Введение к работе
Актуальность работы. Шагающие аппараты (роботы) для перемещения в трубах — новый тип шагающих машин, который может быть їспользован как автоматическое транспортное средство при производ-;тве диагностических и ремонтных работ в трубопроводах. Аппарат мо-кет быть оснащен датчиками, измеряющими параметры технического :остояния трубопроводов, манипуляторами и необходимыми инструментами. Такой аппарат может быть полезен при техническом обслу-кивании различных трубопроводов, когда доступ снаружи затруднен, іапример, трубопровод находится на дне моря.
Отличительная особенность движения шагающих аппаратов внутри груб — замкнутость поверхности опры. Это позволяет конструировать лагающие аппараты, способные двигаться по трубам с любым накло-юм без использования специальных фиксаторов (типа воздушных при-;осок), необходимых для перемещения по открытым поверхностям, на-слоненым под большим углом к горизонтали.
С другой стороны, отмеченная особенность порождает новые теоретические проблемы статики и динамики систем, взаимодействующих с іамкнутьіми поверхностями. Этим обусловливается научная актуаль-юсть темы диссертации.
Цель работы. Решение в статической постановке задачи о максимизации силы трения между стопой двузвенной ноги шагающего робота ї опорной поверхностью в заданном направлении при ограничениях на оправляющие моменты в шарнирах. Исследование зависимости максимальной силы трения от конструктивных параметров ноги, положения ;топы на опорной поверхности, направления сгиба ноги в колене и дру-их характеристик.
Исследование равновесия абсолютно твердого тела, имеющего ко-іечное число точек контакта с внутренней шероховатой поверхностью шлиндра, под действием активных внешних сил и сил реакции поверх-іости в точках контакта. Данный вопрос представляется важным при >азработке походок шагающего аппарата.
Оценка управляющих моментов в шарнирах восьминогого шагаю-цего робота, необходимых для поддержания регулярных походок в ци-шндрической трубе. Изучение зависимости управляющих моментов от тла наклона трубы по отношению к горизонтали, ориентации корпу-:а робота в трубе, коэффициента трения и направления сгиба ног в :олене. Результаты этих исследований могут быть использованы при іьіборе характеристик приводов аппаратов подобного типа.
Методы исследования. В работе использовались методы теоретической механики, математического анализа и компьютерного моде-
лирования.
Научная новизна. Создание шагающих аппаратов для перемещения в трубах ставит новые теоретические проблемы, связанные с особенностями взаимодействия стоп таких аппаратов с замкнутой поверхностью опоры. Решение ряда таких проблем дано в диссертации.
Практическая ценность работы. Результаты диссертации могут быть использованы на этапе разработки конструкции шагающего аппарата, планирования его регулярных походок для перемещения в трубе, определения устойчивых положений аппарата в трубе при заданных управляющих моментах, а также для оценки максимальных моментов в шарнирах ног и выбора электроприводов с соответствующими характеристиками.
Достоверность полученных результатов вытекает из корректности постановок исследуемых задач и строгом их решении методами теоретической механики и математического анализа. Результаты компьютерного моделирования подтверждают теоретические выводы.
Апробация диссертации. Результаты диссертации докладывались на семинаре ИПМ РАН "Теория управления и динамика систем" (руководитель семинара — академик Ф. Л. Черноусько), на XXXIX Юбилейной научной конференции Московского физико-технического института (Современные проблемы фундаментальной и прикладной физики и математики, 29-30 ноября, 1996, Долгопрудный, Россия), на четвертой конференции Европейского совета за мир и развитие по робототехнике, интеллектуальной автоматике и активным системам (Forth ECPD Conference on Advanced Robotics, Intelligent Automation and Active Systems, 24-26 August, 1997, Moscow, Russia) [5], и на международном совещании по вычислительным методам в механике многих тел (EUROMECH Colloquium 404 on Advances in Computational Multibody Dynamics, 23-30 September, 1999, Lisbon, Portugal) [6].
Публикации. По теме диссертации опубликовано б статей в журналах Российской Академии наук [1, 2, 3], в зарубежном научном журнале [4] и трудах международных конференций [5, 6].
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения, в котором собраны все рисунки. Список литературы содержит 38 наименований. Общий объем диссертации составляет 94 страницы. Краткое содержание работы.