Разработка и исследование мехатронной мобильной системы шарового типа
Изтегляне 1.09 Mb.
|
Свързани:
Конструктивное усовершенствование шасси самолета Ту
- Навигация на страницата:
- 1. Мобильные роботы и их применение .1 Колесные мобильные роботы классических схем
|
Дипломная работа Тема: Разработка и исследование мехатронной мобильной системы шарового типа ВВЕДЕНИЕ В современном мире все большее распространение получает использование мобильных роботов. Это связано с тем, что стремительно совершенствуются сами конструкции роботов, алгоритмы управления и мощности устройств управления. Использование мобильных роботов позволяет проводить широкий спектр различных работ, исключая вмешательство человека. Это играет огромную роль, когда появляется необходимость производить работы в среде, враждебной по отношению к человеку. Таким образом, количество различных мини-роботов, выполняющих те или иные работы, постоянно растет. Но для внедрения новых, более удобных, дешевых и производительных роботов необходимо постоянно совершенствовать принципы построения таких мехатронных систем, частью которых эти роботы и являются. Это подразумевает под собой исследование новых более прочных и легких материалов, изобретение новых конструкций мини-роботов, оптимизация старых и разработка новых алгоритмов для всех уровней этих систем. Данная работа посвящена краткому обзору мини-роботов, анализу их сильных и слабых сторон, а также предложение своей конструкции мини-робота шарового типа и системы прямого компьютерного управления этим роботом, разрабатываемой на кафедре АиВТ СПбГПУ. Основное внимание в работе уделяется моделированию предложенной конструкции робота, системы управления таким роботом и анализу сильных и слабых сторон такой конструкции. 1. Мобильные роботы и их применение .1 Колесные мобильные роботы классических схем робот компьютерный шаровой мобильный Так как основным объектом исследования являются мобильные мини-роботы, то логичным началом их исследования станет анализ классических схем построения мобильных роботов. Основа этих схем - древнейшее выдумка человека - колесо. Таким образом, первые из мобильных роботов для своего передвижения используют традиционную конструкцию колесной основы. Это четырехколесная двухосная основа, у которой одна из осей вращается в плоскости основы (см. рис. 1.1). Рис. 1.1 - Пример классической двухосной четырехколесной базы Такая база характеризуется высокой степенью устойчивости, однако ее маневренность ограничена минимальным радиусом поворота, который в свою очередь ограничивается шириной оси и максимальным углом ее поворота в плоскости базы. Чтобы избавиться от необходимости поворачивать всю ведущую ось, что требовало определенных особенностей конструкции базы, для обоих передних колес была введена своя вращающаяся мини-ось. Эта конструкция применяется сегодня в автомобильной промышленности для большинства автомобилей. На такой базе, в силу ее устойчивости и того факта, что алгоритмы передвижения для нее давно разработаны и опубликованы, реализованы многие мобильные роботы. Однако к такой реализации редко прибегают, если перемещение робота будет осуществляться в среде, требующей большой маневренности и/или проходимости. Для увеличения маневренности такой базы произвели урезку ведущей (передней) оси до одного колеса. Схема такой базы представлена на рис. 1.2. Рис. 1.2 - Пример трехколесной базы Такой подход позволил уменьшить радиус поворота базы до ее длины (это достигается во время поворота на мести при условии, что переднее ведущее колесо может свободно вращаться в плоскости базы, что практически не реализуемо для двухосной базы), уменьшить трение на 25%, о чем тоже не следует забывать, а также упростить алгоритмы навигации. Однако произошла существенная потеря устойчивости, так как устойчивость в направлении, перпендикулярном движению, теперь обеспечивает только задняя ось, что ненадежно при поворотах, особенно в торможении. Урезка задней оси до одного колеса и переход к двухколесной базе в индустрии мини-роботов практически не используется. На мой взгляд, причиной этого является тот факт, что статическая неустойчивость, которая присуща такой конструкции (мы не рассматриваем конструкции сверх широких колес, как например у строительного катка), является слишком большим недостатком, перекрывающие все достоинства данной конструкции, основным из которых является уменьшение трения еще на 33% по сравнению с трехколесной базой. Однако в разд. 1.3 будут рассмотрен одноколесный робот, конструкция которого превосходит двухколесную по параметрам. Однако имеются конструкции баз с количеством колес, превосходящим 4. Это базы с количеством о сей 3 и более. Точнее будет сказать, что для такого количества колес практически всегда применяется описанный выше принцип разнесения колес на оси по своим мини-осям. При этом средняя и передняя оси имеют разный угол поворота во время движения (рассматривается случай для 3 осей). Это показано на рис. 1.3. Рис. 1.3 - Пример трехосной базы Такая база обладает повышенной устойчивостью и проходимостью, особенно при независимой подаче усилия на все колеса, однако она сильно теряет в маневренности из-за того, что передняя ось всегда должна иметь угол поворота колес выше, чем средняя, что накладывает более сильное ограничение, нежели для двухосной базы. Следует отметить, что такая база может перевозить более тяжелых роботов, так как нагрузка распределяется на более большое число колес. Такие базы широко используются для мобильных роботов, используемых для исследования других планет. Последней рассматриваемой в этом разделе конструкцией будет гусеничная база. Особенность такой базы в том, что минимальное количество осей - 2, причем о двух колесах каждая, однако совершенно не требуется их поворота. Реально используется не меньше 3, а то и 4 осей. Это связано с тем, что основной выигрыш от гусеничной конструкции - наилучшая передача вращательного момента от колес, на которых надета гусеница, к самой гусеницы, которая, в свою очередь, имеет очень хорошее сцепление с поверхностью. Отсюда вытекает и основной недостаток: большое трение. Это трение увеличивается еще и за счет того, что при повороте (особенно на месте) гусеницам приходится не катится, а тащиться по поверхности. Такая конструкция используется в случаях, когда требуется повышенная проходимость, проходимость по нетвердым поверхностям (также совместно с увеличенными подспущенным надувными колесами), устойчивость и грузоподъемность. Алгоритмы навигации такой базой просты, так как основными переменными в данном случае будут скорости вращения колес на одной боковой стороне базы и на другой. Широкое применение эта база нашла в роботах разминирования, которым приходиться передвигаться по различным поверхностям и рельефам. Изтегляне 1.09 Mb. Сподели с приятели:
|