Analysis of kinematic characteristics of a mobile caterpillar robot with a SCARA-type manipulator

Abstract

Автоматизація і роботизація різноманітних виробничо-технологічних процесів у багатьох галузях промисловості є однією із провідних тенденцій розвитку сучасного суспільства. Чималого поширення останнім часом набули промислові роботи, без яких практично неможливо уявити будь-яке новітнє виробництво у галузях машинобудування, приладобудування, фармацевтики, легкої, харчової, переробної, хімічної промисловостей тощо. Також за останні кілька десятиліть сформувався ще один напрям робототехніки – автономні мобільні роботи, який поєднав дослідження у сферах механіки, електроніки та комп’ютерних технологій, зокрема штучного інтелекту. Серед найпоширеніших сфер використання автономних мобільних роботів варто відзначити виконання різноманітних технологічних операцій у місцях, небезпечних для життя людей (радіаційно, біологічно чи хімічно забруднених) або непридатних для життя (космос, морські глибини, кратери вулканів тощо). Також мобільні роботи добре зарекомендували себе під час виконання рятувальних операцій у випадках катаклізмів і стихійних лих, антитерористичних операцій, військових дій, розмінування території тощо. Враховуючи актуальність питання розвитку мобільної робототехніки, у статті запропоновано нову конструкцію автономного роботизованого комплексу, побудованого на базі гусеничного шасі та оснащеного маніпулятором типу SCARA. Основним завданням пропонованого робота є виконання різноманітних технологічних операцій у місцях, де перебування людини є небезпечним або неможливим, зокрема виконання завдань розміновування територій. Під час досліджень детально проаналізовано кінематику маніпулятора з метою встановлення його робочої зони та експериментально протестовано кінематичні параметри гусеничного шасі під час його руху по пересіченій місцевості. Отримані результати можуть бути використані для подальшого удосконалення конструкції й систем керування робота і маніпулятора та визначення конкретних технологічних завдань, які покладатимуться на цю роботизовану платформу.

Automation and robotization of various production and technological processes in many industries is one of the leading trends in the development of modern society. Industrial robots have recently become quite widespread, and it is almost impossible to imagine any modern production in the fields of mechanical engineering (machine building), instrumentation, pharmaceuticals, food, chemical industries, etc., without robotic complexes. Over the past few decades, another area of robotics has emerged: autonomous mobile robots. It combines research in mechanics, electronics, and computer technologies, including artificial intelligence. Among the most common applications of autonomous mobile robots are the performance of various technological operations in places that are dangerous to human life (radiation, biological or chemical contamination) or uninhabitable (space, sea depths, volcanic craters, etc.). Mobile robots have also proven themselves in rescue operations during cataclysms and natural disasters, antiterrorist operations, military operations, mine clearance, etc. Given the urgency of the issue of mobile robotics development, this article proposes a new design of an autonomous robotic complex built on the basis of a tracked chassis and equipped with a SCARA-type manipulator. The main task of the developed robot is to perform various technological operations in places where human presence is dangerous or impossible, in particular, when performing demining tasks. In the course of the research, the kinematics of the manipulator was analyzed in detail to determine its working area, and the kinematic parameters of the tracked chassis were experimentally tested while it was moving over rough terrain. The obtained results can be used to further improve the design and control system of the robot and manipulator and in the process of determining the specific technological tasks that will be assigned to this robotic platform