Удержать робота в океане

Молодёжь в науке

Победитель конкурса на стипендию Президента РФ

Система позиционирования для подводных манипуляций

Роман Павлович ВАСИЛЕНКО

     Проблема позиционирования – один из главных барьеров на пути к полной автономности подводной робототехники. Если телеуправляемый аппарат можно удерживать «на привязи» с судна, то автономный робот должен самостоятельно решать, как не уйти в дрейф при контакте с объектом. Роман Павлович Василенко, аспирант третьего курса обучения, научный сотрудник Института проблем морских технологий им. академика М.Д. Агеева ДВО РАН и победитель конкурса на стипендию Президента России, разрабатывает систему, которая позволит роботам с высокой точностью «зависать» над объектом работ, несмотря на течения и воздействия со стороны манипулятора. Как устроен этот механизм, в чём сложность моделей движителей, и когда роботы смогут самостоятельно обслуживать подводные трубопроводы – в нашем материале.

Биография: от школы до аспирантуры

Наш герой родился и вырос во Владивостоке. В 2018 году окончил школу № 74, затем поступил в Дальневосточный федеральный университет на специальность «Мехатроника и робототехника». Бакалавриат завершил в 2022-м, затем магистратуру – по тому же направлению. После этого Роман продолжил обучение в аспирантуре, но уже в стенах Института проблем морских технологий им. академика М.Д. Агеева ДВО РАН, где сегодня занимает должность научного сотрудника.

– С детства меня увлекали технологии, – рассказывает Роман. – Хотелось не просто учить теорию, а своими руками создавать что-то новое. Подводная робототехника даёт такую возможность: здесь результат твоей работы осязаем и реализуется на практике.

Лаборатория подводных манипуляционных комплексов

В ИПМТ Роман работает под началом доктора технических наук Александра Юрьевича Коноплина. Сотрудники лаборатории занимаются разработкой систем, методов и технологий для подводных аппаратов с манипуляторами – в первую очередь автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА). Здесь разрабатывают методы обработки сенсорных данных, системы согласованного управления АНПА и судна сопровождения, а также управляющие алгоритмы для выполнения контактных операций – от отбора проб грунта до стыковки.

– Моё исследование нацелено на создание системы позиционирования, – поясняет Роман. – Она позволит автономному аппарату подойти к объекту работ необходимым образом, а затем удерживать его в нужной точке пространства, пока манипулятор выполняет операцию. Без такой системы большинство задач невыполнимы: аппарат попросту снесёт течением или отбросит в момент контакта.

Особую благодарность Роман выражает коллегам:

– Всегда можно обратиться за помощью – и тебе действительно помогут. Это касается и науки, и инженерии, и административных вопросов. Хочу поблагодарить кандидата технических наук Владимира Владимировича Костенко за помощь в исследовании работы движителей – он поделился теоретическим заделом и предоставил оборудование для натурных испытаний. И, конечно, научного руководителя – Александра Юрьевича Коноплина – за поддержку и конструктивную критику. Именно его предмет на бакалавриате помог мне окончательно выбрать путь в науку и подводную робототехнику.

Роман ВАСИЛЕНКО (справа) с коллегами на конференции

Автономный аппарат – против «робота на проводе»

– Сегодня подводные роботы с манипуляторами в большинстве случаев работают по кабелю. Оператор на судне управляет движениями по видеоизображению. Но у такого подхода масса недостатков: высокая стоимость эксплуатации судна-носителя, риск повреждения троса, нагрузка на человека, зависимость от погоды, невозможность работы подо льдом, – перечисляет Роман.

– Автономные аппараты лишены этих проблем. Но плата за автономность – жёсткие ограничения формы корпуса и компоновки движителей. Мы не можем произвольно расположить аппарат, особенно при течении. Моя система как раз для таких случаев: она рассчитывает оптимальное положение и управляет движителями для удержания в заданной точке. В сочетании с системами управления манипуляторами, которые разрабатывают коллеги, это позволит выполнять очистку объектов, обследование трубопроводов, работу с вентилями и клапанами, отбор проб. Главная трудность – учесть максимум факторов и при этом сохранить быстродействие и адаптивность к меняющимся условиям.

Во время работы с АНПА ММТ-3500

Секрет точности: от винта к электроприводу

– Винт и электропривод работают как единое целое, – объясняет Роман. – Для точного моделирования важно учитывать, как привод реагирует на внешнюю нагрузку, поэтому нужна модель не только винта, но и самого привода в полном диапазоне сигналов управления и внешних возмущений. Также натурные испытания помогли нам учесть реальную специфику систем управления, что сделало моделирование значительно точнее.

Почему победил в конкурсе на стипендию Президента РФ?

– Думаю, решающую роль сыграли практическая значимость и комплексность предлагаемого решения задачи, – считает Роман. – С каждым годом очевиднее, что будущее – за беспилотниками. А стабилизация в оптимальном положении – критически важная часть их работы. Без неё безаварийная автономная операция практически невозможна.

Натурным экспериментом уже подтверждена часть работы, связанная с разработкой динамической модели подводного движителя. В перспективе – испытание системы позиционирования в целом. Результаты исследования в первую очередь будут интересны и востребованы внутри нашего института. Среди потенциальных заказчиков таких подводных аппаратов – научные организации, нефтегазовые компании, МЧС, военные. Система будет полезна и при разведке месторождений, и при обслуживании уже работающей инфраструктуры.

Планы: учёт манипулятора и «воплощение в железе»

– В ближайшее время предстоит решить задачу подхода так, чтобы робот располагался относительно объекта наилучшим образом для выполнения конкретной операции. На предыдущих этапах работы учитывались ограничения, обусловленные формой корпуса и характеристиками движителей аппарата-носителя. Теперь же настало время учесть ограничения, накладываемые манипулятором. После этого объединю разработки в единую систему и начну подготовку комплексного натурного эксперимента, – делится планами Роман.

– Помимо защиты, главная цель для меня – реализовать разработки «в железе». Хочется увидеть, как это работает «вживую».

Роман ВАСИЛЕНКО на конференции «Экстремальная робототехника»

Совет молодым учёным

– Выбирайте тему, интересную с теоретической, либо полезную с практической точки зрения, даже если она очень сложная, – советует Роман. – Браться за простые, но невостребованные задачи в каком-то смысле даже опасно, так как к концу аспирантуры не удастся набрать опыта и новых знаний, которые обязательно пригодятся в будущем.

С коллегами на велосипедах

На пути к полной автономии

Человечество уверенно осваивает космос, но глубины океана для нас до сих пор остаются «терра инкогнита» в прямом смысле этого слова. И если раньше мы могли заглянуть туда лишь с помощью «привязных» систем, то работы Романа Василенко и его коллег из ИПМТ приближают время, когда автономные роботы станут полноценными хозяевами подводного мира. Создание интеллектуальной системы позиционирования, способной учитывать множество возмущающих факторов, – это вклад в технологический суверенитет страны и будущее мировой океанотехники. Мы уверены, что достижение способности «зависания» над исследуемым объектом, о котором говорит наш герой, – это не просто элемент диссертации, а проявление свойства современной науки – не терять устойчивости, несмотря ни на какие внешние воздействия.

Работа с АНПА ММТ-3500

Фото из личного архива Романа ВАСИЛЕНКО