Разработка малогабаритного подводного робота для исследования пресных вод

Автор: Прохоров А.Д., Ащеулова А.В.

Журнал: Международный журнал гуманитарных и естественных наук @intjournal

Статья в выпуске: 5-4 (92), 2024 года.

Бесплатный доступ

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.

Робототехника, подводная робототехника, экология

Короткий адрес: https://sciup.org/170205272

IDR: 170205272 | DOI: 10.24412/2500-1000-2024-5-4-49-52

Текст научной статьи Разработка малогабаритного подводного робота для исследования пресных вод

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;

Модульность 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.	50×36×27
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

Список литературы Разработка малогабаритного подводного робота для исследования пресных вод

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
Князев, С.И. Управляемое движение малогабаритного подводного робототехнического 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
Компании ООО "ЭЛМИКС": сайт Санкт-Петербург. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://turtlerov.com/indexru.html#descript (дата обращения 05.05.24).
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
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

Еще

Статья научная