Дрон-змея
Author: Беушев Егор

Введение

В наше время широкое распространение получили дроны. В основном летающие, но они достаточно ограничены в областях своего использования. Такие дроны очень эффективны на широкой и открытой местности, но узкие пространства им недоступны. На мой взгляд, есть необходимость в дронах способных перемещаться в узких пространствах и на пересеченных местностях. На выбор имеется несколько платформ для создания таких дронов: колесно-гусеничные, червеобразные и змееобразные. Колесно-гусеничные платформы имеют высокую проходимость по сложно рельефу, но только в горизонтальной плоскости в вертикальной плоскости они теряют скорость и их эффективность значительно снижается. Червеобразные платформы имеют проблемы со скоростью передвижения и низкими пространствами. Змеевидные платформы являются оптимальным решением для узких пространств. Змеи обитают практически во всех природных зонах, так же они имеют большое количество способов передвижения и являются достаточно гибкими животными.

Разработка дрона-змеи позволит расширить применение дронов во многих областях. Например, данных дронов можно использовать для неразрушающего контроля технических трубопроводов, а также для мелкого ремонта. Это поможет к 2100 году значительно повысить эффективность использования трубопроводов, а также существенно сократить время их ремонта. Также на данный момент остается не изученным большая часть океана, в том числе из-за сложностей рельефа дна и необходимости работать дронам как в воде, так и на поверхности или в каких-либо пещерах и впадинах. Универсальность движения дрона позволит решить эти вопросы и к 2100 году позволит изучит большую часть мирового океана. Когда удастся уменьшить до мини- или микро-размеров, их можно будет использовать в медицине для проведения различных операций без хирургического вмешательства, например чистить кровеносные сосуды от тромбов или холестериновых бляшек. Это позволит к 2100 году снизить значительно увеличить продолжительность жизни людей.

 

Цель:разработатьмодельробота-змеи.

Задачи:

  • Изучить строение живых змей, способы и механизмы их движения.
  • Разработать кинематические схемы движения змеи.
  • Разработать алгоритмы команд для движения механической змеи.
  • Изучить похожие разработки
  • Изучить различные способы движения
  • На основе полученных данных собрать сегмент дрона.

Научная новизна: Проектируемый дрон предполагается в виде механической змеи, и при движении будет использовать те же самые механизмы и принципы, что и живые змеи.

Основная часть

Всем известно, что змеи не имеют конечностей, но при этом достаточно ловко передвигаются, как по ровной поверхности, так и по пересеченной местности и воде. Изучая змей удалось выяснить, что змеи используют в основном четыре способа движения: змеевидные движения, движение гармошкой, "гусенечный" ход и "боковой" ход (рисунок 1). Скелет змей гибок и подвижен, а так же они могут забираться на деревья. Кроме того, на их коже имеются выступы, которыми змеи цепляются за поверхность.

Рисунок 1 - Способы движения змей.

Исходя из этого необходимо было создать скелет змеи, имеющий возможность изгибаться во всех направлениях и разработать "чешуйки". Для создания скелета дрона было принято решение разбить его на сегменты, которые имеют две степени свободы: изгибание вдоль скелета и вращение по оси. Большое количество сегментов позволило достигнуть достаточно большой гибкости.

При разработке “чешуек” для перемещения выяснилось, что расположения их на корпусе не дает желаемого результата, поэтому было принято решения разработки “кожи” для дрона. Кожа должна быть гибкой, не стесняющей движения дрона, прочной, водостойкой и устойчивой к суровой внешней среде.Предполагаемыми материалами для кожи являются силикон и полиуретан. Именно на коже было принято решение разместить “чешуйки”. Большое количество сегментов позволило достигнуть достаточно большой гибкости.

При изучении схем движения змеи , а также других вариантов решения проблемы создания дрона-змеи других разработчиков, наиболее эффективными оказались гусеничный ход и змеевидное движение. На их основе и был написан программный код для передвижения дрона.

На основании данных полученных в результате изучения змеи был разработан первый прототип дрона. В прототипе 1 поколения были использованы (рисунок 2):

  • Кронштейны для камер (в качестве корпуса)
  • Серводвигатели SG – 90

Рисунок 2 - Сегмент 1 поколения

Сегмент 1 поколения был не прочным и сковывал движения конструкции, т.к. при вращение происходило смещение осей одного сегмента относительно другого. Было принято решение в его модификации.

Для изготовления прототипа 2 поколения были использованы (рисунок 3):

  • Полипропиленовые канализационные трубы 40 mm (в качестве корпуса)
  • Серводвигатели SG – 90
  • Терм усадочная ПВХ-трубка ( в качестве чешуек)