Динамика и управление движением сложных механических систем, летательных аппаратов и других подвижных объектов, робототехника, биомеханика, микромеханика, механика навигационных и гироскопических систем

Исследования по данной теме могут быть разделены на три основных направления: механика навигационных и гироскопических систем, управление движением сложных механических систем, робототехника. Отчет состоит из введения и трех разделов, в которых изложены основные результаты в рамках указанных направлений, приведены списки использованных литературных источников и списки публикаций по теме проекта. Для материальной системы с конечным числом степеней свободы, движение которой описывается дифференциальными уравнениями Лагранжа второго рода, получено новое доказательство ковариантности уравнений движения, не опирающееся на интегральный вариационный принцип Гамильтона-Остроградского. Изучено влияние линейной силы на устойчивость положений равновесия треугольных точек либрации Лагранжа. Для стержневого подвеса инертной массы для бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) маятникового типа составлены уравнения движения подвеса на вращающемся основании, позволяющие анализировать влияние массы элементов подвеса на траекторию инертной массы. На основе лучевой модели методом отражений аналитически найдены координаты волнового аттрактора в трапециевидном водном бассейне со стратификацией, который возникает в процессе отражений от стенок бассейна. Приведен обзор по проблемам экспериментальной проверки общей теории относительности. Построено гарантирующее постоянное управление противоударным изолятором, защищающим объект на подвижном основании от ударных воздействий, которым подвержено основание. В рамках второго направления изучались задачи управления мобильными системами с изменяемой конфигурацией, задачи оптимального управления, а также задачи управления и оценивания для систем с дефицитом управляющих параметров и систем с распределенными параметрами. Построены и исследованы математические модели динамики некоторых типов мобильных систем с изменяемой конфигурацией. Изучены вопросы управляемости таких систем, построены режимы движения при разных законах сопротивления внешней среды. Найдены оптимальные конструктивные параметры и оптимальные законы управления. Решена задача о гашении колебаний упругой балки с закрепленным на конце грузом с помощью активного динамического гасителя с поступательно перемещающейся массой при наличии ограничений на управляющие и фазовые переменные. Исследован процесс снижения пассажирского сверхзвукового авиалайнера для траектории, обеспечивающей экономию топлива при заданном времени перелета. Исследована задача управления замкнутой струной, к которой прилагается ограниченная нагрузка в одной выделенной точке. Исследованы частоты и формы собственных колебаний газа в трубе периодического сечения, моделирующих камеру сгорания. С помощью метода интегро-дифференциальных соотношений разработана модель собственных колебаний упругих стержней круглого сечения. В рамках моделирования процесса радиотомографии океана с помощью аэрокосмических средств пассивного или активного радиозондирования исследована обратная задача восстановления формы волнения морской поверхности по принятому сигналу. Изучено влияние возмущений поверхности на результат восстановления. Выведены явные формулы для расчета эффективных тензоров ядер релаксации двухфазных слоистых сред с периодической микроструктурой, изучены спектры одномерных собственных колебаний таких сред. В рамках третьего направления решался ряд актуальных проблем механики и управления движением робототехнических систем. Предложена концепция робототехнического комплекса для обслуживания нефтяных и газовых хранилищ. Основу комплекса составляет разработанный в ИПМех РАН шагающий мобильный робот вертикального перемещения со стопами, снабженными пневматическими вакуумными захватами (присосками). Такой робот обладает высокой грузоподъемностью и надежностью фиксации на обслуживаемой поверхности произвольного наклона. Проанализированы перспективы использования роботов вертикального перемещения, разработанных в ИПМех РАН, на предприятиях нефтегазовой отрасли. Разработан метод регулировки чувствительности системы управления биоуправляемого экзоскелета руки к действиям оператора. Метод позволяет адаптировать систему управления к изменению психофизического состояния оператора, например, вследствие мышечной усталости, накапливающейся в ходе выполнения работы по манипулированию грузами различной тяжести. Предложен новый метод обработки изображений, получаемых с помощью видеокамер робототехнических комплексов, который позволяет повысить достоверность видеоинформации об окружающем пространстве для операторов. Метод основан на целенаправленном искажении перспективы видеоизображения с помощью интеллектуальной системы обработки данных.