БИОИНСПИРИРОВАННАЯ СИСТЕМА "CHUITS"

Разработка механики биоинспирированного робота-змеи через внедрение платформы Гью-Стюарта, предназначенного для диагностики и обследования труднодоступных мест, таких как трубопроводы и шахты.
Команда
  • Доминика Васильева
    Разработчик

    3D моделирование,разработка конструкции,
    ПО, сборка, пайка.
    Полный цикл работ — от концепции до готового проекта
    tarakanic123123@gmail.com
  • Игорь Лубягин
    Наставник
    lubyagin@kvantoriumpskov.ru
Биоинспирированные системы - что это?
Биоинспирированные системы — это комплексный междисциплинарный подход к проектированию и созданию технологических решений, фундаментальной основой для которого служат принципы, стратегии и архитектурные решения, заимствованные у живой природы.
Проблематика
  • Недоступность для контроля и диагностики
    Существуют замкнутые, узкие или извилистые пространства (например, трубопроводы различного сечения, вентиляционные шахты, технологические каналы), куда невозможно обеспечить доступ человека или крупногабаритного оборудования для визуального осмотра и оценки состояния.
  • Риск для жизни и здоровья людей
    Проведение разведки, инспекции или поисково-спасательных работ в опасных средах (завалы после обрушений, аварийные объекты, зоны с потенциальной загазованностью или обрушением) напрямую угрожает жизни и здоровью персонала и спасателей.
  • Несовершенство существующих технических средств
    Традиционные средства диагностики (жесткие эндоскопы, колесные/гусеничные платформы) имеют ограниченную проходимость в сложном рельефе и неспособны адаптироваться к резким перепадам высот или изменению сечения пути, что снижает эффективность обследования.
Актуальность
Проект важен для повышения безопасности и эффективности работ в труднодоступных средах, снижения рисков для человека, предотвращения аварий и снижения затрат на обслуживание инфраструктуры.
Аналоги
Цель
Исследование и разработка биоинспирированной робототехнической системы на основе модульной структуры, в которой каждое звено представляет собой миниатюрную платформу Гью-Стюарта, обеспечивающую пространственное управление положением и ориентацией звеньев, для повышения адаптивности и точности биомиметического движения.
Платформа Гью-Стюарта
Платформа Гью-Стюарта — это механическая система с шестью степенями свободы, состоящая из двух платформ (верхней подвижной и нижней неподвижной), соединенных шестью линейными приводами (актуаторами).
Платформа была впервые описана В. Э. Гью для применения в качестве универсального испытательного стенда для шин, а позже Д. Стюартом предложил её использование в качестве бортового авиационного тренажера.

Ключевые преимущества:
  • Нагрузка распределяется по нескольким кинематическим цепям, что минимизирует деформации
  • Малая масса подвижных элементов, позволяет достигать значительных ускорений.
Целевая аудитория

  • Энергетические

    компании

    Владельцы трубопроводных систем, шахт и других труднодоступных объектов, требующих регулярной диагностики

  • Аварийно-спасательные

    службы

    Организации, занимающиеся поисково-спасательными работами в сложных условиях

  • Научные

    организации

    Институты и лаборатории, исследующие биомеханику и робототехнику

  • Промышленные

    предприятия

    Там, где необходима диагностика труб

Стейкхолдеры и заказчики
  • Службы диагностики трубопроводов (ЖКХ, нефтегазовая отрасль)
  • Государственные структуры (МЧС, Минобороны)
  • Научные фонды (финансирующие исследовательские проекты в области робототехники)
Расчет себестоимости прототипа
Создание прототипа робота-змеи стоимостью 462 897 руб., где 92% средств ушло на сервоприводы. Это критическая инвестиция в R&D, подтвердившая новую концепцию — интеграцию платформы Гью-Стюарта в модульную бионическую систему. Прототип служит действующим стендом, окупаясь за счёт снижения технических рисков, патентного потенциала и привлечения инвестиций.
Расчет полноценной промышленной модели
Коммерческая привлекательность проекта — в гибридной платформе, объединяющей мобильность "робота-змеи" с точностью манипулятора для решения задач, недоступных традиционной робототехнике, таких как диагностика сложных трубопроводов и работа в завалах.
Этапы выполнения проекта
  • Разработка кинематической схемы звена
    исследование природных прототипов, в ходе которого изучаются различные типы змеиной локомоции
  • Создание 3D-моделей конструктивных элементов
    моделирование верхней и нижней платформ с посадочными местами под шарниры и крепления к корпусу, разработка универсальных соединительных узлов (шарниров), обеспечивающих требуемые углы поворота
  • Интеграция приводов и системы управления
    механическое соединение сервоприводов Dynamixel AX-12A со штангами платформы Стьюарта. Конфигурация сети сервоприводов (назначение ID, настройка параметров обратной связи)
  • Разработка алгоритмов пространственного управления
    создается единая программная архитектура, которая транслирует высокоуровневые команды в синхронизированные потоки целевых положений для каждого привода.
  • Проведение испытаний
    • устойчивость: Способность сохранять заданную траекторию без опрокидывания.
    • маневренность: Минимальный радиус поворота, способность движения в стесненных условиях.
Результаты и преспективы
  1. Создан прототип «CHUITS», где замена обычных шарниров на платформы Гью-Стюарта увеличила подвижность звеньев с 1 до 3 степеней свободы. Это обеспечило высокую точность движений и устойчивость на сложных поверхностях.
  2. Разработаны алгоритмы для разных условий: волновая кинематика позволяет двигаться внутри узких труб, а «гармошка» — безопасно перемещаться в завалах. Система готова к задачам диагностики и поиска людей.
  3. В течение 18–24 месяцев планируется создание промышленного образца из алюминия и композитов с интеллектуальной навигацией. Проект нацелен на высокомаржинальный рынок промышленной безопасности с бюджетом доработки 1,56 млн руб.
Достижения в рамках работы над проектом
  • Всероссийский форум научной молодежи «Шаг в будущее» 2026: 3 степень/призер
  • Диплом "ЧЛЕН-КОРРЕСПОНДЕНТ Российского Молодёжного Политехнического Общества"
  • Специальный диплом РТУ МИРЭА
  • XXXI научно-практической конференции обучающихся Псковской области «Шаг в будущее» - 1 степень
  • Симпозиумм «Проектно-исследовательское образование – образование будущего» и научно-практической выставке обучающихся Псковской области «Шаг в науку» - 1 степень
  • Лучший рационализатор и изобретатель Псковской области - участник
  • Имеется рецензия и рекомендация от доцента МГТУ им. Баумана на патент "полезная модель"
Понравился проект? Свяжитесь с нами
Виктория Зарецкая
зам директора по проектному управлению в ДТ "Кванториум Псков"
Telegram: @zaretske
Made on
Tilda