает?
      1. HollyGremlin 2 октября 2013 11:29
        Интересная машина, жаль полигон для испытания очень простой, интересно как бегает эта собачка по бездорожью с ямками, деревьями, песочком.
        1. APASUS 2 октября 2013 12:58
          Цитата: HollyGremlin
          интересно как бегает эта собачка по бездорожью с ямками, деревьями, песочком.

          нормально бегает
          1. Rijaz-SS 2 октября 2013 21:00
            лошадь дешевле и тише... а если объективно - нам до них далеко, да и не догоним мы никогда...
        2. vladsolo56 2 октября 2013 15:32
          Цитата: HollyGremlin
          Интересная машина, жаль полигон для испытания очень простой, интересно как бегает эта собачка по бездорожью с ямками, деревьями, песочком.

          И по грязи и по сугробам да мало ли природных условий.
          vladsolo56
      2. Firstvanguard 3 октября 2013 09:42
        Зная амрыканский подход к НИОКР даже представить не могу, сколько стоит этот песик wassat
        1. APASUS 3 октября 2013 16:38
          Цитата: Firstvanguard
          Зная амрыканский подход к НИОКР даже представить не могу, сколько стоит этот песик

          Зная наш подход к выделению средств на НИОКР,даже страшно подумать сколько стоят дачи чиновников от науки!
  3. kvm 2 октября 2013 12:24
    Интересно, почему сделали четырёхопорную восьминожку?
    Может шестиногая система была бы устойчивей или основная проблема в системе управления.
    kvm
  4. Асан Ата 2 октября 2013 12:39
    От этой модели до человекоподобного андроида - как до Луны пешком. Но. Дорогу осилит идущий. Удачи!
    Асан Ата
  5. ramsi 2 октября 2013 13:25
    если что реально и надо, так две гидравличиские опоры спереди и сзади обыкновенного движителя для самовытаскивания
    ramsi
  6. srelock 2 октября 2013 14:50
    Видео в тему:

    Финская поделка, в серию так и не пошла


    А вот гибридный движитель, оказался коммерчески успешным делом
    [media=http://www.youtube.com/watch?v=vsXQXCwQ2bA

    Есть мнение, что создание полноценного шагающего/лазающего/ползающего/плавающего и т.д., на подобие человека или обезьяны механизма, технически, так же трудно осуществимо, как и создание полноценного вращающегося узла в живой природе.
  7. spirit 2 октября 2013 18:59
    Зачем нам Шагоход как говорит товарищ vladsolo56)) лучьше в Сколково вложить)))
    Такие персонажи и про боевую эффективность самолётов в начале 20 века говорили)) а данная модель выглядит как минимум как луноход 40 летней давности, так что мы в этом направление уже в пролёте. надеюсь что ПОКА.
  8. kaktus 2 октября 2013 19:19
    будущее за бионикой! лучше других двигается механизм, который ближе к природе
    kaktus
  9. uzer 13 2 октября 2013 20:01
    Для начала и такая конструкция годится.Так ходили динозавры,последовательно переставляя по одной ноге.Более перспективный вариант-это как ходим мы сами-т.е. качающаяся на шарнире опорная нога.Такие машины можно применять для преодоления абсолютного бездорожья,где другая техника не пройдет-например,болото с трясиной и др.
  10. Kir 2 октября 2013 21:21
    Вот что-то есть сомнения вообще в светлом будущем транспорта "привязанного" к поверхности, не знаю может это и очень отдалённая перспектива, но должно появиться средство для которого будет вообще безразлично в каком направлении и в какой среде перемещаться и будет это на основе каких-то полей.
    А ниша шагохода достаточна узка так, как во многих случаях он будет уступать классике, то-же абсолютное бездорожье Ну простите тут преимущество за теми-же вездеходами на шнеках или воздушной подушке, а уж про болото тут точно шнек или подушка, или простите такая площадь опор будет потребна что ..... , тем более что не все опоры взаимодействуют одновременно, значит и распределение веса то-же надо будет изменять вот и выйдет что стоимость чуда будет по карману только спецам и богатым чудакам.
    Kir
  11. Басарев 31 мая 2014 16:43
    А лично я думаю, что будущее за ползоходами - посмотрите на посмотрите на обыкновенных гусениц - и по стенам, и даже по потолкам ползают. Вот что я называю настоящей всепроходимостью!

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гость, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Картина дня