Динамика управляемого движения мобильной электромеханической системы с попарно кинематически связанными колесами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.06, кандидат наук Чжо Пьо Вей

• Чжо Пьо Вей
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Чжо Пьо Вей

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ

1.1 Классификация мобильных электромеханических систем

1.2 Обзор конструкций существующих гусеничных мобильных систем

1.3 Обзор существующих конструкций колесных электромеханических систем

1.4 Цель и задачи диссертации

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ МОБИЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С ПОПАРНО КИНЕМАТИЧЕСКИ СВЯЗАННЫМИ КОЛЕСАМИ

2.1 Описание конструкции и принцип движения электромеханической платформы с попарно кинематически связанными колесами

2.2 Кинематический анализ движения мобильной платформы с попарной кинематической связью между колесами

2.3 Исследование динамических особенностей движения мобильной электромеханической системы

2.4 Моделирование динамики электроприводов

2.5 Численное моделирование движения системы

2.6 Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ МОБИЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

3.1 Исследование прямолинейного движения платформы при типовых управляющих воздействиях

3.2 Исследование динамики мобильной электромеханической системы при движении по криволинейной траектории

3.3 Исследование программно-управляемого движения мобильной электромеханической системы

3.4 Исследование динамики мобильной электромеханической системы с двухмодульной конструкцией

3.5 Исследование прямолинейного движения составной электромеханической системы робота

3.6 Выводы к третьей главе

ГЛАВА 4. ИЗУЧЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ДВИЖЕНИЯ МОБИЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

4.1. Проектирование прототипа мобильной платформы

4.2. Экспериментальные исследования прямолинейного движения мобильной системы

4.3. Экспериментальные исследования вращательного движения системы под действием внешней силы

4.4. Экспериментальные исследования криволинейного движения мобильной системы

4.5. Экспериментальные исследования мобильного робота как части мультиагентной системы

4.6. Инструментальные средства проектирования мобильных электромеханических систем с кинематически связанными колесами

4.7. Выводы по четвертой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Акт внедрения в учебный процесс кафедры теоретической механики и мехатроники ЮЗГУ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамика управляемого движения мобильной электромеханической системы с попарно кинематически связанными колесами»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Использование робототехнических устройств для решения задач удаленного мониторинга, слежения, поисковых работ и т.д. в условиях повышенной опасности приобретает в настоящее время все большее распространение. Область применения мобильных колесных и гусеничных систем чрезвычайно широка и обусловлена очевидными преимуществами подобной техники, среди которых можно выделить: высокую проходимость, маневренность, высокую надежность и относительную простоту конструкции. Наибольшее распространение для поисково-разведывательных операций на пересеченной местности получили полноприводные колесные и гусеничные комплексы[12,13,29,34,73]. Это обусловлено повышенной проходимостью, возможностью преодоления препятствий, высокой маневренностью и хорошей динамикой перемещения таких машин.

Наиболее высокую проходимость и грузоподъемность, как правило, имеют гусеничные машины, однако, сложность многозвенной конструкции гусеничного движителя делает невозможным использование их в конструкции миниатюрных роботов [20-24]. Полноприводные колесные машины также имеют высокую проходимость по вязким грунтам и неровностям поверхности, однако требуют наличия развитой приводной системы, что также усложняет разработку, эксплуатацию и ремонт ходовой части машины[5,38,39].

Использование в конструкции мобильных электромеханических систем попарно кинематически связанных колес позволяет не только обеспечить высокую проходимость и маневренность системы, но и сохранить простоту компоновки шасси. Данный подход к построению колесного движителя позволяет миниатюризировать мобильную электромеханическую систему, что дает возможность использовать ее для проведения скрытых

разведывательных операций и поисковых работ в ограниченном пространстве, например в завалах, расщелинах и т.д.

Однако подобные устройства представляют собой сложные электромеханические системы, проектирование которых требует тщательного изучения динамических эффектов, возникающих в различных режимах функционирования.

Работы по созданию математического описания динамики колесных и гусеничных машин ведутся достаточно давно. Известны работы профессоров Кристи М.К., Львова Е.Д., Медведева М.И., Опейко Ф.А., Груздева Н.И., Антонова A.C. и др. по теории гусеничных машин и тракторов. Теория колесных транспортных систем исследовалась в работах Буданова В.М., Бурдакова С.Ф., Девянина Е.А., Зенкевича C.JI., Мартыненко Ю.Г., Мирошника И.В., Охоцимского Д.Е., Павловского В.Е., Подураева Ю.В., Стельмакова Р.Э., Формальского A.M. и др. Созданием гусеничных и колесных мобильных роботов занимаются научные коллективы МГТУ им. Баумана, ЦНИИ РТК (Санкт-Петербург), Института прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН, ЮЗГУ (Курск) и др.

Объектом исследования данной работы является мобильная электромеханическая система с попарно кинематически связанными колесами, оснащенная системой автоматического управления движением.

Предметом исследования данной работы являются динамические процессы, протекающие в мобильной электромеханической системе с попарно кинематически связанными колесами при управляемом движении.

Цель работы заключается в создании научных основ и инструментальных средств проектирования мобильных электромеханических систем с попарно кинематически связанными колесами, учитывающих процесс взаимодействия с поверхностью, выявлении закономерностей движения, анализе динамики и синтезе рациональных параметров конструкции.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Анализ применения колесного движителя с кинематически связанными колесами в конструкциях мобильных мини-роботов.

2. Разработка математической модели, описывающей динамику управляемого движения мобильной электромеханической системы с кинематически связанными колесами в различных режимах функционирования, учитывающей свойства электропривода и взаимодействие с шероховатой поверхностью.

3. Разработка алгоритма и методики расчета динамического процесса управляемого движения мобильной электромеханической системы, оснащенной движителем с кинематически связанными колесами.

4. Исследование динамических особенностей и выявление закономерностей движения мобильной электромеханической системы, оценка влияния свойств поверхности и параметров конструкции на управляемое движение устройства.

5. Разработка экспериментального образца мобильной электромеханической системы и методик проведения натурных экспериментов. Проведение экспериментальных исследований движения в различных режимах.

6. Разработка инструментальных средств проектирования мобильных электромеханических систем с попарно кинематически связанными колесами, позволяющих определить конструктивные параметры и произвести моделирование системы автоматического управления движением.

Методы исследования. Поставленные задачи решаются с применением теоретических и экспериментальных методов теории машин и механизмов, теоретической механики, теории автоматического управления,

теории электропривода, а также теории планирования эксперимента и прикладного программирования.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель мобильной электромеханической системы, оснащенной движителем с кинематически связанными колесами, отличительной особенностью которой является учет нелинейных сил трения, возникающих в точках контакта устройства с шероховатой поверхностью, динамических процессов, протекающих в электроприводах ограниченной мощности, сил вязкого сопротивления движению.

2. Алгоритмы численного моделирования процесса управляемого движения, включающие расчеты различных режимов движения объекта в зависимости от внешних условий функционирования.

3. Алгоритм и методика численного расчета нормальных реакций взаимодействия колесного движителя с шероховатой поверхностью

4. Научно обоснованная методика расчета параметров конструкции, определения мощности двигателей и синтеза параметров регулятора системы автоматического управления приводами устройства, учитывающая процессы взаимодействия системы с внешней средой.

Достоверность научных положений и результатов. Основные научные результаты диссертации получены на основе фундаментальных положений и методов теоретической механики, динамики машин, экспериментальных методов исследования. Теоретические результаты подтверждены результатами экспериментальных исследований.

Практическая ценность. Разработана инженерная методика расчета параметров мобильной электромеханической системы, оснащенной движителем с кинематически связанными колесами, позволяющая определять численные значения параметров конструкции и системы управления в зависимости от свойств поверхности и условий

функционирования системы. Данная методика может быть использована при проектировании гусеничных и колесных мини-роботов, применяемых для поисковых, спасательных и разведывательных задач.

Разработан экспериментальный стенд, включающий прототип мобильной электромеханической системы с попарно кинематически связанными колесами, макеты различных препятствий, в том числе подвижных, а также фрагменты участков пересеченной местности и измерительную систему, позволяющий проводить экспериментальные исследования процесса движения устройства в различных режимах, производить настройку системы управления приводами, отрабатывать алгоритмы взаимодействия объекта с различными препятствиями.

Реализация работы. Результаты исследования внедрены в учебный процесс кафедры теоретической механики и мехатроники ЮЗГУ (г. Курск).

Апробация диссертации. Основные положения диссертации доложены и одобрены на вузовской научной конференции студентов и аспирантов в области научных исследований: Всероссийской научной школе для молодежи «Мехатроника, робототехника, Современное состояние и тенденции развития» (г. Курск 2011), II международной молодежной научной конференции «Молодежь и XXI век» (г. Курск 2012), V Международной научно-технической конференции «Вибрация-2012» (г. Курск 2012), II международной молодежной научной конференции «Молодежь и XXI век» (г. Курск 2013), на семинарах кафедры теоретической механики и мехатроники ЮЗГУ (Курск, 2011-2014 г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них 4 статьи в рецензируемых научных журналах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, библиографического списка из 98 наименований. Текст диссертации изложен на 153 страницах, содержит 118 рисунков, 6 таблиц.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ

На сегодняшний день мобильные электромеханические системы используются для решения широкого спектра задач. Многообразие областей применения обуславливает наличие большого количества различных конструкций мобильных систем.

В общем случае с точки зрения применения можно выделить следующие типы устройств:

• поисковые роботы,

• машины для ликвидации последствий аварий,

• военные колесные и гусеничные роботы,

• электромеханические системы, осуществляющие мониторинг недоступных объектов.

Мобильные системы могут оснащаться видеооборудованием, манипуляторами, специализированным оборудованием, в том числе, военного назначения[12,13,29,34,73].

Особенностью проектирования гусеничных и колесных самоходных машин является недостаточная проработка математического аппарата, позволяющего автоматизировать процесс проектирования. Существует ряд способов расчета мобильных систем, однако, как правило, на практике используются аналитические аппроксимации экспериментально полученных данных. Формулы для расчета таких движителей содержат множество табличных коэффициентов, полученных в процессе исследования эксплуатации машин[19,23,24].

Наибольшую сложность имеют задачи проектирования мобильных электромеханических систем, так как требование автономности может быть удовлетворено только при учете сил трения, изменяемых при движении нормальных реакций, динамики приводов устройства.

Существующие на сегодняшний день математические модели условно

9

можно разделить на две категории. Первая — это упрощенные расчеты, не учитывающие динамические особенности движения устройства. Такой подход можно использовать при предварительном расчете ходовой части, однако, для более точной настройки, необходимо проводить натурные испытания и вносить изменения в конструкцию механизмов, что в свою очередь затрудняет разработку, увеличивая стоимость и время проектирования устройства.

Ко второй группе методов расчета можно отнести работы, в которых достаточно точно описано поведение электромеханических систем. Часто системы уравнений, описывающие динамику движения машины, достаточно сложны, включают большое количество дополнительных расчетов, нелинейных коэффициентов, и т.п. Такие способы сложно реализовать в виде отдельных инструментальных средств проектирования, они требовательны к производительности компьютера. Часто подобные математические модели имеют узкую направленность, что также не позволяет использовать данный подход для решения поставленной задачи.

Для решения данной проблемы является актуальной задача построения оригинальной математической модели, описывающей динамику движения мобильной электромеханической системы, учитывающей продольные и поперечные силы трения, динамику электроприводов и т.д.

В следующих разделах первой главы диссертационной работы рассмотрим общую классификацию движителей мобильных транспортных систем, а также обзоры существующих устройств.

1.1 Классификация мобильных электромеханических систем

Основой любой мобильной электромеханической системы является шасси. Под шасси понимается совокупность механизмов, осуществляющих передачу крутящего момента от приводов устройства к активным элементам движителя - ведущим колесам или звездочкам, шкивам, выходным звеньям механизмов изменения геометрии шасси или механизмов шагания и т. д.

В конструкциях наземных мобильных роботов, также как и в транспортных средствах общего назначения, нашли применение колесный и гусеничный движители. Часто для обеспечения повышенной проходимости устройства дополнительно оснащаются различными активными или пассивными механизмами адаптации. Это позволяет существенно повысить показатели профильной проходимости машины и наделить ее рядом дополнительных функций. Широкое распространение также получили различные ползающие, шагающие, вибрационные и др. типы движителей.

В общем случае можно выделить три больших класса: колесные наземные мобильные роботы, шагающие наземные мобильные роботы и гибридные наземные мобильные роботы. Помимо этих трех наиболее многочисленных классов мобильных роботов существует большое количество специализированных мобильных роботов, ориентированных на ограниченное применение. К ним можно отнести рельсовые роботы, адсорбционные роботы (устройства, оснащенные вакуумными присосками, электромагнитами, адгезионными педипуляторами), роботы на воздушной подушке. Общая классификация мобильных электромеханических систем приведена в виде схемы на рис. 1.1[5,19,20,31].

Рис. 1.1 Обобщенная классификация наземных мобильных систем

Отдельно можно выделить группу миниатюрных роботов, которые используют, как правило, либо упрощенные схемы традиционных движителей, либо оригинальные способы перемещения, сочетающие свойства описанных выше типов.

Среди множества разнообразных типов мобильных электромеханических систем в настоящее время наибольший практический интерес вызывают колесные и гусеничные транспортные системы. Предложено большое количество принципов классификации колесных наземных мобильных роботов. Если воспользоваться классификацией по способу управления работой колес, то можно выделить следующие три группы колесных роботов: автомобильная группа (поворот осуществляется только за счет передних колес); группа с произвольным независимым управлением поворотом каждого колеса влево или вправо; группа роботов, способных перемещаться во всевозможных направлениях.

Далее покажем классификацию колесных и гусеничных электромеханических систем в виде схемы (рис. 1.2) [19,20,31]..

— По числу элементов движителя

— По способу поворота

С жесткой рамой

2-колесные

3-колесные

4-колесные 6-колесные 8-колесные

С неуправляемыми колесами

С управляемыми колесами ■ С колесами типа Месапиш

По адаптационным способностям

изменяемой геометрии с пассивными шарнирами излома рамы

изменяемой геометрии поворота осей вращения колес

Рис 1.2 Классификация колесных роботов

Гусеничные

— По числу элементов движителя -Фиксированной конфигурации

с жесткой рамой

2-гусеничные с бортовым способом поворота 4-гусеничные с бортовым способом поворота

_По способу поворота --Изменяемой геометрии

С изгибом гусеничной ленты

По адаптационным -____

----Изменяемой геометрии с пас-

способностям

сивными или активными шарнирами излома рамы (корпуса) или поворота гусеничных тележек

с активными шарнирами поворота рычагов с гусеницами

Рис 1.3 Классификация гусеничных роботов

13

Проведенный анализ существующих классификаций и типов движителей транспортных электромеханических систем, позволяет говорить, что наиболее предпочтительным является гибридный подход к построению конструктивной схемы устройства. Использование колесно-гусеничного движителя состоящего из двух ведомых и двух ведущих колес связанных между собой кинематически, посредством гибкой ленты, позволяет значительно упростить конструкцию системы, сохраняя при этом положительные качества колесного и гусеничного движителей.

Далее рассмотрим существующие конструкции мобильных электромеханических систем.

1.2 Обзор конструкций существующих гусеничных мобильных систем

В зависимости от конфигурации гусеничного движителя можно также выделить несколько основных типов (Табл. 1).

Таблица 1. Различные конфигурации движителей гусеничных систем

Название Описание Схема

Простая Содержит два опорных катка, один или два из которых являются ведущими ( )оооо( )

Двухсекционная Содержит два опорных катка, один или два из которых являются ведущими и один дополнительный каток, который может менять положение относительно двух других ^С )оооо( )

С одним натяжным катком, вынесенным Содержит два опорных катка и один натяжной каток, расположенный в передней части шасси \ УООООЧ )

вперед

С двумя натяжными катками Содержит два опорных катка и два натяжных катка ^ОооооО^

С одним натяжным катком (обратная) Содержит два опорных катка и один натяжной каток, расположенный в средней части шасси Х>\ С )попок )

С несколькими опорными и натяжными катками Имеет несколько опорных и несколько натяжных катков ^ОоО?

Со сложной структурой Подвеска состоит из нескольких гусениц, специальным образом расположенных в пространстве, что обеспечивает возможность движения по поверхностям необычной конфигурации (круглые, неровные поверхности) <т>

Наиболее типичными для гусеничных мобильных роботов являются конструкции 1 и 2. Подвески 4 и 6 применяются в случаях, когда необходимо обеспечить высокую грузоподъёмность. Конструкции 3 и 5 отличаются высокой надёжностью. Робот, построенные по схеме 7 предназначены для решения особых задач, таких, как например движение по замкнутому профилю трубы, или преодоления значительных препятствий.

Рассмотрим ряд существующих конструкций роботов, использующих гусеничный движитель.

Примером гусеничного мобильного робота со сложным гусеничным

движителем, используемым для разведки и ликвидации последствий

15

локальных аварий на предприятиях ядерного цикла, является робототехнический комплекс МУ-З [12-13]. В состав МУ-З (рис. 1.4) входят транспортный модуль, манипулятор, пульт управления. Дополнительно в состав комплекса могут быть включены различные виды навесного оборудования и транспортный контейнер.

Рис 1.4 Мобильный робот МУ - 3

Транспортный модуль имеет гусеничный движитель с четырьмя гусеничными группами. Каждая отдельная гусеничная группа имеет свой собственный привод. Возможность изменения геометрии движителя позволяет иметь множество позиций движения. Приведение робота в движение, а также наклон гусеничных групп осуществляется встроенными электроприводами. Применяемая четырехквадрантная система управления обеспечивает высокую точность маневрирования. Преодолеваемая высота ступенек лестничного марша 300 мм без регулировки гусениц и 600 мм с регулировкой гусениц. Преодолеваемая крутизна лестницы до 45° . Ходовые катки в гусеничных группах имеют независимую подвеску и амортизацию. Автоматические тормоза безопасности моментально блокируют робот при отключении питания.

Манипулятор, установленный на роботе имеет 6 степеней свободы. Одна из них - вращение в горизонтальной плоскости на 360° . Открытие захватного устройства - 300 мм, грузоподъемность - до 80 кг. Манипулятор может двигаться в вертикальном направлении на 100° и вниз на 80°

относительно корпуса. Для защиты от перегрузок все приводы манипулятора оснащены предохранителями.

Манипулятор управляется по отдельным степеням подвижности с плавной регулировкой скорости движения, которая пропорциональна углу отклонения рукоятки управления.

Система управления состоит из пульта управления, видеомонитора, блока энергоснабжения и блока радиоканала передачи данных. Особенностью конструкции системы управления роботом является наличие последовательной шины данных. Команды, выдаваемые с пульта управления, поступают на все компоненты, подключенные к шине. Каждый узел определяет предназначенные ему команды и данные и выполняет их. Пульт управления также подключен к этой шине. Связь между роботом и пультом управления может осуществляться по дуплексной последовательной шине, как по радио, так и по кабелю.

Системы пульта управления смонтированы на ручной двухколесной тележке с ручным приводом. Пульт управления имеет устройство для передачи звука, включая микрофон и громкоговоритель.

Робот оснащен тремя видеокамерами. Обзорная видеокамера установлена на поворотно-наклонной головке. Две другие камеры обеспечивают обзор вперед и назад. Каждая камера имеет собственный прожектор для подсветки.

Для быстрой доставки МУ - 3 к месту применения предусмотрено размещение робота в специально оборудованном транспортном контейнере, выполненном на базе 10-футового морского контейнера с учетом соответствующих норм, требований и критериев для контейнеров типа А, что позволяет транспортировать робота, загрязненного радиоактивными веществами. Контейнер может быть погружен краном или погрузчиком и перевозиться на тягаче со сменной системой погрузки или железнодорожным транспортом.

Имеются различные модели комплекса, такие как Робот МУ - 4 [12-13] (рис. 1.5, а), отличающийся от модели МУ - 3 только устройством гусеничного движителя, и робот МРК - 25М [12-13] (рис. 1.5, б), предназначенный для выполнения работ по ликвидации последствий локальных радиационных и химических аварий на бетонных, асфальтовых и плотных грунтовых площадках, а также для проведения пиротехнических работ.

Рис 1.5 Мобильные роботы: (a) MV - 4, (б) МРК - 25М Опытный образец МРК-25М успешно применялся при ликвидации последствий аварии в г. Сарове в 1997 г. На его основе разработан ряд мобильных роботов, предназначенных для ликвидации последствий химических и радиационных аварий.

Некоторые мобильные роботы снабжаются гусеничными движителями, выполненными из специальных материалов, так робот Neptune (рис. 1.6) оснащен тремя магнитными гусеницами и используется для проверки нефтяных танкеров.

Рис. 1.6 Робот с магнитными гусеницами Neptune

Neptune Робот может подниматься на любую высоту по феромагнитной поверхности корпуса танкера, также робот способен перемещаться внутри металлических труб диаметром более 0,5м.

Мобильный робот состоит из шести модулей: движитель с магнитными гусеницами; бортовая камера и ультразвуковой датчик; бортовое устройство управления и телеметрическая система; система навигации; система развертывания; вынесенный пульт оператора, дисплей и управляющая программа[86].

Изменяемая геометрия гусеничного движителя способствует повышенной проходимости робота и возможности преодоления различных препятствий.

В отдельную группу мобильных роботов можно отнести устройства, использующие совмещенный движитель. К ней относятся робот CHIMP, созданный в Национальном робототехническом центре National Robotics Engineering Center, NREC) университета Карнеги-Мелоун Carnegie Mellon University, который совмещает в себе шагающий и гусеничный типы перемещения. Конечности робота дополнительно снабжены гусеничными движителями для повышения эффективности перемещения по сравнительно ровным поверхностям (рис. 1.7)[69].

Рис. 1.7 Внешний вид CHIMP Робот CHIMP оснащен двумя манипуляторами с трехпальцевыми захватами, позволяющими выполнять манипуляции с объектами при различных технологических работах. Робот управляется дистанционно человеком-оператором. В качестве интерфейса используется ПК со специализированным программным обеспечением. Система очувствления робота включает большое количество различных датчиков, позволяющих оператору видеть на экране монитора окружающее пространство и составлять трехмерную карту местности.

В качестве примера мобильного гусеничного робота, использующего относительно простой по конструкции гусеничный движитель, рассмотрим малогабаритный подвижный робот МПР (рис. 1.8).

Рис 1.8 Гусеничный робот МПР

Российский робот "МПР" предназначен для оснащения аварийно -технических центров. Малогабаритный Подвижный Робот используется для обслуживания АЭС, служб обеспечения безопасности на транспорте с целью проведения визуального осмотра помещений и оборудования, поиска взрывоопасных, радиоактивных и других объектов, их изъятия и транспортировки. Данный робот серийно производится Центральным Научно - Исследовательским институтом робототехники и технической кибернетики.

Устройство состоит из подвижной платформы на гусеничном ходу и установленного на ней оптронно-модульного манипулятора. На платформе также размещены средства дистанционного управления и комплект телевизионной и контрольно-диагностической аппаратуры. Управление роботом осуществляется либо по радиоканалу, либо по кабелю.

Габариты платформы робота составляют 0,8x0,5x0,45 м. Максимальная скорость движения платформы 1,2 м/с. грузоподъемность манипулятора 30 кг, Радиус действия при управлении роботом по радиоканалу 200 м, при управлении по кабелю - 100 м.

Гусеничный робот AVATAR II Micro предназначен для использования в качестве разведчика[69]. Для этого он оснащен набором видеокамер,

21

тепловизором, инфракрасным фонарем, микрофонами, а также может нести легкое оружие вроде пистолета с глушителем, заряд взрывчатки, пистолет-пулемет или штурмовую винтовку. Также возможна установка манипулятора (рис. 1.9).

Рис. 1.9 AVATAR II Micro Проходимость AVATAR II Micro довольно высока - он может забираться на склон в 60 градусов, подниматься по лестнице, ползти по грязи, траве, песку, камням, к тому же робот водонепроницаемый. Это означает, что он может плыть по поверхности воды, ползти по дну или на 6 часов затаиться на дне водоема. При этом робот может погружаться на глубину до 1,8 м и продолжать движение по заранее заданному маршруту даже в случае потери радиосвязи с пультом оператора.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чжо Пьо Вей, 2014 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алабужев, П. М. Применение общих теорем динамики для исследования некоторых механических систем [Текст]: учеб. пособие / П. М. Алабужев, И. М. Аксененкова, С. Ф. Яцун. - Курск: КПП, КГТУ, 1993.—87 е.: ил.

2. Александров, В.В. Оптимальное управление движением [Текст] / В.В. Александров. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. - 376 с. - ISBN: 5-9221-0401-2.

3. Анурьев, В. И. Справочник конструктора-машиностроителя [Текст]: В 3 т. / В. И. Анурьев, под ред. И. Н. Жестковой. — 8-е издание., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2003.

4. Анилович В.Я., Водолажченко Ю.Т. Конструирование и расчет сельскохозяйственных тракторов. Справочный пособие. Изд. 2-е, переработ, и доп. М., "Машиностроение", 1976, 456 с.

5. Антонов А.С /Силовые передачи колёсных и гусеничных машин. Теория и расчёт // изд 2-е переработ и доп Л. «Машиностроение»(Ленингр. отд-ние) 1975. С 480

6. Антонов А.С, Благонравов А.И, Бинович Я.Е и др// Танки. Основы теории и расчета/Под ред. М.К Кристи / Москва:ОНТИ,1937 ,С 436.

7. Артоболевский, И.И. Теория механизмов и машин [Текст] / И.И. Артоболевский. - М.: Наука, 1988 - 640 с.

8. Брагин, В.Б. Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы [Текст] / Брагин В.Б., Войлов Ю.Г., Жаботинский Ю.Д. // Москва, Машиностроение, 1985, - 256с.

9. Благонравов А.А, Держанский В.Б / Динамика управляемого движения гусеничной машины/ Курган // КГУ, 1995 С 162.

10. Баринов С. М., Борковский А. Б., Владимиров В. А., и др. Большой англо-русский политехнический словарь. Том 1. М.: "Русский язык", 1991, 701 с.

11. Барский И. Б., Анилович В. Я., Кутьков Г. М. Динамика трактора. М., "Машиностроение", 1973, 280 с.

12. Батанов А.Ф, Грицынин С.Н , Муркин C.B. // Робототехнические комплексы для обеспечения специальных операций / Публикации журнала «Специальная техника» №2 2000год // [электронный ресурс]: режим доступа , http://ess.ru/publications/articles/batanov/batanov.htm, свободный.

13. Батанов А.Ф, Грицынин С.Н , Муркин C.B. // Робототехнические системы для применения в условиях чрезвычайных ситуациях / Публикации журнала «Специальная техника» №3 2000год // [электронный ресурс]: режим доступа, http://ess.ru/publications/articles/batanov/batanov.htm, свободный.

14. Бесекерский, В.А. Теория систем автоматического регулирования [Текст] / В. А. Бесекерский, Е. П. Попов. - СПб.: «Профессия», 2003. - 752 с.

15. Бухгольц, H. Н. Основной курс теоретической механики. В 2-х ч. Ч. 2. Динамика системы материальных точек : учеб. Пособие [Текст] / H.H. Бухгольц. - 7-е изд., стер. - СПб.: Лань, 2009. -336 е.: ил.

16. Вонг, Дж. Теория наземных транспортных средств [Текст] / Дж. Вонг; Пер. с англ. -М.: Машиностроение, 1982. -213 с.

17. Воротников, С. А. Информационные устройства робототехнических систем [Текст]: учеб. пособие / С. А. Воротников. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005.- 384с.

18. Веселков, P.C. Детали и механизмы роботов. Основы расчета, конструирования и технологии производства / Р. С. Веселков, Т. Н. 157 Гонтаровская, В. П. Гонтаровский и др.; Под ред. Б. Б. Самотокина. — К.: Выща шк, 1990г. —343с.

19. Вонг Дж. Теория наземных транспортных средств: Пер. с англ. — М.: Машиностроение, 1982.—284 е., ил.

20. Гуськов В.В, Велев Н.Н, Атаманов Ю.Е, Бочаров Н.Ф, Ксеневич И.П, Солонский А.С // Тракторы. Теория // машиностроение / Москва 1988 / С.376.

21. Градецкий, В. Г. Управляемое движение мобильных роботов по произвольно ориентированным в пространстве поверхностям [Текст] / В. Г. Градецкий, В. Б. Вешников, С. В. Калиниченко, JI. Н. Кравчук. - М.: Наука, 2001.-с. 26-91,275-294. 158

22. Градецкий, В.Г. [Текст] / Механика миниатюрных роботов / В.Г. Градецкий, М.М. Князьков, Л.Ф. Фомин, В.Г. Чащухин Изд.: Наука, 2010 272с.

23. Гуськов В.В , Опейко А.Ф. / Теория поворота гусеничных машин[Текст] / Москва:Машиностроение , 1984 ,С.168

24. Давыдик И.И./ Исследование статического поворота гусеничного хода[Текст] // БПУ Минск, 1970. / С 211.

25. Егоров, О.Д. Конструирование мехатронных модулей: Учебник [Текст] / О.Д. Егоров, Ю.В. Подураев. - М.: ИЦ МГТУ «СТАНКИН», 2004. -360с.: ил. 159

26. Зенкевич, С.Л. Управление роботами. Основы управления манипуляционными роботами. Учебник для вузов [Текст] / С.Л. Зенкевич, A.C. Ющенко - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. - 400 с.

27. Заславский В.И / Краткий курс расчета траков и их механизмов / Москва//Госвоениздат, 1932 128.с

28. Забавников Н. А. Основы теории транспортных гусеничных машин. М., «Машиностроение», 1975,448 с.

29. Иващенко A.B. Мультиагентные технологии для разработки сетецентрических систем управления / A.B. Иващенко, О.В. Карсаев, П.О. Скобелев, A.B. Царев, P.M. Юсупов // Известия ЮФУ. Технические науки № 3 (116). г. Таганрог 2011 г.

30. Кристи М.К. / Испытание гусеничных машин [Текст] /Часть 1 / Москва/1933 // С. 67

31. Карнаухов, Н. Ф. Электромеханические и мехатронные системы [Текст] / Н.Ф. Карнаухов. - Ростов н/Д: Феникс, 2006. - 320 с.

32. Колосов, Г. Е. Синтез оптимальных автоматических систем при случайных возмущениях [Текст] / Г. Е. Колосов. - М.: Наука, 1984. - 288 с.

33. Красовский, H. Н. Теория управления движением [Текст] / H. Н. Красовский. - М.: Наука, 1968. - 472 с.

34. Космачёв, П.В. Анализ конструктивных схем движителей транспортных средств робототехнических комплексов для выполнения антитеррористических операций [Текст] / П.В. Космачёв // Актуальные проблемы защиты и безопасности: Труды IX Всерос. науч. практич. конф. -СПб.: НПО Специальных материалов, 2006. -Т. 5: Экстремальная робототехника. -С. 607-615.

35. Левитский, Н.И. Теория механизмов и машин: Учеб. Пособие для вузов [Текст] / Н.И. Левитский - 2-е изд. - М.:Наука., 1990. - 592 с.

36. Лойцянский, Л. Г. Курс теоретической механики [Текст] / Л. Г. Лойцянский, А. И. Лурье. - М.: Гостехиздат, 1955. - 596 с.

37. Лурье, А. И. Аналитическая механика [Текст] / А. И. Лурье. - М.: Физматгиз, 1961. - 824 с.

38. Мартыненко Ю.Г. Управление движением мобильных колесных роботов Текст. / Ю.Г. Мартыненко // Фундаментальная и прикладная математика. 2005. - №8. - С. 29-80.

39. Мартыненко, Ю.Г. Проблемы управления и динамики мобильных роботов Текст. / Ю.Г. Мартыненко // Новости искусственного интеллекта. -2002, №4 (52). С. 18-23.

40. Макаров И.М. Результаты и опыт реализации концепции построения мультиагентных робототехнических систем / И.М. Макаров, В.М. Лохин, C.B. Манько, М.П. Романов // Известия ЮФУ. Технические науки № 3 (116). г. Таганрог 2011 г.

41. Медведев М.И / Теория гусеничных систем [Текст] / Харьков -Киев:Укрмашгосиздат. 1934,С 195.

42. Никитин, Н. Н. Курс теоретической механики: учебник [Текст] / H.H. Никитин. - 7-е изд., стер. - СПб.: Лань, 2010. - 720 с. : ил.

43. Ньютон, Дж. К. Теория линейных следящих систем [Текст] / Дж. К. Ньютон, Л.А. Гулд, Дж.Ф. Кайзер -М.: Физматгиз, 1961. - 407с.

44. Н. Васильев // Мехатроника, автоматизация, управление.— 2004.—№5,—С. 37-43.

45. Никитин А.О, Сергеев Л.В // Теория танка // Академия бронетанковых войск / Москва 1962 / С. 588.

46. Опейко Ф.А Кинематика и статика поворота гусениц // Тр БПИ. Вып 5. 1936.С 149.

47. Опейко Ф.А / Колесный и гусеничный ход. // Минск АСХН БССР //I960/С 228.

48. Образцы конструкций наземных мобильных роботов [Электронный ресурс]/ Компоненты и решения для создания роботов и робототехнических систем. - Электрон, дан. - e-memory, сор. 2008. - Режим доступа: http://e-memory.rU/who/l/ld/whomapld.htm, свободный.

49. Трояновская И.П/ История развития теории поворота гусеничных машин РВП [Текст] // Вестник машиностроения. 2010. № 7. С. 90-94.

50. Универсальный робот-разведчик Viper / интернет режим доступа: http://www.3dnews.m/news/universalnii_robot_razvedchik_viper_dlya_armii_obo roni_izrailya/.

51. Черноусько, Ф. Л. Методы управления нелинейными механическими системами. / Черноусько Ф. Л., Ананьевский И. М., Решмин С. А.// — М.: Физматлит, 2006. — 328 с.

52. Чжо Пьо Вей, Савин С.И. // Особенности поведения системы автоматического управления при различном уровне нагруженности гусеничного робота / молодежь и XXI век // Курск 2011 Р .

53. Чжо Пьо Вей, Савин С.И. // экспериментальные исследования перемещения гусеничного робота в трубопроводе / молодежь и XXI век // Курск 2011 Р

54. Чжо Пьо Вей, Савин С.И. // экспериментальные исследования перемещения гусеничного робота в трубопроводе / молодежь и XXI век // Курск 2011Р

55. Чжо Пьо Вей // Mathematical modeling of tracked robot / молодежь и XXI век//Курск 2011 Р

56. Шахинпур, М. Курс робототехники [пер. с англ.] [Текст] / М. Шахинпур. - М.: Мир, 1990. — 527 с.

57. Шифрин, Я. А. Промышленная робототехника [Текст] / Я. А. Шифрин. - М.: Машиностроение, 1982.-415 с.

58. Швейцарская компания Novatiq / Робот Scorp / интернет режим доступа: http://www.novatiq.eom/product/SCORP-ROBOT/scorp-reconnaissance-robot-overview.html

59. Яцун, С. Ф. Исследование движения двухмассового вибрационного робота [Текст] / С.Ф. Яцун, В.Я. Мищенко, Д.И. Сафаров // Известия ВУЗов. Машиностроение. 2006. №5. С. 32-42.

60. Яцун, С.Ф. Система управления двухсекционным роботом [Текст] / С.Ф. Яцун, B.C. Дышенко // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации: Матер. III междунар. науч.-техн. конф.: в 2 ч. Ч. 1 / Курск, гос. техн. ун-т. Курск, 2005. С. 328 -332.

61. Яцун С.Ф., Чжо Пьо Вей, Савин С.И Исследование закономерностей движения мобильного робота как части мультиагентной системы [текст], Известия Юго-Западного государственного университета. -2014.-№ 1 (52)-С. 102-106

62. Яцун, С.Ф. Чжо Пьо Вей, A.B. Мальчиков, С.И. Савин, Экспериментальные исследования мобильного гусеничного робота при

прямолинейном движении, Известия Юго-Западного государственного университета. - 2012 - № 1 - С. 85-95.

63. Яцун, С.Ф. Исследование динамических режимов гусеничного мобильного робота при взаимодействии с неподвижным препятствием [текст] / С.Ф. Яцун, Чжо Пьо Вей, С.И. Савин, Шевякин В.Н. // Известия Юго-Западного государственного университета. - 2013. - № 5 (50) - С. 191199

64. Яцун, С.Ф. Математическое моделирование мобильного гусеничного робота [Электронный ресурс] / С.Ф. Яцун, Чжо Пьо Вей, Мальчиков А.В., Тарасова Е.С. // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - №6. - Режим доступа: www.science-education.ru/113-11005

65. Яцун С.Ф., Чжо Пьо Вей, Савин С.И // Исследование динамических режимов гусеничного мобильного робота при взаимодействии с неподвижным препятствием/ Известия Юго-Западного государственного университета. Курск. 2014. № 1 (34). с. 10-17

66. Angeles. J.// Fundamentals of Robotic Mechanical Systems: Theory, Methods, and Algorithms Springer (Mechanical Engineering Series) [Текст] / J. Angeles, 2006. - 549 c.

67. Angeles J. // Fundamentals of Robotic Mechanical Systems,3-ed (Theory, Methods and Algorithms)// McGill University, Canada // 545c.

68. Arakelian, V. Inertia Force Compensation in High-Speed Slider-Crank Mechanisms [Text] / V. Arakelian, S. Jatsun, A.Yatsun // 4th International Congress Design and Modeling of Mechanical Systems, CMSM'2011. - Sousse, Tunisia, March 2011.

69. Crane D // RoboteX AVATAR II Micro Tactical Robot // интернет режим доступа: http://www.defensereview.com/robotex-avatar-ii-micro-tactical-robotugv-ultra-agile-waterproof-mini-tactical-recon-bot-for-military-urban-warfare-and-law-enforcement-swat-ops-video/

70. David P. Anderson. SR04 Mobile Robot [Electronic resource]. -Electronic data. - Dallas Personal Robotics Group, cop. 1984 - 2009. - Mode acess: http://www.dprg.org-.80/articles/1998-03a/

71. Falconer. J // CHIMP Humaoid Robot Moves Like A Tank // Carnegie Mellon University, USA // интернет режим доступа: http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/humanoids/cmu-chimp-humanoid-robot-moves-like-a-tank

72. Foster miller Company (USA) / Tracked Robot TALON SWORDS / интернет режим доступа : http://www.sarna.net/news/swords-combat-robot-opens-possibilities-perhaps-not-the-way-youd-expect/

73. Guarnieri M., Kurazume R., Masuda H., Inoh Т., Takita K., Debenest P. // A Team of Tracked Robots for Special Urban Search and Rescue Operations // International Conference on Intelligent Robots and Systems // St. Louis,USA, Oct 11- 15, 2009. P 2795-2800.

74. Hagen S, Brian C, Nathan E. // Neptune : Above-ground storage tank inspection robot system / Field Robotics Center, Robotics Institute, Carnegie Mellon University, USA.

75. Jean-Luc P. , Philippe L. ,Laurent H. // Variable Geometry Tracked Vehicle,description model and behavior [Text]// Angers, France // C.6

76. Joseph L. Jones , Anita M. Flynn , Bruce A. Seiger // Mobile robots ( Inspiration to implementation ) , 1993,242 c.

77. Kadu R.A, More V.A, Chitte P.P // Wireless control and monitoring of robotics arm (Swords) // International Journal of Computer Technology and Electronics Engineering (IJCTEE) / Volume 2, Issue 1/ P 28-38.

78. Kozlowski K., Pazderski D. // Parctical Stabilization of a skid-steering mobile robot A kinematic based Approach // IEEE international conference / Mechatronics, July 2006, Budapest. P 519-524.

79. Krodkiewski J.M // Dynamics of Mechanicl systems // THE UNIVERSITY OF MELBOURNE , Australia, 199 c.

80. Kang S.C, Cho C.H, Lee J.H, Park C.W, Ryu D.S. // Design and integration of passive double tracked mobile manipulator system for explosive ordinance disposal, // IROS 2003 // P. 2624-2629.

81. Karl Williams. Amphibionics: Build Your Own Biologically Inspired Robot. - New York: McGraw-Hill, 2003. - 385 pages.

82. Lee W.S, Kang S.C, Yun S.K, Park C.W // Robocup Resue - Robot League Team ROBHAZ-DT3 // Robot Cup - US Open // New Orleans, LA, USA, April 24-27 2004.

83. Lucet E., Grand C., Saleke D., Bidaud P. // Dynamic yaw and velocity control of the 6 WD skid-steering mobile robot Robu ROC6 using sliding mode technique // IEEE international conference / Intelligent Robots and System, Oct 2009, St. Louis, MO. P 4220-4225.

84. Ming Xie // Fundamentals of Robotics (Linking Perception to Action) //Nanyang Technological University, Singapore,2003, 718 c.

85. Martinez J.L., Mandow A., Morales A., Pedraza J. // Approximating Kinematics for Tracked Mobile Robots// International Journal of Robotics Research, Volume 24, Oct 2005, P. 867-878.

86. Moosavian S.Ali.A. / Arash Kalantari // Experimental Estimation for Exact Kinematics Modelling and Control of a Tracked Mobile Robot // International Conference on Intelligent Robots and Systems // Nice, France Sept, 22-28,2008. P. 95-100.

87. Miles P., Carroll T.// Build Your Own Combat Robot // 2002 ,401 c.

88. Robot-team company (Israel) / MICRO TACTICAL GROUND ROBOT (MTGR) / интернет режим доступа: http://www.robo-team.com/products/systems/mtgr

89. Song Z., Hutangkabodee S., Zweiri Y.H., Seneviratne L.D. // Identification of soil parameters for unmanned ground vehicles track-terrain

interaction dynamics// SICE 2004 Annual Conference, Volume 3, Aug 2004, P. 2255-2260.

90. Shiller Z., Serate W. // Trajectory Planning of Tracked Vehicles// ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Dec 1995, Volume 117, P.619-624.

91. Surya N.Patnaik , Dale A. Hopkins // Strength of materials ; A unified theory // 2004 , 505 c.

92. Srikanta Patnaik , Lakhmi C. Jain , Spyros G. Tzafestas, Germano Resconi, Amit Konar 7/ Innovations in Robot Mobility and Control // 2005 ,313 c.

93. The Math Works [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.mathworks.com, свободный.

94. Varun Raj К., Sharschchandra V., Bidargaddi, K.N. Krishnanand, D. Ghose// A Tracked Mobile Robot with Vision-based Obstacle Avoidance// International Conferences on Mechanisms and machines// Decl2-13, Bangalore, India 2007.P. 141-147.

95. Vitor Dias da Silva // Mechanics and Strength of Materials // University of Coimbra, 2006 , 531 c.

96. Vincenzo Parenri-Castelli , Werner Schiehlen // Robot Design ,Dynamics and Control // 2010 // 505 c.

97. Wong. J. Y. // Theory of Ground Vehicles / Third Edition.// John Wiley & Sons Inc, 2001, P. 560

98. Xiangdong Yang, Yan Li, Yangyu Luo, and Ken Chen // Motion characteristics of tracked robots [Text] // Department of Precision Instruments and Mechanology, Tsinghua University, Beijing China , 7c.