Теоретические и экспериментальные исследования динамики и управления некоторых систем с качением

• Автор: Караваев, Юрий Леонидович
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 106 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Конструкция и кинематическая модель сферического робота с внутренней омниколесной платформой
1.1. Введение
1.2. Анализ конструкций сферических роботов
1.3. Сферический робот с внутренней омниколен ой платформой . .
1.3.1. Описание конструкции
1.3.2. Описание конструкции омниколеса для сфероробота . .
1.4. Кинематическая модель сферического робота с внутренней омниколесной платформой
1.4.1. Управление в рамках кинематической модели
1.4.2. Учёт смещения центра масс
1.4.3. Анализ траектории движения сфероробота при постоянных управляющих воздействиях
1.4.4. Определение положения центра масс подвижной платформы сфероробота
Глава 2. Динамика сферического робота с внутренней омниколесной платформой
2.1. Введение
2.2. Динамические уравнения движения сфероробота с внутренней
омниколесной платформой
2.3. Частные решения
2.3.1. Неподвижные точки приведённой системы
2.3.2. Устойчивость движения по прямой
2.4. Управление вдоль заданной траектории
2.5. Управление при помощи гейтов
Глава 3. Экспериментальные исследования движения сфероробота с внутренней омниколесной платформой
3.1. Описание экспериментальной установки
3.2. Экспериментальные исследования
3.2.1. Движение по прямой в зависимости от начальной ориентации подвижной платформы
3.2.2. Экспериментальное определение положения центра масс подвижной платформы
3.2.3. Исследование движения сфероробота по прямой при различных скоростях
3.2.4. Движение по окружности при постоянных управляющих воздействиях
3.2.5. Движение по окружности с сохранением ориентации подвижной платформы
Глава 4. Экспериментальные исследования качения однородного диска по горизонтальной плоскости
4.1. Постановка задачи
4.2, Разработка экспериментальной установки и методики проведения экспериментальных исследований
Заключение
Литература

Введение
Актуальность темы исследований.
Современный интерес к теоретическим и экспериментальным исследованиям систем с качением вызван активным развитием робототехники, прежде всего мобильных роботов [1], предназначенных для эксплуатации как на поверхности Земли, так и в условиях других планет. Для исследования подобных систем используются уравнения движения в различных формах (Эйлера-Лагранжа, Чаплыгина, Воронца, Аппеля, Маджи и др.). Теоретические основы исследования систем с качением в неголономной постановке изложены в работах как российских так и зарубежных авторов [2-7,65], которые включают описание классических и новых неголономных систем. Отдельно следует отметить работы посвящённые исследованию неголономных моделей мобильных колесных роботов, к которым относятся самая простая и распространённая модель мобильного робота только с двумя приводными колесами, с одним или двумя рулевыми колесами, мобильные роботы с роликонесущими колесами (или омниколесами). Это работы Д. Е. Охоцимского, Ю.Г. Мартыненко, Я.В. Татаринова, A.A. Зобовой, С.Ф. Бурдакова, И.В. Мирошника, Р.Э. Стель-макова, A.B. Борисова, И. С. Мамаева, A.A. Килина [8-10,37-39,41] и других.
Большую популярность в последние годы, особенно у зарубежных авторов, приобретают исследования различных конструкций сферических роботов. Наиболее полные обзорные работы этого класса неголономных систем с качением представлены в работах A.B. Борисова, И. С. Мамаева, A.A. Килина, М.Свинина, А.Хальме, Р. Чейза, А. Панди, Родри Армура, Ю. Винсента [13,20,22,23,42,43,61] и других. Исследования в этом направлении являются наиболее актуальными, так как сферическое колесо в будущем является

Глава
Динамика сферического робота с внутренней омниколесной платформой
В данной главе представлены результаты разработки динамической модели сферического робота, перемещающегося за счет движения внутренней омниколесной платформы. С использованием уравнений связей, наложенных на рассматриваемую систему, записываются уравнения движения в квазискоростях с неопределёнными множителями, обсуждаются условия существования интегралов движения. На основании представленных уравнений движения строится теория управления сферическим роботом с учетом количества и геометрии омниколес, проводится анализ устойчивости частных решений. Приведен алгоритм расчета управляющих воздействий на базе динамической модели. Обсуждаются его возможности и недостатки. Разработан алгоритм движения с помощью базовых маневров (гейтов). Представлены результаты численного моделирования.
2.1. Введение
Динамические исследования движения сферороботов, к сожалению, мало представлены в литературе. Так в последнее время появились работы по динамике сферороботов, перемещающихся за счёт создания переменного гироста-тического момента внутренними роторами [42,43,61-64] и за счет внутреннего сферического маятника [49-54]. В описанных работах приведены разнообразные формы уравнений динамики сферороботов, получены управляющие