Дмитрий Николаевич Захаров, аспирант
197101; Санкт-Петербург
Dmitry N. Zakharov, PhD Student
197101; Saint Petersburg
Александр Дмитриевич Панин, студент
197101; Санкт-Петербург
Alexandr D. Panin, Student
197101; Saint Petersburg
Андрей Михайлович Яременко, аспирант
197101; Санкт-Петербург
Andrey M. Iaremenko, PhD Student
197101; Saint Petersburg
Дмитрий Романович Алиев, студент
197101; Санкт-Петербург
Dmitry R. Aliev, Student
197101; Saint Petersburg
Максим Игоревич Дербин, студент
197101; Санкт-Петербург
Maksim I. Derbin, Student
197101; Saint Petersburg
Олег Игоревич Борисов, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры
197101; Санкт-Петербург
sc 55858200900
Oleg I. Borisov, PhD, Associate Professor, Associate Professor at the Department
197101; Saint Petersburg
sc 55858200900
Введение. Всенаправленные мобильные платформы, известные своей маневренностью в ограниченных пространствах, часто сталкиваются не только с проблемами энергоэффективности из-за конструкции роликонесущих колес, но и с ограничениями при движении в реальных условиях эксплуатации, такими как перепады высот и неровности рельефа. Для преодоления ограничений мобильных платформ необходимо обеспечить возможность переключения между всенаправленным и классическим режимами движения с помощью адаптивного переключения режимов движения. Такой подход позволяет сочетать маневренность при навигации в тесных условиях с повышенной проходимостью и энергоэффективностью на неровных поверхностях и уклонах.
Метод. В работе предложен алгоритм адаптивного переключения режимов движения, обеспечивающий переход от всенаправленной к классической кинематической схеме и обратно с помощью разработанного компактного механизма переключения. Для этого использованы усовершенствованные кинематические, динамические и энергетические модели в сочетании с лабораторными экспериментами с реконфигурируемой платформой. Предложенные усовершенствования позволяют осуществить простой и быстрый переход из одной кинематической схемы в другую с помощью разработанного компактного механизма переключения.
Основные результаты. Экспериментальные исследования выполнены в лабораторных условиях на ровной бетонной поверхности, где робот выполнял движение по замкнутой траектории. В ходе эксперимента фиксировались энергопотребление и ошибки отслеживания траектории для голономного, неголономного и реконфигурируемого режимов движения. Сравнительный анализ показал, что применение предложенного алгоритма переключения позволяет снизить энергозатраты в среднем на 8 % при сохранении маневренности. Для более крупных роботов с массой, значительно превышающей массу механизма реконфигурации, экономия энергии в реальных сценариях может быть больше за счет оптимизации системой использования энергии и выбора наиболее эффективной конфигурации для различных сегментов траектории. Система сохраняет высокую маневренность и обеспечивает эффективную навигацию в сложных условиях.
Обсуждение. Представленный алгоритм позволяет платформе достичь важнейшего баланса между мобильностью, эффективностью и точностью управления. Появляется возможность практического внедрения реконфигурируемых роботов в реальных сервисных приложениях. Полученные результаты имеют практическое значение для проектирования адаптивных механических и управляющих систем с повышенной эксплуатационной гибкостью мобильных платформ в условиях ограниченных ресурсов.
Omnidirectional mobile platforms, known for their exceptional maneuverability in confined spaces, often encounter not only energy efficiency challenges due to the design of roller-bearing wheels but also operational limitations in real-world environments such as height differences and uneven terrain. To overcome these limitations, it is necessary to enable switching between omnidirectional and conventional driving modes through adaptive motion mode switching. This approach combines the maneuverability required for navigation in tight spaces with improved off-road capability and energy efficiency on uneven surfaces and slopes. This study proposes an algorithm for adaptive motion mode switching, providing transitions from an omnidirectional to a classical kinematic scheme and back via a specially developed compact switching mechanism. To achieve this, enhanced kinematic, dynamic, and energy models were utilized in combination with laboratory experiments conducted on a reconfigurable platform. The proposed improvements make it possible to perform a simple and rapid transition between kinematic configurations using the compact switching mechanism. Experimental studies were carried out under laboratory conditions on a flat concrete surface where the robot followed a closed trajectory. During the experiments, energy consumption and trajectory-tracking errors were recorded for holonomic, nonholonomic, and reconfigurable motion modes. Comparative analysis demonstrated that the proposed switching algorithm reduces energy consumption by an average of 8 % while maintaining maneuverability. For larger robots whose total mass significantly exceeds that of the reconfiguration mechanism energy savings in real-world scenarios can be even greater due to the system ability to optimize energy usage and select the most efficient configuration for different trajectory segments. The system retains high maneuverability and ensures efficient navigation in complex environments. The presented algorithm enables the platform to achieve a crucial balance between mobility, efficiency, and control accuracy. This opens the possibility for the practical implementation of reconfigurable robots in real-world service applications. The obtained results have practical significance for the design of adaptive mechanical and control systems that enhance the operational flexibility of mobile platforms under resource-constrained conditions.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.