Modelowanie i testy mobilnego robota gąsienicowego do inspekcji oraz oczyszczania zbiorników z wodą pitną

W artykule przedstawiono modelowanie oraz projekt i testy mobilnego robota gąsienicowego do inspekcji oraz oczyszczania zbiorników z wodą pitną. Urządzenia tego typu używane są do zwiększenia efektywności czynności związanych z utrzymaniem stanu technicznego obiektów przemysłowych. Przegląd dostępnych rozwiązań doprowadził do wyboru napędu gąsienicowego, zapewniającego najlepszą trakcję podczas poruszania się po dnie zbiorników. Zaprezentowany proces projektowania układów mechanicznych oraz elektronicznych zawiera opis doboru parametrów geometrycznych, materiałów konstrukcyjnych oraz tworzenie modelu trójwymiarowego robota. Zostały opisane różne warianty zastosowana robota w tym inspekcja przy użyciu sonaru 3D oraz transport robota pływającego. Wykonany zostały również analizy przy użyciu Metody Elementów Skończonych (MES), konieczne do poprawnego zaprojektowania konstrukcji. Analizy obejmowały badania wytrzymałościowe obudowy układu sterowania w warunkach zanurzenia w cieczy oraz analizę modalną ramy nierdzewnej robota. W artykule przestawiono model matematyczny dynamiki robota opisany równaniami Maggi'ego. Model pozwala na sterowanie silnikami w celu osiągnięcia zadanej pozycji i orientacji robota w przestrzeni roboczej. Na podstawie modelu matematycznego sporządzono symulacje ruchu robota, które zostały zweryfikowane laboratoryjnie. W symulacjach przedstawiono prędkości i momenty napędowe silników robota podczas ruchu po powierzchni płaskiej i po wniesieniu. W artykule przedstawiono również prototyp robota, który sprawdzono pod względem wymaganej funkcjonalności w środowisku pracy.

---

This paper presents modeling, design and testing of a tracked mobile robot intended to cleaning and inspection of water tanks. This kind of devices is used to increase effectiveness of maintenance of industrial facilities. A market and literature research lead to selection of a track drive as the main motion unit due to good traction. The presented design process consists of design of mechanical components and electronics and creation of a 3D model. Different applications of the robot, including transport of a ROV robot and inspection tasks with the use of a 3D sonar were described. Finite Element Method analyses (FEM) were used to check strength of waterproof casing for power supply and electronics in environment simulating submersion. Additionally, modal analysis of the main frame of the robot was performed. A mathematical model of the robot that describes dynamics was presented with usage of Maggi equations. The model provides parameters required for the drives to control the robot's position and orientation. The mathematical model was used to create motion simulations of the robot that were verified experimentally in laboratory. The simulations and tests featured generation and measurement of velocities and driving torques of motors. The functionality of the prototype of the robot was tested in operating conditions.