Исследование управляемых движений миниатюрных многозвенных роботов для действий в ограниченных пространствах

• Автор: Князьков, Максим Михайлович
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил.

Глава 1. Обзор существующих методов и обоснование задач исследования

1.1. Особенности и методы формирования движений многозвенных роботов внутри труб малых диаметров

1.2. Моделирование движений миниатюрных внутритрубных многозвенных роботов

Заключение по главе

Глава 2. Анализ действия сил и моментов при масштабировании многозвенных систем

2.1. Движение многозвенного робота внутри труб малого диаметра при поступательном движении и выбор рациональных параметров
2.2. Сравнительный анализ движителей (электромагнитный, электромеханический, пьезоэлектрический), которые могут быть использованы в многозвенных внутритрубных минироботах

Заключение по главе

Глава 3. Разработка математической модели и моделирование многозвенных систем различных масштабов
3.1 Разработка математической модели и методов расчета режимов движения микроробота и ориентации в пространстве
3.2. Моделирование движения пушпульного внутритрубного робота в комбинированных трубах
3.3. К выводу рациональных параметров движения пушпульного внутритрубного робота
3.4. Внутритрубный робот с передвижением инерционного типа
Заключение по главе
Глава 4. Экспериментальные исследования. Области применения
4.1. Разработка испытательного стенда и методики экспериментальных исследований
4.2. Экспериментальное и компьютерное моделирование движения минироботов пушпульного типа в трубах малых диаметров заполненных различными жидкостями
4.3. Результаты проведенных экспериментальных исследований
4.4. Анализ состава и выбор навесного оборудования микроробота-труболаза. Проработка конструктивных решений для технической диагностики и оснащения микроробота
Заключение по главе
Заключение по диссертационной работе
Выводы
Список литературы
Приложение

Последние годы в мире развивается новое научное направление исследований по миниатюризации мехатронных систем и мобильных роботов, предназначенных для движения и выполнения функциональных задач в ограниченных пространствах, например в трубах малых диаметров от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.
Если для движения в трубах больших диаметров имеется значительное количество различных мобильных диагностических систем и мобильных роботов, то для выполнения операций в трубах малых диаметров исследования, проектирование и создание мобильных роботов практически только начинаются в последнее время. Миниатюрные роботы предназначены для движения в ограниченных пространствах и в трубах с малым сечением, в отличие от обычных мобильных роботов отличаются рядом специфических особенностей, которые необходимо учитывать при проектировании, расчетах динамических процессов и анализе управляемых движений. Если в конструкциях многозвенных традиционных роботов приводные системы располагаются в шарнирах, связывающих соединения звеньев, то обеспечение поступательных движений в миниатюрных системах потребовало поиска новых конструктивных решений.
Актуальность исследования по созданию микророботов для движения внутри труб малого диаметра связана с необходимостью повышения эффективности систем технической диагностики трубопроводов малых диаметров различных производственных объектов и анализа качества внутренних поверхностей. Кроме того, возникают задачи осуществления связи и коммуникаций, прокладки кабелей, проведения микроопераций в биофизике и медицине.
В сложных механизмах современной техники, а также в зданиях производственных предприятий имеется множество мест и узлов, труднодоступных для инспекции, ремонта и проведения регламентных работ. Примерами могут служить различные топливопроводы и трубопроводы со

1 с
Сг = А 1 Сг
2 2 ^ 2-т-а а
{ 1 с] 2 • соэф 2 • соз(3 • р 2 ■ (а • з!п(1) + со5(р)
2-т-а а) 1 я-т-а 9-я-т-а я.т.а.| (а2+ 1)
х(р = С + Сг - е
2 • (а • з^Зр + 3 со5(Зр)
3я -т-а -(а2 + 9)
Получив выражение для перемещения, найдем путем
дифференцирования выражение для скорости. Известно, что в начальный момент времени перемещение и скорость равны нулю, таким образом, найдем неизвестные константы.
^ си С 1 2 бшСО 2зт(3р 2(а • собП) - этСО)
х'(р = Сг • а • е + + + +---у Т- + *
а 2 • та ят-а Зят-а Ят-а-(а2+1)
2 • (асоз(Зр - 3 8т(3р)
ят- а (а2 + 9)
х(0) = О х'(0)

1 С

2та2 а2 лт'а
20 1 С
С, = + —
9пт'а 2т- а2 а2
2а 2+ 10
_ .а2 + 1, . ,а2+ 9, _
Теперь полним окончательные выражения для перемещения и скорости: