Введение к работе
Актуальность работы. Мобильные роботы широко используются для различных операций в средах, недоступных для человека или опасных для него Они используются, например, для проверки и ремонтных работ в атомных реакторах и на химических заводах, в местах крушения после землетрясения или взрывов, или при демонтаже взрывных устройств Большое число этих роботов перемещается посредством колес или гусениц, некоторые из них используют шагающие механизмы В последние годы все более широкое распространение получают роботы, двигающиеся за счет вибрации внутренних масс или корпуса, что обеспечивает эффективное передвижение в средах, недоступных роботам на колесах, гусеницах и шагающих системах Виброзащитная система робота должна по сути решать две задачи во- первых, обеспечить заданный уровень ускорений на чувствительных элементах измерительной и контролирующей аппаратуры, во-вторых, исключить влияние навесного оборудования на траекторию движения робота Проблема создания систем виброзащиты, обеспечивающих заданные условия эксплуатации навесного оборудования вибрационного микроробота является актуальной научно-технической задачей
Объектом исследования данной работы являются динамические процессы, протекающие в сложной мехатронной системе, в которую входят вибропривод робота, виброзащитное устройство с регулируемыми параметрами изменения жесткости, система управления жесткостью подвеса
Цель работы. Целью настоящей работы является повышение эффективности вибрационного робота за счет создания системы управляемой виброзащиты, обеспечивающей минимальное отклонение ускорения навесного оборудования от заданного
Для достижения поставленной цели в настоящей работе решаются следующие задачи
^ разработка математической модели, адекватно описывающей движение виброробота с ограниченной мощностью привода и системой управления,
S разработка схемы и математической модели виброзащитного устройства с управляемыми параметрами электропривода, обеспечивающего периодическое подключение дополнительной жесткости в подвеске навесного оборудования,
S экспериментальные исследования упруго-вязких свойств и определение основных параметров модели виброзащитного устройства,
S разработка расчетной схемы системы автоматического управления виброзащитного устройства и исследование качественных показателей системы автоматического управления виброзащитным устройством при динамическом нагружении системы для импульсных и моногармонических воздействий,
S численное исследование динамических характеристик системы виброзащиты для различных стратегий регулирования виброзащиты,
S разработка экспериментальной установки и проведение исследований статических и динамических режимов функционирования системы виброзащиты, /
Методы исследования. При выполнении работы использованы теоретические и экспериментальные методы теории колебаний, теории автоматического управления, теория электропривода, теория планирования эксперимента
Достоверность научных положений и результатов. Основные научные результаты диссертации получены на основе фундаментальных положений и методов теоретической механики, теории колебаний, динамики машин, экспериментальных методов исследования Теоретические результаты подтверждены результатами экспериментальных исследований Научная новизна:
^разработана математическая модель виброробота с внутренней колеблющейся массой, адекватно описывающая динамические режимы движения корпуса робота и позволившая выявить импульсный характер движения корпуса робота,
^разработана математическая модель виброробота движущегося за счет периодически изменяемой формы корпуса робота, адекватно описывающая динамические режимы движения и позволившая определить квазигармонический характер движения корпуса,
^разработана математическая модель системы виброзащиты, включающей в себя регулируемый упруго-вязкий подвес объекта, датчик для измерения ускорения навесного оборудования, систему автоматического управления,
-^выявлена область параметров работы регулятора системы натяжения виброзащиты, обеспечивающих минимальное быстродействие и точность в пределах 5 % погрешности,
^изучено динамическое поведение виброзащитной системы при программном управлении и управлении по отклонению ускорения от заданного совместно с ПИД-регулятором Показано, что уровень ускорения на навесном оборудовании по сравнению с пассивной виброзащитной системой снижается в 3-5 раз
Практическая ценность. Практическая ценность данной работы состоит в том, что в результате исследований предложена новая конструкция устройства для автоматической виброзащиты навесного оборудования, позволившая разработать принципиально новый вибрационный робот Разработана методика проектирования систем активной виброзащиты, позволяющая на основе математического моделирования динамических процессов в электромагнитном приводе робота и электроприводе виброзащитной системы, определять оптимальные параметры устройства и регулятора Результаты работы использованы при выполнении грантов РФФИ № 04-01-04002 ННИО-а «Научные основы создания мобильных роботов на базе новых принципов движения в различных средах»(2004-2007) № 05-08-33382 «Изучение закономерностей движения вибрационных мобильных роботов в различных средах» (2005-2007 гг), в учебном процессе кафедры теоретической механики и мехатроники КурскГТУ
Личный вклад автора: предложена конструктивная схема и разработана математическая модель виброробота и определены динамические параметры робота, обеспечивающие пошаговое движение объекта, предложена и разработана конструктивная расчетная схемы системы активной виброзащиты, разработана математическая модель, описывающая взаимодействие навесного оборудования с корпусом виброробота при наличии системы активной виброзащиты, разработана математическая модель САУ системы виброзащиты, разработана конструкция виброробота с навесным оборудованием, проведено численное исследование динамических характеристик системы виброзащиты для различных стратегий регулирования уровня ускорения, разработана экспериментальная установка и проведены экспериментальные исследования динамических режимов функционирования системы виброзащиты, разработана методика проектирования устройства активной виброзащиты с регулируемой жесткостью и электроприводом
Апробация диссертации. Основные положения диссертации докладывались на Международных научно-технических конференциях «Вибрационные машины и технологии»(г Курск-2003), «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (г Белгород 2005), межвузовских научных конференциях «Молодежь и XXI век»(г Курск 2003-2006), научном семинаре кафедры «Динамика и прочность машин» Орловского государственного технического университета (г Орел 2007)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, включая 5 статей, из них по перечню ВАК -1,1 свидетельство на полезную модель
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из ПО наименований Текст диссертации изложен на 149 страницах, содержит 129 рисунков, 2 таблицы
