Разработка методов построения высококачественных позиционно-силовых систем управления автономными необитаемыми подводными аппаратами (роботами) с многостепенными манипуляторами для автоматического выполнения различных технологических операций

Для увеличения эффективности выполнения многих подводных работ необходимо значительное расширение функциональных возможностей подводной робототехники. Сейчас подводные рабочие операции выполняются с помощью малопроизводительных и дорогостоящих обитаемых или телеуправляемых аппаратов. А использование существующих автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) без манипуляторов ограничивается выполнением только относительно простых поисковых и обзорных миссий. То есть выполнение сложных работ, реализуемых вблизи подводных сооружений и объектов в заранее неизвестной и непрерывно меняющейся обстановке, пока допустимо только в режиме телеуправления при наличии дорогих судов сопровождения многочисленного и высококвалифицированного персонала, причем в основном на малой глубине. Поэтому во многих странах уже приступили к созданию подводных роботов с многостепенными манипуляторами (ММ), способными выполнять различные операции в полностью автономном режиме зависания вблизи объектов работ. Но такие роботы являются очень сложными объектами управления среди известных. Поэтому они пока еще в мире не созданы. Основная сложность выполнения любых технологических операций под водой заключается в автоматическом формировании траекторий и режимов движения рабочих органов (РО) ММ на основе непрерывно получаемой информации от бортовых систем технического зрения (СТЗ), а также в необходимости обеспечивания точного силомоментного взаимодействия РО ММ с этими объектами в режиме зависания АНПА над ними. Для этого АНПА должны оснащаться высококачественными позиционно-силовыми системами управления (СУ), учитывающими все эффекты взаимодействия АНПА и звеньев ММ с внешней вязкой средой. Коллектив исполнителей, имеющий более чем сорокалетний опыт успешной работы в области подводной робототехники, в рамках ранее реализованных трех «малых» грантов РНФ уже выполнил начальное теоретическое обоснование необходимости решения некоторых отдельных проблем и задач для качественного управления АНПА с ММ, а также получил патент на новый способ позиционно-силового управления этим комплексом (Патент РФ № 2799176, 2023 г.). Однако успешная реализация этого способа при работе АНПА в условиях неизвестных по величине и направлению подводных течений и почти полной неопределенности (изменчивости) окружающей обстановки (среды) требует решения целого комплекса дополнительных новых научных задач. Заявляемый проект направлен на комплексное решение научной проблемы, заключающейся в неизменно точном автоматическом выполнении ММ АНПА различных технологических операций с объектами в режиме его зависания в воде над ними, когда необходимо обеспечить не только точное перемещение РО по непрерывно формируемым в реальном масштабе времени пространственным траекториям, но и одновременное создание требуемого по величине и направлению силового воздействия со стороны РО на эти объекты без возможных потерь контактов с ними. Для этого следует решить 4 группы новых задач: - разработать методы синтеза адаптивных СУ, обеспечивающих активную автоматическую фиксацию АНПА в заданной точке пространства с помощью его движителей при перемещении РО ММ в водной среде с учетом неизвестных по величине и направлениям подводных течений; - разработать методы автоматического формирования пространственных траекторий и режимов движения РО ММ на основе трехмерных моделей обнаруживаемых объектов, строящихся с помощью СТЗ АНПА с учетом кинематических, а также динамических особенностей ММ и движительного комплекса АНПА; - разработать методы непрерывной идентификации параметров взаимодействия звеньев ММ с вязкой средой (включая присоединённые массы, моменты инерции, гидродинамические коэффициенты и параметры жидкости), которые заранее определить и задать невозможно; - разработать методы синтеза позиционно-силовых СУ АНПА с ММ, обеспечивающих точное перемещение РО ММ по любым пространственным траекториям с одновременным созданием заданного по величине и направлению силового воздействия со стороны РО на объекты работ.