Управление наземным колесным гиростабилизатором как носителем аппаратуры оптического мониторинга дефектов наружной поверхности воздушного судна

Рассматривается одноосный наземный колесный гиростабилизатор (НКГ) с гравитационно-маховичным управлением его двухстепенной платформой, который понимается как носитель аппаратуры оптического мониторинга дефектов нижней части наружной поверхности воздушного судна (ВС) на его стоянке. Цель исследования — разработка способа формирования траектории движения НКГ, алгоритмов управления этим движением и угловой ориентацией платформы НКГ в процессе мониторинга. Рассмотрена схема построения двухколесного НКГ, на платформе которого установлена фотокамера с оптической осью, проходящей через центр оси колесной пары. Формирование траектории движения центра оси колесной пары НКГ осуществляется в горизонтальной плоскости, параллельной плоскости подстилающей поверхности стоянки ВС. На основе использования модифицированной динамической модели движения НКГ рассмотрен алгоритм его траекторного управления моментами, развиваемыми двигателями мотор-колес в функции управляющих линейной и угловой скоростей движения НКГ. Разработан алгоритм управления угловой ориентацией платформы НКГ относительно плоскости горизонта с применением маховиков в качестве источников управляющих реактивных, гироскопических, а также гравитационных моментов. Результаты имитационного моделирования подтвердили эффективность принятых решений.

1. Киселев Д. Ю., Макаровский И. М. Неразрушающие методы контроля технического состояния воздушных судов: Учеб. пособие. Самара: Изд-во Самар. ун-та, 2017.

2. Lafiosca P. Fan I.-S., Avdelidis N. P. Aircraft skin inspections: towards a new model for dent evaluation // Non-Destructive Testing and Condition Monitoring. 2023. N 65(7). P. 378–383. DOI: 10.1784/insi.2023.65.7.378.

3. Jovančević I., Pham H.-H., Orteu J.-J., Gilblas R., Harvent J., Maurice X., & Brèthes L. 3D Point Cloud Analysis for Detection and Characterization of Defects on Airplane Exterior Surface // Journal of Nondestructive Evaluation. 2017. N 36(4). DOI: 10.1007/s10921-017-0453-1.

4. Алёшин Б.С., Черноморский А.И. и др. Робототехнический комплекс для осмотра воздушного судна на его стоянке // Перспективные системы и задачи управления: Материалы XVI Всерос. науч.-практ. конф. и XII молодежной школы-семинара. Ростов н/Д, 2021. С. 116–118.

5. Pat. 20160264262A1US. Collaborative robot for visually inspecting an aircraft / N. Colin, F. Guibert. Publ.: 16.09.2016.

6. Almadhoun R., Taha T., Dias J., Seneviratne L., & Zweiri Y. Coverage Path Planning for Complex Structures Inspection Using Unmanned Aerial Vehicle (UAV) // Lecture Notes in Computer Science. 2019. P. 243–266. DOI: 10.1007/978-3-030-27541-9_21.

7. Bugaj M., Novak A., Stelmach A., and Lusiak T. Unmanned aerial vehicles and their use for aircraft inspection // New Trends in Civil Aviation (NTCA). 2020. P. 45–50.

8. Shang J., Sattar T., Chen S. and Bridge B. Design of a climbing robot for inspecting aircraft wings and fuselage // Industrial Robot. 2007. Vol. 34, N 6. P. 495–502. DOI: 10.1108/01439910710832093.

9. Achat S., Marzat J., & Moras J. Curved Surface Inspection by a Climbing Robot: Path Planning Approach for Aircraft Applications // Intern. Conf. on Informatics in Control, Automation and Robotics. 2023. P. 433–443. DOI: 10.5220/0012185300003543.

10. Aleshin B. S., Chernomorsky A. I., Kuris E. D., Lelkov K. S., Ivakin M. Robotic complex for inspection of the outer surface of the aircraft in its parking lot // INCAS Bulletin. 2020. Vol. 12. P. 21–31. DOI: 10.13111/2066-8201.2020.12.S.2. 2020.

11. Михеев В. В., Черноморский А. И., Петрухин В. А. Управление одноосным колесным модулем с горизонтируемой двухстепенной платформой, перемещающимся по горизонтальной подстилающей поверхности с проскальзыванием // Авиация и космонавтика: Тез. 17-й Междунар. конф. 2018. С. 186–187.

12. Петрухин В. А., Лельков К. С., Черноморский А. И. Локальная навигация колесного мобильного робота как носителя аппаратуры мониторинга дефектов воздушного судна на его стоянке // XXX Юбилейная Санкт-Петербургская междунар. конф. по интегрированным навигационным системам: сб. материалов конференции. Санкт-Петербург, 2023. С. 85–90.

13. Yang G., Kapila V. Optimal path planning for unmanned air vehicles with kinematic and tactical constraints // Proc. of the 41st IEEE Conf. Decision Control. 2002. P. 1301–1306.

14. Cohen I., Epstein C., Isaiah P., Kuzi S., Shima T. Discretization-Based and Look-Ahead Algorithms for the Dubins Traveling Salesperson Problem // IEEE Trans. on Automation Science and Engineering. 2017. N 14(1). P. 383–390. DOI: 10.1109/tase.2016.2602385.

15. Алешин Б. С., Черноморский А. И. и др. Наземные одноосные колесные модули для транспортировки и управления угловой ориентацией аппаратуры мониторинга окружающей среды // XXVIII Санкт-Петербургская междунар. конф. по интегрированным навигационным системам: сб. материалов. Санкт-Петербург, 2021. С. 158–165.

16. Алешин Б. С., Черноморский А. И., Петрухин В. А., Лельков К. С. Навигация наземного колесного робота в инфраструктуре аэродрома // Изв. ТулГУ. Технические науки. 2023. № 9. С. 293–302. DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-293-294.

17. Максимов В. Н., Черноморский А. И. Система управления неголономным одноосным колесным модулем для мониторинга геометрических параметров аэродромных покрытий // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2015. № 3. С. 156–167.

18. Oriolo G., De Luca A., Vendittelli M. WMR Control Via Dynamic Feedback Linearization: Design, Implementation, and Experimental Validation // IEEE Trans. on Control Systems Technology. 2002. Vol. 10, N 6. P. 835–852.