Динамика вибрационного мобильного робота для движения по вертикальным ферромагнитным поверхностям

• Автор: Черепанов, Андрей Андреевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 131 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Исследование и анализ проблемы.
1.1 Анализ и классификация существующих роботов для движения по вертикальным поверхностям
1.2. Вакуумные прижимающие устройства
1.3. Адгезионные прижимающие устройства
1.4. Магнитные и электромагнитные прижимающие устройства.
1.5. Анализ и классификация существующих вибрационных роботов
1.6. Цель и задачи исследования
Глава 2. Математическая модель виброробота.
2.1. Основные принципы построения расчетной модели
2.2. Описание мобильной вибрационной системы
2.3. Математическая модель движения робота
2.4.Система управления вибрационным роботом
Выводы к главе 2
Глава 3. Моделирование движения вибрационного робота для движения по вертикальным ферромагнитным шероховатым поверхностям и исследование его динамики
3.1. Динамика вибрационного мобильного робота с временным программным управлением
3.2. Влияние управляющих параметров на динамику робота и его среднюю скорость
3.3. Влияние коэффициента трения и массы робота на его динамику и среднюю скорость
3.4. Исследование динамики робота при непрерывном параметрическом управлении
3.5. Исследование динамики робота при логической параметрической системе управления
3.6.Исследование динамики виброробота при разных значениях углов включения-выключения электромагнита для логической параметрической системы управления
3.7. Исследование динамики виброробота при различных значениях переменной составляющей питания электромагнита для логической параметрической системы управления
3.8. Энергетическая эффективность виброробота
3.9. Динамика виброробота при оптимальном энергетическом управлении 100 Выводы к главе 3
Глава 4. Экспериментальные исследования вибрационного робота для перемещения по вертикальным ферромагнитным шероховатым поверхностям
4.1. Электромагнит переменного тока
4.2. Двигатель постоянного тока
4.3. ШИМ для управления двигателем и электромагнитом
4.4. Датчик Холла
4.5. Микро-ЭВМ Ргеебшпо
4.6. Питающая драйверная схема
4.7. Корпус мобильного робота и материалы корпуса
4.8 Макет робота, использующий временное программное управление
4.9 Макет робота, использующего параметрическое управление
Выводы по главе 4
5.3аключение
Список литературы

Введение
Актуальность работы:
В последнее время получили распространение транспортные устройства, называемые вибрационными роботами, которые способны выполнять технологические операции в агрессивных средах, на труднодоступных малогабаритных поверхностях. В вибророботах движители и их приводы изолированы от агрессивной среды герметичным корпусом. Теоретические основы вибрационного движения получили свое развитие в Институте проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН, Юго-Западном государственном университете (г. Курск), Техническом университете Илменау (Германия) и других исследовательских центрах. Такой способ движения исследовался в работах академика Ф.Л. Черноусько,
H.H. Болотника, Т.Ю.Фигуриной, К. Циммермана, И. Зейдиса, В.Г Чащухина, П. Вартхоломеуса, С.Ф. Яцуна и других. Особую сложность представляет движение по вертикальным поверхностям. Для движения вибрационного транспортного средства по вертикальной поверхности применяют дополнительные устройства, например вакуумные, в которых перепад атмосферного давления создает прижимающую силу дополнительно с инерционными силами. Однако такие устройства мало приемлемы для работы в агрессивных средах из-за отсутствия герметичности корпуса. Для перемещения по ферромагнитным поверхностям представляет интерес применить электромагнитные устройства, обеспечивающие удерживание корпуса на вертикальной поверхности. Исследование и разработка вибрационных роботов, способных перемещаться и выполнять технологические операции на вертикальных ферромагнитных поверхностях, является актуальной задачей.
Объектом исследования в данной работе являются динамические процессы, протекающие в мехатронной системе вибрационного робота, оснащенного электромагнитом, обеспечивающим управление силой трения на

^ — .Уз уТд Ф! +Тя ф, I Пк{у3) Пд(<р,)+^мд{/я)+^мм(/д/), (2.3.8)

+^Ф1 +^е(^)+^(/м). (2.3.9)
Для создания переменного усилия прижатия корпуса к металлической поверхности используем П-образный электромагнит. Энергию магнитного поля в воздушном зазоре электромагнита определим по формуле:
»^=у—(2-ЗЛ0)
2-Ио-Я-г
Обозначим ток в цепи электромагнита через магнитный поток:
(2-3.11)
В этом выражении Ф - магнитный поток, возникающий в магнитном контуре сердечника, р0 - магнитная проницаемость, б1 - площадь воздушного зазора , г — число витков проводника с током, Ах - зазор между металлической поверхностью и электромагнитом.
Диссипативная функция электромагнита определяется выражением:
^м (/м ) ~ 2 • (2.3.12)
Для вращения дебалансов предлагается использовать двигатель постоянного тока. Магнитную энергию в контуре электродвигателя определим по формуле:
^мд я ) = 1Я + ЬП1 я дс + 21^-с ; - магнитная энергия двигателя.
Где 1П и Ь22 - коэффициенты самоиндукции соответственно подвижного и неподвижного контуров.
Ьи - коэффициент взаимной индукции контуров;
- момент инерции вала двигателя;
дс - ток в цепи статора.