Кафедра 'Теоретическая механика'

Русская версия О кафедре Наука Содержание
English version Студентам Сотрудники

Исследования по созданию мобильного многоцелевого транспортно-технологического робота с шагающим инсектоморфным движителем

В результате появления новых мощных вычислительных систем стало возможным точное управление сложными электромеханическими исполнительными механизмами. В результате человечество научилось решать ряд задач и выполнять большое количество работ с помощью роботов. Применение робототехнических средств, для решения различных задач в особых условиях, по сравнению с человеческим трудом, имеет ряд преимуществ. Роботы выполняют работу быстрее и с меньшими погрешностями чем человек, с меньшими финансовыми затратами, и с большей производительностью. Поэтому, повсеместное внедрение робототехнических систем для выполнения различных работ и технологических операций становится приоритетным направлением развития. Использование шагающего способа передвижения мобильных роботов даёт качественный рост ряда основных показателей по сравнению с транспортными средствами, использующими традиционные колесные и гусеничные движители. Мобильные роботы с шагающими движителями имеют высокие возможности адаптации к неровностям опорной поверхности, большую профильную проходимость, а также маневренность, допускающую в большинстве случаев перемещение робота в произвольном направлении. Имеется возможность осуществления разворота на месте, проводить работы на грунтах со слабой несущей способностью, а также возможность управления опорными реакциями для проведения стабилизации по углам крена и дифферента. Для применения в мобильных робототехнических системах возможно использование инсектоморфного шагающего движителя.

Каждая нога инсектоморфного движителя является пространственным механизмом, представляющим собой незамкнутую кинематическую цепь, состоящую из нескольких базисных звеньев соединенных между собой шарнирами и одного свободного концевого звена. За счет наличия свободного звена появляется возможность выбора мест постановки опорных стоек в пределах зоны достижимости механизма ноги. Это расширяет адаптационные возможности мобильных робототехнических систем построенных на базе шагающего инсектоморфного движителя в сравнении с другими движителями. Звенья связаны между собой поступательными и вращательными парами пятого класса. Относительное перемещение звеньев робота происходит за счет управляемого движения приводных электродвигателей с передаточными механизмами, выполненными в виде модуля содержащего в себе электродвигатель, редуктор, набор датчиков обратной связи и управляющий микроконтроллер. Каждый модуль управляется посредством электронно-вычислительного блока, выполняющего вычисление законов программных движений для каждого привода в зависимости от задаваемого оператором маршрута движения на основании информации полученной от системы датчиков обратной связи. Создана математическая модель робота «Октопод-1». Математическая модель представляется в виде многозвенной механической системы относительно неподвижной системы координат 0XYZ, с геометрическим центром корпуса робота в центре вертикального шарнира связана подвижная система координат 0X1Y1Z1. Однозначное относительное положение звеньев робота определяется с помощью радиус-векторов, соединяющих подвижные звенья с центром подвижной системы координат. Положение звеньев в неподвижной системе координат определяется при помощи переводных коэффициентов. Разработан метод расчета параметров инсектоморфного движителя для применения в мобильных роботах одного типа, различного класса и назначения с блочно–модульными мехатронными механизмами шагания. При использовании блочно-модульного принципа построения электромеханических структур расчет движителя в целом сводится к расчету отдельных модулей перемещения, применительно к роботу «Октопод-1» это модули линейного и углового перемещения. Разработана конструкторская документация для изготовления механической части приводов опытного образца робота с инсектоморфным движителем. При разработке конструкторской документации для изготовления механической части приводов опытного образца робота с инсектоморфным движителем проведена оптимизация массово- геометрических характеристик механической части робота. Для комфортного перемещении инсектоморфного робота «Октопод-1» по местности содержащей препятствия различного характера разработаны различные алгоритмы перемещения и алгоритмы преодоления таких препятствий. Для выполнения перемещения по созданным алгоритмам перемещения необходимо наличие электромеханических преобразователей энергии, подбор которых был осуществлен при выполнении проекта. Общая потребная мощность электродвигателей необходимая для перемещения робота массой около 300 кг со скоростью 0,5 м/с, составила 1,5 кВт. Произведен синтез алгоритмов перемещения звеньев механизмов шагания робота в зависимости от закона перемещения между двумя точками пространства вдоль прямой.

Разработки шагающих машин и роботов затруднены сложностью динамических взаимосвязей составляющих движения шагающего робота со многими приводами, отсутствием мобильных энергетических установок небольшой массы, а также отсутствием теории оптимального движения шагающих аппаратов. Шагающие инсектоморфные движители являются новыми и полностью не исследованы. Перспективы развития таких систем обусловлены нахождением оптимальных с точки зрения энергозатрат алгоритмов перемещения. Движители подобной конструкции перспективны для применения в многофункциональных наземных и подводных транспортно-технологических комплексах, робототехнических системах для экологического мониторинга, гуманитарного разминирования, а также для исследования других планет и применения в космической технике.

Внешний вид шагающего робота Октопод-1 Шагающий робот Октопод-1
Восьминогий шагающий робот Октопод-1 Узел крепления ноги шагающего робота Октопод-1 Привод шагающего робота Октопод-1

[ВолгГТУ] [О кафедре] [Home]

Разработчик сайта Александр Малолетов
Контактный телефон/факс (8442) 24-81-13
Дата последнего обновления 24 декабря 2015 г.