Разработка методов снижения энергозатрат в приводах робота с ортогональным движителем

• Автор: Гаврилов, Андрей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.02.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Оглавление
Введение
В.1. Актуальность работы
В.2 Описание объекта исследования.
В.З Цель, основные задачи и содержание работы
Глава 1. Мобильные роботы
1.1 Классификация мобильных роботов
1.2 Технические требования к параметрам мобильных роботов
1.2.1 Транспортабельность
1.2.2 Автономность
1.2.3. Энергоэффективность мобильных роботов
1.3 Движители мобильных роботов. Проходимость движителей
1.4 Мобильные роботы легкого класса
1.4.1 Роботы с гусеничными движителями
1.4.2 Роботы с колесными движителями
1.4.3 Мобильные роботы вертикального перемещения
1.4.4 Мобильные роботы с шагающими движителями 3
1.5 Мобильный шагающий робот с ортогональным движителем «УмНик»
1.6 Постановка задачи исследования
Глава 2. Программные движения робота «УмНик» с шагающим ортогональным движителем
2.1 Алгоритмы перемещения мобильного робота «УмНик» с шагающим ортогональным движителем
2.1.1 Дискретный алгоритм прямолинейного движения робота
2.1.2 Алгоритм движения с заданной скоростью перемещения корпуса
2.1.3 Алгоритм поворота
2.2 Анализ энергозатрат при поступательном движении робота
2.3 Кинематический расчет законов движения
2.3.1 Треугольная диаграмма изменения скорости
2.3.2 Трапецеидальная диаграмма изменения скорости
2.4 Модель трения скольжения в модулях линейного перемещения
2.5 Идентификация параметров модуля линейных перемещений
2.6 Структура энергозатрат на перемещение свободной рамы при дискретных алгоритмах перемещения
Глава 3. Способ снижения энергозатрат на перемещение робота «УмНик» с помощью введения в конструкцию движителя упругих элементов
3.1 Схема движителя робота реализующего способ разгружения кинематической пары от момента сил тяжести с помощью упругих элементов

3.2 Оценка снижения энергозатрат за счет введения в конструкцию движителя упругих элементов
3.3 Экспериментальная проверка эффективности способа снижения энергозатрат
Глава 4. Алгоритм оптимального закона движения мобильного робота «Умник» с шагающим ортогональным движителем
4.1 Синтез оптимального закона программного движения мобильного робота с шагающим ортогональным движителем
4.1.1 Постановка задачи
4.1.2 Критерий качества оптимизируемого процесса
4.1.3 Метод решения задачи оптимизации динамического процесса
4.1.4 Оценка эффективности оптимального закона программного движения
4.2 Экспериментальная проверка
4.2.1 Система управления линейным приводом робота «Умник»,
на аппаратно вычислительной платформы «Лгскппо»
4.2.2 Описание и схема проведения эксперимента
Заключение и основные выводы
Список использованной литературы.
ВВЕДЕНИЕ
В1. Актуальность работы
Мобильные робототехнические системы применяются для осуществления безопасности работ в зонах опасных для жизни людей [9, 37, 38, 46, 65, 66] и увеличения производительности различных технологических операций по сравнению с производительностью человеческого труда. При проектировании мобильных робототехнических систем (РТС) необходимо учитывать специфику условий окружающей среды, в которой в дальнейшем предстоит использовать РТС. Желание максимально удовлетворить всем требованиям, предъявляемым к робототехническим системам при решении конкретных задач, приводит к разработке роботов различного класса [9, 37, 46, 59, 60, 67-111]. Однако, анализируя весь комплекс поставленных практикой задач, представляется возможным разработка базовой конструкции робота небольших габаритов и массы, с применением блочно-модульного принципа конструирования. Это позволяет оперативно производить смену технологического оборудования, узлов и механизмов ходовой части и силовой установки для скорейшей адаптации робота к условиям эксплуатации при динамичном изменении внешней среды функционирования и изменении поставленных задач.
Основной проблемой автоматизации при создании мобильных роботов является проблема адаптации робота к особенностям среды функционирования. Мобильные роботы работают в условиях минимальной информации об окружающей среде. Причем эта информация недетерминирована как статически (наличие и расположение препятствий, форма и состояние опорной поверхности), так и динамически (скорость перемещения движущихся препятствий), что затрудняет способность робота выполнять поставленные ему задачи без непосредственного участия человека [2].
В настоящее время существует потребность в создании мобильных роботов различного класса со сменными приводами и достаточно универсальными исполнительными механизмами, соответствующими большому разнообразию условий применения. Актуально повышение надежности и автоматизации таких

Рисунок 1.11- Сверхлегкий мобильный робот МРК-
Разработкой робототехнических систем занимаются также в Центральном Научно - Исследовательском Институте (ЦНИИ) Робототехники и Технической Кибернетики (РТК), Санкт-Петербург [59, 60].
Дистанционно управляемый мобильный комплекс «Антитеррорист» (Рисунок 1.12) предназначен для поиска, обнаружения и выполнения технологических операций по обследованию, изъятию или ликвидации на месте взрывоопасных и других объектов. Комплекс состоит из транспортного четырёхколёсного средства, на котором расположен многофункциональный манипулятор; портативной рентгено-телевизионой системы; системы управления, включающей алгоритмическую и аппаратную части управления движением и навесным оборудованием; комплекта телевизионной системы с радиоканалом связи; системы дистанционного радиоуправления; переносного пульта оператора; системы освещения; системы энергопитания; нашлемной системы целеуказания и управления объектом.
Основные технические характеристики МРК «Антитеррорист»: скорость передвижения 0...1 м/с; габаритные размеры - длина 1,4 м, ширина 0,65 м, высота 0,8 м; масса 140 кг; преодолеваемые препятствия - эскарпы и контрэскарпы 0,2 м, преодоление канав шириной до 0,3 м, подъемы с углом до 30 град, лестничные марши с углом до 30 град и высотой ступеней до 0,15 м; минимальный радиус поворота (по наружному колесу) 1 м; грузоподъемность манипулятора 16 кг; число степеней подвижности манипулятора 6; радиус