Методы расчета и проектирования шагающих движителей циклового типа мобильных робототехнических систем

• Автор: Чернышев, Вадим Викторович
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 357 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ ШАГАЮЩИХ МАШИН И МОБИЛЬНЫХ ШАГАЮЩИХ РОБОТОВ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Область использования шагающих машин

1.2. Основные типы шагающих движителей и шагающих машин

1.3. Шагающие машины «тяжелой» весовой категории

1.4. Взаимодействие шагающего движителя с грунтом

! .4.1. Свойства и классификация грунтов

1.4.2 Модели взаимодействия стопы с грунтом

1.4.3. Несущая способность грунта и проходимость

1.4.5. Влияние свойств грунта на сопротивление движению

1.5. Анализ методов математического моделирования динамики шагающих машин н методов расчета и проектирования их движителей
1.6. Постановка задач исследования
ГЛАВА 2. ОБОБЩЕННАЯ ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МНОГОНОГОЙ ШАГАЮЩЕЙ МАШИНЫ С ОБЪЕДИНЕННЫМИ В ШАГАЮЩИЕ МОДУЛИ ЦИКЛОВЫМИ ДВИЖИТЕЛЯМИ
2.1. Расчетная схема шагающей машины
2.2. Уравнения движения корпуса шагающей машины
2.3. Задание движения шагающих опор
2.3.1. Кинематические уравнения задающие движение шагающей опоры в плоскости шагания
2.3.2. Движение шагающих опор шагающей машины «Восьминог»
2.3.3. Кинематические соотношения связывающие обобщенные скорости шагающих опор с их квазискоростями
2.4. Характеристика упруго-диссипативных связей (подвески)
2.3. Частные модели динамики движения. Уравнения движения корпуса робототехнического комплекса «Восьмнног»
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ЭНЕРГОЗАТ В СИСТЕМЕ. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ СКОРОСТИ ШАГАЮЩИХ МАШИН «ТЯЖЕЛОЙ» ВЕСОВОЙ КАТЕГОРИИ ОПТИМИЗАЦИЕЙ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖИТЕЛЯ
3.1. Структура энергозатрат курсового движения шагающей машины
3.2. Повышение максимальной скорости машины оптимизацией закона движения опорной точки механизма шагания по траектории
3.2.1. Механизм-корректор в виде плоского четырехзвенного механизма

3.2.2. Редуктор-корректор на базе зубчатой передачи с некрупными колесами
3.2.3. Редуктор-корректора на основе универсального шарнира Гука
3.2.4. Увеличение числа ног в движителе
3.3. Повышение скорости движения оптимизацией траектории опорной точки механизма шагания
3.3.1. Увеличение числа звеньев механизма шагания
3.3.2. Увеличение длины шага
3.3. Результаты анализа
ГЛАВА 4. ДИНАМИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОЛЕБАНИЯМИ В СИСТЕМЕ.
рекуперация и взаимная компенсация энергозатрат на
ПРЕОДОЛЕНИЕ ЦИКЛОВЫХ СИЛ ИНЕРЦИИ
4.1. Условия взаимной компенсации энергозатрат на преодоление цикловых сил инерции корпуса и шагающих опор
4.1.1. Расчетные схемы систем подрессорпвания шагающих роботов
4.1.2. Определение собственных частот системы корпус — шагающие опоры, обеспечивающих эффект взаимной компенсации энергозатрат на преодоление цикловых сил инерции. Случай побортно индивидуальных схем подвески
4.1.2. Условия взаимной компенсации энергозатрат на преодоление цикловых сил инерции в подвеске полужссткого типа шагающего робота «Восьминог»
4.1.3. Разбивка по передачам рабочих скоростей шагающего робота
4.2. Особенности динамики шагающих роботов с цикловыми движителями в условиях ослабленной гравитации
4.3 Использования электродвигателей колебательного движения для привода шагающих движителей мобильных роботов
4.3.1. Примеры выполнения механизмов шагания с приводом на базе электродвигателей колебательного движения
4.3.2. Исследование динамики электродвигателей колебательного движения
4.3.3. Динамическое усиление колебаний в вибропрнводе механизмов шагания мобильных робототехнических систем
4.4. Выводы по главе
ГЛАВА 5. ПОВЫШЕНИЕ АДАПТИВНОСТИ И ПРОФИЛЬНОЙ ПРОХОДИМОСТИ ШАГАЮЩИХ МАШИН И ШАГАЮЩИХ РОБОТОВ С ЦИКЛОВЫМИ ДВИЖИТЕЛЯМИ
5.1. Повышение адаптивности и профильной проходимости шагающего движителя пассивным управлением стопой в фазе переноса
5.2. Алгоритмы управления движением шагающих машин серии «Восьмпног»
5.3. Корректировка программных движений ног шагающих машин с цикловыми движителями
5.4. Управление движением в условиях неполного и неоднозначного представления о текущей
ситуации.

5.5. Адаптация к опорной поверхности многоногих шагающих машин с механизмами шагания объединенными и цепь движителей
5.6. Выводы по главе

ГЛАВА 6. ПОВОРОТ ШАГАЮЩЕЙ МАШИНЫ С ЦИКЛОВЫМИ ДВИЖИТЕЛЯМИ
6.1. Поворот шагающих машин серии «Восьмнног»
6.2. Сопротивление бортовому повороту шагающей машины
6.2.1. Момент сопротивления при бортовом способе поворота
6.2.3. Проверка возможности поворота шагающей машины по сцеплению
6.3. Поворот за счет изменении ориентации плоскостей шагания
6.4. Поворот за счет изменении закона движения опорных точек механизмов шагании по траектории
6.5. Поворот побортным изменением длины шага
6.5. Бортовой поворот шагающей машины в статически неустойчивом положении
7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
7.1. Экспериментальные исследование динамики маршевых режимов движения шагающих машин242
7.1.1. Место проведения экспериментальных исследований
7.1.2. Объект исследований
7.1.3. Методика экспериментов
7.1.4 Результаты экспериментальных исследований динамики движения
7.1.5. Оценка ошибок экспериментов
7.2. Экспериментальные исследования тягово-сцепных свойств и предельной грунтовой проходимости шагающих машин
7.2.1. Место проведения и объект экспериментальных исследований
7.2.2. Методика экспериментов
7.2.3 Результаты экспериментальных исследований тягово-сцепных свойств и грунтовой проходимости
7.3. Экспериментальные исследования профильной проходимости
7.3.1. Исследование динамики преодоления локальных препятствий шагающей машиной с цикловыми движителями и пассивно управляемыми стопами
7.3.2. Совместная работа шагающих движителей и подъёмно-поворотных механизмов
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
П1. Область возможного применения и преимущества шагающих машин
П.2. Акты о практическом использовании результазов исследования
П.З. Управление движением параллельно функционирующих приводов цикловых шагающих движителей и бортового манипулятора
П.4. Принципы построения многоцелевого шагающего шасси

Таблица
Классификация грунтов по содержанию (в %) глинистых частиц размером менее 0,005 мм
Глинистый грунт
Суглинок
На физические характеристики грунта существенное влияние оказывают пористость и влажность грунта. Существует довольно много и других параметров определяющих свойства грунта.
1.4.2 Модели взаимодействия стопы с грунтом
Для исследования взаимодействия стоп с грунтом необходимо знать напряженное состояние и деформации, возникающие в грунте. Вопросы взаимодействия стопы с грунтом при движении шагающей машины мало изучены, поэтому, представляется оправданным за основу исследования напряженного состояния грунта брать накопленный опыт теоретических и экспериментальных исследований для традиционных гусеничных и колесных движителей [70, 80, 115, 169, 204]. Примером такого подхода является работа [96] в которой для исследования контактной механики взаимодействия стопы с опорным основанием различной несущей способности используются существующие модели взаимодействия колесного движителя с грунтом, трансформированные под условия дискретности.
При исследовании напряженного состояния грунта и его деформации при взаимодействии с традиционными типами движителей наблюдается стремление использовать общую теорию упругости и пластичности твердых изотропных тел. Примером этого является работа М.Г.Беккера [12]. Также используется строительная механика грунтов [6].