Исследование динамики мобильного робота для перемещения по вертикальным поверхностям

• Автор: Дышенко, Вячеслав Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 135 с. : ил.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА
1.1. Исследование условий функционирования мобильных роботов
1.2. Способы перемещения ползающих роботов
1.3. Классификация мобильных роботов вертикального перемещения
1.4. Обзор аналогов
1.4.1. ТИПЫ РОБОТОВ ДЛЯ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ПО ВЕРТИКАЛЬНЫМ ПОВЕРХНОСТЯМ
1.4.2. Механизмы для перемещения по вертикальным поверхностям
1.5. Выбор источника энергии
1.5.1. Механические накопители энергии
1.5.2. Электрические накопители энергии
Выводы
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
2.1. Обзор методов описания кинематики и динамики многозвенных роботов
2.2. Составление уравнений кинематики
2.3. Составление уравнений динамики
2.4. Расчет силовых характеристик робота и его параметров
2.5. Уравнения, описывающие динамику приводов механизмов
2.6. Обоснование выбора и подхода к решению поставленной задачи
2.7. Разработка алгоритма интегрирования дифференциальных уравнений движения
2.8. Численное моделирование динамики
2.9. Анализ результатов численных исследований
Выводы
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ МОБИЛЬНОГО РОБОТА
3.1. Разработка экспериментальной установки
3.2. Методика проведения эксперимента
3.3. Алгоритм проведения экспериментальных исследований
3.4. результаты эксперимента и их анализ
3.5. Сравнение теоретических и экспериментальных данных Выводы
4. КОНСТРУКЦИЯ ТРАНСПОРТНОЙ ЧАСТИ И РОБОТОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
4.1. Описание конструкции робота вертикального перемещения
4.2. Реализация движения робота
4.3. Способы перехода робота с одной поверхности на другую
4.4. Структурная схема САУ приводов
4.4.1. Исследование устойчивости САУ
4.4.2. Оценка качества управления
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИВЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Актуальность темы. В последние годы происходит роботизация буквально всех сфер человеческой деятельности. Диапазон применения робототехники чрезвычайно широк:
- роботы вытесняют человека на производстве;
- роботы используются при исследованиях космического пространства и океанских глубин;
- с помощью роботов проводятся сложнейшие хирургические операции на мозге и сердце;
- военная техника становится все умней и самостоятельней.
Процесс роботизации затронул и такую специфическую область как
обеспечение общественной безопасности: вот уже более 20 лет в арсенале спецслужб и полицейских подразделений находятся мобильные роботы и робототехнические комплексы.
Робот призван заменить человека в случаях, когда выполнение задачи находится за пределами человеческих возможностей либо сопряжено с чрезмерной угрозой здоровью и жизни человека, а также при недостатке профессионально подготовленного персонала для выполнения трудоемких и циклически повторяющихся задач.
Представление о возможностях специальных робототехнических комплексов дает опыт применения роботов, перемещающихся по произвольным поверхностям.
В настоящее время разработан и серийно изготавливается ряд робототехнических устройств с дистанционным управлением, предназначенных для:
• контроля наличия утечек из газовых резервуаров большой емкости;
• ультразвукового контроля сварочных швов корпусов судов, стенок газовых и нефтяных резервуаров;
Попова [37] получены уравнения динамики в явном виде с использованием уравнений Аппеля, позволяющие решать прямую и обратную задачи динамики. Уравнения Кейна особенно эффективны для расчета обобщенных моментов многозвенных роботов (манипуляторов) с замкнутыми

1 кинематическими цепями [81]. В работах Коноплева [20] для описания
динамики манипуляционных систем применяются агрегативные модели; метод удобен для применения символьных преобразований. Погореловым [33] разработан пакет программ моделирования динамики широкого класса механических систем, включая роботы-манипуляторы. Интересный подход и язык программирования уравнений движения сложных механических систем, состоящих их твердых тел, предложен Сазоновым [43].
Среди самых современных методов моделирования динамики многозвенных роботов отметим подходы, основанные на использовании нейронных сетей [69, 91], пространственных операторов [112, 83], групп Ли [Ю0], методов нечеткой логики [72]. Для описания динамики сложных

структур (параллельных роботов, манипуляторов с большой избыточностью степеней подвижности, роботов-гуманоидов) используются методы расчета динамики в операционном пространстве роботов и другие. Полный анализ основных достижений в области моделирования динамики роботов, начиная с первых работ 60-70 годов прошлого века по 2000 г., дан Реа^егзйэпе и Опп в [73].
В таблице 2.1. представлены результаты анализа методов описания динамики роботов по форме уравнений, вычислительной эффективности (для манипуляторов с шестью степенями свободы); также отражено, обеспечивает ли данный алгоритм замкнутость уравнений и возможность решения прямой
> задачи динамики.
Как показывает анализ таблицы, многие эффективные в вычислительном плане методы не обеспечивают замкнутости системы уравнений динамики, что ограничивает их применение в задачах управления, а