Динамика управляемого движения мобильного ползающего робота с изменяемой формой корпуса

• Автор: Яцун, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 171 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
Г лава I. Анализ состояния проблемы
1.1. Современные концепции создания мобильных роботов
1.2. Обзор существующих многозвенных роботов
1.3. Анализ конструкций соединительных механизмов многозвенных роботов
1.4. Методы математического моделирования многозвенных роботов
1.5. Основные понятия параллельных механизмов
1.6. Обзор виброзащитных систем в многозвенных роботах
1.7. Цели и задачи диссертации
Глава 2. Пространственная математическая модель движения двухзвенного робота с изменяемой формой корпуса
2.1. Обоснование целесообразности применения параллельных механизмов37
2.2. Кинематический анализ двухзвенного робота с параллельным механизмом типа трипод
2.2.1 Анализ особых положений параллельного механизма
2.2.2 Решение прямой задачи кинематики
2.2.3 Решение обратной задачи кинематики
2.3. Динамический анализ двухзвенного робота
2.3.1 Математическая модель динамики платформы
2.3.2 Математическая модель динамики движения штанг
2.3.3 Моделирование динамики электропривода
2.4. Моделирование движения робота
2.4.1. Создание БипиПпк-модели робота
2.4.2. Исследование движения платформы по заданной траектории при программном управлении
2.4.3. Исследование влияния внешнего возмущающего воздействия
2.5. Выводы по 2 главе
Глава 3. Исследование плоского движения ползающего робота
3.1. Описание принципов движения робота на плоскости
3.2. Принцип движения многозвенного робота по поверхности
3.3. Анализ движения робота с параллельным механизмом типа бипод
3.3.1 Кинематический анализ робота с параллельным механизмом типа бипод

3.3.2. Выбор траектории движения центра масс платформы робота
3.3.3 Динамическая модель движения робота с параллельным механизмом типа бипод
3.3.4 Исследование управляемого движения подвижной платформы робота
3.4. Моделирование червеподобного движения
3.5. Выводы по 3 главе
Глава 4. Проведение экспериментальных исследований робота с
параллельным механизмом
4.1. Проектирование прототипа робота
4.2. Анализ динамики виброзащитной системы навесного оборудования
4.3. Описание экспериментального прототипа робота
4.4 Описание диагностического комплекса для определения упруго-вязких
свойств биологических материалов
4.5. Результаты экспериментальных исследований
4.6. Выводы по 4 главе
Заключение
Список использованной литературы

Введение
Актуальность темы. В настоящее время во всех промышленно развитых странах интенсивно ведутся работы по созданию мобильных роботов. Это связано с необходимостью передвижения и выполнения технологических и инспекционных операций в недоступных или труднодоступных для человека местах, а также на территориях с агрессивными средами, где нахождение людей не является безопасным. Несмотря на широкое распространение колесных, гусеничных, шагающих устройств, они обладают рядом недостатков, в том числе низкой проходимостью и невозможностью перемещения по узким каналам, проемам и трубам. Для повышения эффективности предлагается использовать мобильные конструкции, в которых каждое звено перемещается относительно соседнего, что приводит к периодическому изменению формы корпуса и, как следствие, к движению робота.
Управляя движением каждого из модулей, можно изменять силу реакции внешней среды на корпус робота, обеспечивая его перемещение в желаемом направлении. Такие роботы не имеют внешних движителей, что позволяет делать их герметичными для движения не только по неровным поверхностям, завалам, но и внутри жидких и сыпучих сред, в грунтах, пульпах и т.д. Помимо этого мобильные многозвенные роботы найдут применение в медицинской сфере. Диагностические мобильные робототехнические комплексы могут автономно находиться в теле человека и проводить эндоскопические исследования.
Исследование динамики мобильных многозвенных роботов основывается на работах Ф.Л. Черноусько, H.H. Болотника, Т.Ю. Фигуриной, В.Г. Градецкого, Ю.Г. Мартыненко, A.A. Иванова, А.П. Карпенко, А. Хироши, К. Циммермана, И.Зейдиса и других. Дальнейшее развитие многозвенных мобильных систем связано с применением параллельных механизмов, связывающих звенья робота, что позволяет повысить

Еще один тип пространственной виброизоляционной платформы был разработан в Jet Propulsion Laboratory (рис. 1.23) (Pasadena, США). В нем используются электродинамические приводы и система внешней подвески для обеспечения несущей способности. Рабочий ход привода равен ±0.5 мм.
Рис 1.23 Виброизоляционная платформа Jet Propulsion Laboratory.
В результате проведенного анализа существующих разработок в области мобильной робототехники установлено, что подавляющее большинство конструкций имеет характерный недостаток - способность передвигаться только одним способом. Применение параллельных механизмов в качестве связующих элементов между звеньями робота позволяет использовать различные типы походок в зависимости от конкретной ситуации.
1.7. Цели и задачи диссертации
На основе проведенного анализа сформулируем цель данной работы: создание научных основ и инструментальных средств проектирования многозвенных мобильных роботов с изменяемой формой корпуса, основанных на применении параллельных механизмов, выявление закономерностей движения, анализ динамики и синтез параметров, что