Исследование движения адаптивных модульных колесных аппаратов

• Автор: Шишканов, Дмитрий Валерьевич
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 102 с. : ил.

Глава I. Уравнения движения и модели колесных роботов с избыточной подвижностью
§1 Уравнения движения колесного аппарата с изменяемой геометрией корпуса
§2 Четырехколесная схема с жестким корпусом
§3 Трехколесная схема
§4 Тележка с шестью колесами, расположенными по схеме "3x3"
§5 Описание ПП "Универсальный механизм"
§6 Основные параметры моделей колесных аппаратов
Глава II. Прямая и обратная задачи динамики для колесных роботов
§1 Полная система уравнений 4-х колесной тележки и обратная задача динамики 4-х
колесной тележки. «Вальс на прямой»
§2 Решение системы уравнений движения в обратной задаче «Вальс на прямой» при
помощи компьютерного математического пакета МаШСаб
§3 Моделирование движения «Вальс на прямой» в компьютерном программном пакете
моделирования динамики механических систем «Универсальный механизм»
§4 «Вальс на окружности»
Глава III. Моделирование и исследование движения колесных роботов по поверхности с
препятствиями
§1 Модель шестиколесного аппарата со схемой расположения колес "3x3"
§2 Модель шестиколесного аппарата с "ромбовидной" схемой расположения колес
§3 Алгоритм поиска бруса и его реализация при моделировании движения в ПП
«Универсальный механизм»
Заключение
Список литературы

В настоящее время большое внимание уделяется разработке мобильных машин с высокой приспособляемостью к движению по сложным траекториям и сложным поверхностям. Во всем мире в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства, для исследования космоса, мирового океана и труднодоступных областей ведутся разработки подобных аппаратов для реализации таких задач, с которыми не справляются существующие мобильные машины.
В этих разработках наибольшее внимание исследователей привлекают машины, использующие гибридный способ передвижения - колесношагающий.
В зависимости от типа среды эксплуатации ходовая часть может быть гусеничная, колесная, колесно-гусеничная, полугусеничная, шагающая, колесно-шагающая, роторная, с петлевым, винтовым, водометным и реактивным движителями.
Облик наземного мобильного робота в первую очередь определяется типом и конструкцией движителя, служащего для преобразования в процессе взаимодействия с внешней средой усилия, получаемого от двигателя, в тяговое усилие, движущее транспортное средство.
Выбор типа движителя и его размеров является очень сложной задачей. Практически невозможно создать универсальную конструкцию движителя, дающего возможность одинаково уверенно передвигаться в разнообразных условиях окружающей среды: множество видов и свойств оснований, сложные пересечения рельефа местности, необходимость перемещения по элементам сооружений и внутри зданий являются причиной создания большого числа компоновочных схем роботов с различными типами движителей.
Основное внимание разработчиков уделяется различным вариантам колесного и гусеничного движителей. Несколько меньшее внимание уделено
шагающему движителю. И существенно меньшее - другим типам (например, роторно-винтовому, аппаратам на воздушной подушке и др.), предназначенным для движения по поверхности со специфическими физикомеханическими свойствами (заболоченным местам, мелководью, глубокому снегу).
Для каждого типа движителя существует своя область применения. Так, в качестве движителя многофункционального мобильного робота, предназначенного для использования на труднопроходимой местности, выбирают гусеничный движитель как наиболее универсальный. При преимущественном использовании робота на дорогах более предпочтительным является колесный вариант транспортного средства. Применение шагающих машин перспективно лишь в среде, где скорость колесного или гусеничного движителя уступает скорости шагающего движителя (например, в горной местности, в очагах разрушений и т.п.). При конструировании обычных транспортных средств параметры движителя оптимизируются для наиболее характерных условий применения и поверхностей движения. Однако, для мобильного робота такая оптимизация невозможна в силу неопределенности условий движения. Поэтому в настоящее время движители роботов конструируются с возможностью адаптации к поверхности движения. В первую очередь это относится к малогабаритным роботам, предназначенным для работ внутри зданий и сооружений, в очагах разрушений, боевым и разведывательным роботам. На Рис.1 изображен мобильный робот Andros Mk V A (Remotec, США), который имеет адаптивный гусеничный движитель. Передняя и задняя секции гусениц могут менять свое положение, обеспечивая машине высокую проходимость.
Адаптивные движители таких , роботов обладают возможностью изменения своих параметров и структуры самостоятельно или по команде системы управления на основе текущей информации об условиях движения с целью достижения определенного, обычно оптимального, состояния при начальной неопределенности и изменяющихся условиях движения.
МаШСаб. Полученные выражения для моментов подставим в правые части уравнений движения и решим систему дифференциальных уравнений движения при помощи численного интегрирования методом Рунге-Кутта. В МаШСаб для этого есть специальная функция гкбхес1() (метод Рунге-Кутта с шагом фиксированной длины). Параметрами функции являются: начальные условия - х (вектор начальных значений); начало отрезка интегрирования; конец отрезка интегрирования; количество точек на отрезке интегрирования;
вектор выражений правых частей дифференциальных уравнений системы - £)(/,*), где 1 - это в данном случае переменная, по которой происходит интегрирование, а в физическом смысле - время.
При этом уравнения должны быть приведены к следующему виду:
с1х{

с1Х г

с!х
0’Х1,..;Хп)
Тогда матрица В((,х) правых частей уравнений движения будет иметь
вид:
£>(/,*)
Г /о(?’Х0,х{ хп)л №,х0,хх хп)
/п(^Х0,Х1 Хп
Итак, рассмотрим рассчитываемый лист в Ма&Саб.
Ы0.8 аэ1 Ь = 0.5 ш = 20 птоз 0.01 гзО.О'
,1у = 0.001225 Д = 1.487 У=1 со з