CC BY
0
РАЗРАБОТКА МАЛОГАБАРИТНОГО ПОДВОДНОГО РОБОТА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРЕСНЫХ ВОД
А.Д. Прохоров, студент
А.В. Ащеулова, аспирант, преподаватель
Технологический университет имени дважды Героя Советского Союза, летчика-космонавта А.А. Леонова (Россия, г. Королев)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-5-4-49-52
Аннотация. Мировой рынок подводной робототехники вырастет до $11,1 млрд. в 2032 году, что объясняется растущим спросом на исследования и освоение водных ресурсов Земли. В статье проведен анализ малогабаритные подводные роботов класса ТНПА, рассмотрена возможность создания недорого малогабаритного подводного робота. Результатами исследования являются: разработка конструкторского решения, расчёт его себестоимости малогабаритного подводного робота.
Ключевые слова: робототехника, подводная робототехника, экология.
За последние 10 лет интерес к подводной робототехнике в нашей стране значительно вырос. Это соответствует общемировым тенденциям в данной области. И обусловлено в первую очередь интересом заказчика к данным решениям, поскольку они позволяют сократить издержки, связанные с участием человека в сложных и опасных операциях. Применение малогабаритных подводных роботов позволит эффективно исследовать и мониторить водные ресурсы «для проверки всех ис-
точников загрязнений водного объекта» [2]. Разработка малогабаритного, недорогого подводного робота для исследований пресных вод - цель нашего исследования для выполнения поисковых, инспекционных и исследовательские работ в «сложные условия эксплуатации» [5]. Внедрение важно для решения научных и прикладных задач, т. к. не требуют «специальных разрешений» [1]. Нами выделены ключевые достоинства подводных малогабаритных роботов (рис. 1).
Возможность перемещения во всех плоскостях, оставаясь направленным в одну сторону;
одульность и лёгкая заменяемость компонентов
Векторное управление
Глубина погружения
Рис. 1. Ключевые достоинства подводных роботов
Ключевые достоинства определили класс ТНПА роботов для дальнейшего исследования - аппараты, оснащенные специальным оборудованием, погружаемым в воду и управляемые с поверхности пилотом или группой операторов. В ходе исследования проанализированы подводные
роботы класса ТНПА, данные представлены в таблице1. Изучив опыт учёных и конструкторов, было принято решение уделить внимание снижению себестоимости в ходе разработки малогабаритного подводного робота для исследования пресных вод.
Таблица 1. Современные ТНПА (сравнительные технические характеристики) [3]
Технико-экономические параметры продукта TurtleROV2 Марлин-350 Seaeye Falcon Seabotix vLBV300 ROV-Builder 600 ГНОМ
Цена, млн. руб. 5,0 7,5 5,8 4,0 2,1 2,5
Собственная масса, кг. 35 60 60 18 20 25
Габариты, см. 65 х 60 х 35 98 х 59 х 40 100 х 60 х 50 63 х 39 х 39 65 х 35 х 35 52 х 44 х 35
Длина кабеля, м. до 600 до 450 до 450 до 250 до 300 до 400
Скорость хода, узлов 4, лагом - 2 2, лагом - 1 3, лагом - 1 3, лагом - 1,5 2 3, лагом -0,5
Количество видеокамер, передняя / задняя 1/1 1/2 1 1 1/1 1
Количество движителей, горизонт / вертикаль/ бок 4 /2 4/2 4/2 4/2 4/2/1 2/2/2
Встроенные датчики и навигационная система 9 DOF ИНС + датчик глубины крен, дифферент, курс, глубина компас + датчик глубины + ДУС крен, дифферент, курс, глубина датчик глубины компас + датчик глуби ны
На основе данного анализа выделены аспекты для постановки технического задания на разработку проектируемого робота ПРИВ-М (табл. 2).
Таблица 2. Характеристики проектируемого малогабаритного подводного робота
Технические параметры ПРИВ-М
Собственная масса, кг. 16
Габариты, см. 50x36x27
Длина кабеля, м. 250
Скорость хода, узлов 2
Количество видеокамер Передняя/задняя 1/1
Количество движителей горизонт/вертикаль/бок 4/2
Встроенные датчики и навигационная система Датчик температуры, барометр, датчик солености. Компас, сонар, GPS
Разработанная функциональная схема проектируемого робота должна соответствовать решению, представленному на рисунке 2.
Рис. 2. Схема робота функциональная
Полипропилен - материал для корпуса робота, отличается высокой прочностью, устойчивостью к химическим воздействи-
ям и высоким температурам. Этот материал также экологически безопасен и может быть подвергнут переработке для повтор-
ного использования. Различные датчики позволяют собирать данные о температуре воды, примесях, скорости течения и дру-
гих параметрах [4]. Эскиз проектируемого робота представлен рисунке 3.
Рис. 3. Рисунок робота (вид спереди)
Конструкция спроектирована с учётом центра масс для обеспечения стабильности робота при перемещении, добавлены поплавковые элементы, дополнен напористым пенопластом, при необходимости, для корректировки плавучести робота возможно добавление балласта.
Следующим этапом исследования -подбор компонентов, которые будут использоваться в создании робота, согласно утвержденным характеристикам. Перечень комплектующих и сведения затрат на изготовление малогабаритного робота представлены в таблице 3.
Таблица 3. Перечень комплектующих и сведения о затратах на изготовление
Наименование Шт./м Рублей
Мотор F2838 350KV 6 15000
Распределитель видеосигнала SC&T VD102 (VE02) 1 11000
Raspberry Pi 5 4gb 1 12600
Задняя видеокамера RPi Camera (B) 1 1930
Передняя видеокамера Raspberry Pi Camera Module 1 3000
Аккумуляторная батарея 18650 1 840
B30 датчик глубины MS5837 1 4000
Водонепроницаемый датчик температуры DS1820 1 230
Сонар HC-SR04 1 220
Гироскоп MPU6050 1 240
Кабель управления, м 250 84117
Полипропилен, лист 4 4800
Оценочная стоимость изготовления 150 000
ИТОГО 287977
В результате проведенных исследований был разработан малогабаритный подводный робот малой себестоимости. Проблема, которую решает исследование, заключается в отсутствии эффективных средств для исследования пресных вод,
что затрудняет проведение исследований экологов, геологов и биологов. Результаты разработки позволяет снизить участие человека в деятельности в труднодоступных местах, в том числе под водой.
Библиографический список
1. Данцевич, И.М. Разработка малогабаритного телеуправляемого необитаемого подводного аппарата гибридной компоновки / И.М. Данцевич // Морские интеллектуальные технологии. - 2022. - № 3-1(57). - С. 147-152. - DOI 10.37220/MIT.2022.57.3.019. - EDN VZIRJE.
2. Князев, С.И. Управляемое движение малогабаритного подводного робототехниче-ского комплекса (МБПК) / С.И. Князев, А.С. Яцун, С.Ф. Яцун // Балтийский морской форум: материалы VII Международного Балтийского морского форума: в 6 т., Калининград, 07-12 октября 2019 года. Том 2. - Калининград: Калининградский государственный технический университет, 2019. - С. 40-45. - EDN ZQXACR.
3. Компании ООО «ЭЛМИКС»: сайт Санкт-Петербург. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://turtlerov.eom/indexru.html#descript (дата обращения 05.05.24).
4. Томских, А.А. Особенности реализации систем управления исследовательскими подводными беспилотными модулями / А.А. Томских, Д.О. Савельев, С.П. Черный // Электропривод на транспорте и в промышленности: материалы III Всероссийской научно-практической конференции: посвящается 60-летию кафедры «Электротехника, электроника и электромеханика», Хабаровск, 19-20 октября 2023 года. - Хабаровск: Дальневосточный государственный университет путей сообщения, 2023. - С. 90-93. - EDN DRFKGO.
5. Шпекторов, А.Г. Технология разработки систем управления малыми подводными аппаратами / А.Г. Шпекторов, В.Т. Фам // Транспорт России: проблемы и перспективы -2018: Материалы международной-научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 13-14 ноября 2018 года. Том 1. - Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, 2018. - С. 285-289. - EDN DEMLAI.
DEVELOPMENT OF A SMALL-SIZED UNDERWATER ROBOT FOR FRESHWATER
EXPLORATION
A.D. Prokhorov, Student
A.V. Ascheulova, Postgraduate Student, Lecturer
Technological University named after Twice Hero of the Soviet Union, Cosmonaut A.A. Leonov (Russia, Korolev)
Abstract. The global market for underwater robotics will grow to $11.1 billion in 2032, due to the growing demand for research and development of the Earth's water resources. The article analyzes small-sized underwater robots of the TNPA class, considers the possibility of creating an inexpensive small-sized underwater robot. The results of the research are: development of a design solution, calculation of its cost of a small-sized underwater robot. Keywords: robotics, underwater robotics, ecology.
