Konstantin Krestovnikov

Autonomous unmanned vehicles can successfully solve a variety of civil, scientific and military tasks. Robotic complexes of this class demonstrate their high efficiency when performing seismic surveys, hydrochemical monitoring of water areas and inspection of technical facilities of various purposes. Vehicles powered by a rechargeable battery, as a rule, have a very limited power reserve, and require periodic replenishment of the battery charge. The physical properties of the operating environment impose significant limitations on the communication methods used, which complicates the transfer of information between the operator and an autonomous unmanned submersible. Delivery of the vehicle to the mission site, as well as providing power to the vehicle and information exchange with the operator require some additional infrastructure. This paper focuses on finding and selecting solutions for transportation, power and communications support for autonomous underwater vehicles. The constructional solutions of underwater docks and general principles of building systems for ensuring the operation of this type of vehicles are considered, and a classification of approaches to the energy supply of underwater vehicles is made. Based on the analysis the most perspective solutions ensuring long-term autonomous operation were selected. Docking stations with the ability to lift and dive an underwater vehicle directly inside the station have a number of operational advantages. The use of contact methods for energy and information transfer requires high accuracy of underwater vehicle positioning and complication of its sensor system, as well as application of special methods for protection of contact pairs from environmental impacts. These disadvantages are deprived by wireless solutions, which are actively introduced at present.

Введение: основанное на компактных емкостных датчиках силы силомоментное очувствление функциональных поверхностей роботов позволяет существенно улучшить их взаимодействие с окружающей средой и людьми. Емкостные датчики силы обеспечивают высокую точность и скорость измерений, но электромагнитные помехи могут оказывать существенное влияние на их выходной сигнал. При последующей обработке сигналов должно учитываться влияние внешних помех, что увеличивает время вычислений. Цель: применить разработанную интерфейсную схему для обработки сигналов от емкостных первичных преобразователей силы в реальном роботе. Результаты: экспериментальная проверка разработанных решений заключалась в моделировании шага педипулятора антропоморфного робота с расчетом координат центральной точки давления на стопу с установленными четырьмя емкостными датчиками. Программная фильтрация и измерительные возможности микроконтроллера позволили добиться отношения сигнал/шум примерно 62,24 дБ, что дает возможность замкнутой системе автоматического регулирования корректно функционировать. Среднее время расчета координат центра давления на стопу при программной фильтрации сигнала на бортовом компьютере робота составило от 3,1 до 6,1 мс, что соответствует требованиям к сенсорной системе шагающего робота. Практическая значимость: интерфейсная схема имеет возможность масштабировать количество подключаемых первичных преобразователей силы, а программная обработка позволяет нормировать сигналы преобразователей путем применения рассчитанных поправочных коэффициентов. Предлагаемые решения могут быть использованы в различных робототехнических системах для измерения силы в режиме реального времени.

The autonomous robotic complexes allow solving a wide range of scientific, civil and military tasks. In order to work correctly, these complexes have to include a number of heterogeneous functional systems in its composition. The implementation of these systems requires a significant number of separate modules and devices that makes it relevant to develop new approaches to the organization of control systems that correspond to complexity of the object. This work is aimed at the development of distributed control systems for robotic complexes. This paper presents the architecture of the distributed and centralized control system, also the generalized modules structure for its realization. The proposed architecture consists of three levels and it can be used for autonomous robotic complexes and unmanned vehicles for different applications. The generalized structure of the modules allows developing typical circuit solutions for sensor and actuating modules of the system. The control system of the mobile autonomous robotic platform for general purposes was developed and realized based on the proposed architecture. In this robotic complex the CANbus is used as internal system communication bus, through that the data exchange is accomplished between modules of devices level and high-level controller. The devices level of the robotic platform includes fourteen modules, including the modules of the motor-wheels control, in the example of that the application of the proposed generalized structure was considered.