Динамика управляемого движения шестизвенного мобильного внутритрубного робота тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.06, кандидат технических наук Мальчиков, Андрей Васильевич

• Мальчиков, Андрей Васильевич
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мальчиков, Андрей Васильевич

Оглавление

Введение

Глава 1. Анализ состояния проблемы

1.1 Классификация устройств для перемещения внутри трубопроводов!

1.2 Обзор существующих внутритрубных роботов

1.3 Многозвенные внутритрубные роботы

1.4 Анализ и классификация фиксирующих устройств роботов для перемещения по вертикальным поверхностям

1.5 Цель и задачи диссертации

Глава 2. Динамика плоского шестизвенного внутритрубного робота

2.1 Описание среды функционирования шестизвенного робота

2.1.1 Анализ отдельных элементов трубопровода

2.1.2 Математическая модель трубопровода

2.1.3 Обоснование выбора принципа движения устройства

2.2 Описание конструкции и принципа движения устройства

2.3 Математическая модель электропривода шестизвенного робота

2.4 Анализ процесса динамической фиксации робота внутри трубопровода

2.4.1 Математическая модель устройства в режиме динамической фиксации

2.4.2 Результаты численного моделирования процесса динамической фиксации

2.5 Анализ процесса перемещения звеньев внутри трубопровода

2.5.1 Математическая модель движения робота при воздействии крутящих моментов между средними звеньями робота

2.5.2 Результаты численного моделирования

2.6 Выводы по 2 главе

Глава 3. Анализ взаимодействия шестизвенного внутритрубного робота с внешней средой

3.1 Разработка алгоритмов движения

3.1.1 Алгоритм движения на прямолинейном участке

3.1.2 Алгоритм движения устройства на криволинейном участке

3.1.3 Перемещение внутри поворота

3.1.4 Алгоритмы движения устройства внутри других участков

3.1.5 Оценка быстродействия шестизвенного робота при

перемещении внутри трубопроводов

3.2 Модель упругого взаимодействия опорной поверхности робота с поверхностью трубопровода

3.2.1 Математическая модель упругого взаимодействия

3.2.2 Результаты математического моделирования динамики

упругого взаимодействия робота с поверхностью трубопровода

3.2.3 Результаты математического моделирования взаимодействия

с учетом концевого выключателя опорного элемента

3.2.4 Двухконтактный динамический опорный элемент

3.3 Активные опорные элементы ползающих роботов

3.4 Математическая модель динамического опорного элемента с бурильным модулем

3.5 Результаты моделирования опорного элемента с бурильным модулем

3.6 Выводы по 3 главе

Глава 4. Изучение управляемого движения шестизвенного робота

4.1 Проектирование макета устройства

4.2 Синтез многоконтурной системы управления электроприводами устройства

4.2.1 Система управления с ООС по усилию поджатая

4.2.2 Следящая система управления по скорости

3

4.2.3 Комбинированная система

4.3 Экспериментальное исследование шестизвенного робота

4.3.1 Экспериментальные исследования процесса динамической фиксации

4.3.2 Экспериментальные исследования процесса перемещения звеньев внутритрубного робота

4.4 Инструментальные средства проектирования внутритрубных шестизвенных роботов

4.5 Выводы по 4 главе

Заключение

Список использованной литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Акт внедрения в учебный процесс кафедры

теоретической механики и мехатроники ЮЗГУ

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Акт внедрения в производственный процесс ФГУП

«Курский научно-исследовательский институт» МО РФ

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Свидетельства на полезные модели

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Листинг фрагмента программы расчета

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамика управляемого движения шестизвенного мобильного внутритрубного робота»

Введение

Актуальность темы. Трубопроводы являются основными элементами систем транспортировки газообразных и жидких веществ, а также твёрдых веществ в виде растворов на большие расстояния. Подобные системы, как правило, устанавливаются под землей или внутри зданий и сооружений, что в свою очередь значительно усложняет проведение ремонтных и диагностических работ на наружной поверхности трубопроводов. Помимо этого, обследование внутренней поверхности позволяет не только обнаружить места коррозии, микротрещины, разрывы и т. п., но и исследовать загрязнение трубопроводов, отложение на внутренних поверхностях трубопровода. Мониторинг внутренней поверхности и своевременное принятие мер по проведению ремонтных работ позволяет сократить расходы на устранение последствий аварий, сокращает расходы по замене отдельных поврежденных секций. Использование для подобных задач мобильных роботов, позволяет исключить людской труд в сложно-доступных и опасных местах, повышает эффективность проводимых работ.

Таким образом, разработка и изучение мобильных роботов, позволяющих осуществлять мониторинг состояния внутренней поверхности трубопровода, является актуальной задачей.

В настоящее время существует ряд различных подходов к перемещению внутри трубопроводов. Главным недостатком традиционных колесных и гусеничных систем является низкая проходимость в условиях загрязненности трубы.

Одним из перспективных методов движения мобильных роботов, развивающимся в последние годы в Институте проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН, Юго-Западном государственном университете (Курск), МГТУ им. Баумана, ЦНИИ РТК (Санкт-Петербург), Техническом университете Ильменау (Германия) и других исследовательских центрах, является метод, основанный на применении змееподобного и червеподобного

5

принципов движения. В основе этого способа лежит многозвенная структура робота, а принцип движения основан на периодическом изменении формы тела устройства. Многозвенные конструкции исследовались в работах Н.И. Левитского, В.А. Глазунова, И.И. Артоболевского и др. Возможность перемещения многозвенных конструкций внутри ограниченного пространства анализировалась в работах Ф.Л. Черноусько, H.H. Болотника, Т.Ю. Фигуриной, С.Ф. Яцуна, М. Dovica, G. Rizzoto, S. Hirose, Y. Shan и др.

Использование многозвенной структуры устройства позволяет решать задачи не только прямолинейного движения в горизонтальной плоскости с высокой проходимостью, но и движения внутри изогнутых, наклонных, деформированных участков трубопровода. Поэтому разработка конструкций и исследование динамики многозвенных мобильных роботов, способных перемещаться внутри трубопроводов сложной геометрии, является актуальной задачей.

Объектом исследования данной работы является мобильный внутритрубный шестизвенный робот, оснащенный нелинейно-упругими опорными элементами, предназначенный для перемещения внутри трубопроводов сложной топологии.

Предметом исследования данной работы являются динамические процессы, протекающие в управляемой многозвенной робототехнической системе при движении.

Цель работы заключается в создании научных основ и инструментальных средств проектирования многозвенных мобильных внутритрубных роботов с изменяемой формой корпуса, оснащенных нелинейно-упругими опорными элементами, выявлении закономерностей движения, анализе динамики и синтезе их параметров.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Анализ возможностей применения многозвенных механизмов в конструкциях мобильных внутритрубных роботов.

6

)

2. Разработка математических моделей движения плоского шестизвенного робота с учетом свойств электропривода и взаимодействия с шероховатой поверхностью в различных режимах функционирования.

3. Разработка математической модели и методики расчета динамического процесса взаимодействия внутритрубного робота с поверхностью трубопровода посредством нелинейно-упругих опорных элементов.

4. Разработка схем активных опорных элементов ползающих роботов.

5. Разработка инструментальных средств проектирования для определения конструктивных -параметров и настройки системы автоматического управления приводов робота в зависимости от свойств и геометрии трубопровода.

6. Исследование динамических особенностей движения робота и синтез законов управления электроприводами многозвенного устройства.

7. Разработка макета шестизвенного мобильного робота и проведение натурных экспериментов по исследованию фиксации и движения робота.

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.

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.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту:

1. Теоретически обоснованный принцип перемещения мобильных внутритрубных многозвенных роботов, оснащенных нелинейно-упругими

опорными элементами, заключающийся в периодической управляемой фиксации корпуса устройства под действием крутящих моментов, развиваемых электроприводами ограниченной мощности.

2. Математическая модель плоского шестизвенного внутритрубного мобильного робота, отличительной особенностью которой является учет динамических процессов, протекающих в электроприводах ограниченной мощности, сил трения, возникающих в точках контакта корпуса робота и поверхности трубы, сил трения и вязкого сопротивления в шарнирах устройства, динамических процессов взаимодействия робота с поверхностью трубопровода посредством нелинейно-упругих опорных элементов, оснащенными концевыми выключателями.

3. Алгоритмы перемещения устройства в ограниченном пространстве, включающие режимы определения геометрии трубопровода, за счет использования опорных элементов, оснащенных концевыми выключателями.

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

Практическая ценность. Разработана инженерная методика расчета параметров шестизвенного внутритрубного робота, позволяющая определять численные значения параметров в зависимости от геометрии и свойств трубопровода в различных режимах функционирования устройства. Данная методика может быть использована при проектировании внутритрубных роботов для мониторинга состояния трубопроводов. Разработан экспериментальный стенд, включающий прототип шестизвенного робота и макеты различных секций трубопровода, позволяющий проводить экспериментальные исследования процесса фиксации и движения устройства, производить настройку системы управления привода, отрабатывать алгоритмы перемещения для секций различной геометрии.

8

Результаты работы использованы при выполнении государственных контрактов в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (гос. контракты П 1576, П0971, а также соглашение №14.132.21.1718 от 01.10.12, по теме «Разработка устройства для перемещения внутри трубопроводов переменного диаметра»). Результаты исследования внедрены в учебный процесс кафедры теоретической механики и мехатроники ЮЗГУ (г. Курск), и в производственный процесс ФГУП «Курский научно-исследовательский институт» МО РФ.

Апробация диссертации: Основные положения диссертации доложены и одобрены на II Международной научно-практической конференции «Science and Education» (Munich, Germany, 2012), XXIII Международной инновационно-ориентированной конференции молодых ученых и студентов «МИКМУС - 2011»: (Москва, 2011), Международной молодежной конференции «Мехатроника. Современное состояние и тенденции развития» (Орехово-Зуево, 2012), Международной научной конференции «Актуальные вопросы технических наук (II)» (Пермь, 2013), Всероссийской научно-практической конференции «Современные наукоемкие инновационные технологии» (Самара, 2012), VIII международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы науки» (Москва, 2013), X научно-технической конференции «Вибрация-2012. Управляемые вибрационные технологии и машины» (Курск, 2012), совместном заседании кафедр «Теоретическая механика и мехатроника» ЮЗГУ (Курск) и «Мехатроника и международный инжиниринг» Госуниверситета - УНПК (Орел, 2013), Международной выставке промышленного оборудования, технологий и материалов «Hannover Messe 2013» (Ганновер, Германия), семинаре Института машиноведения РАН им. A.A. Благонравова (Москва, 2013), семинарах кафедры теоретической механики и мехатроники ЮЗГУ (Курск, 2011-2013 г).

9

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, включая 7 статей, из них 3 работы в рецензируемых научных журналах, получено 3 свидетельства на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, библиографического списка из 112 наименований. Текст диссертации изложен на 178 страницах, содержит 114 рисунков, 14 таблиц, 4 приложения.

Заключение диссертации по теме «Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры», Мальчиков, Андрей Васильевич

4.5 Выводы по 4 главе

В результате исследований в 4 главе:

1. Разработана конструкция опытного образца шестизвенного внутритрубного робота, спроектирована система автоматического управления движением робота.

2. Разработан лабораторный стенд для исследования процесса фиксации и перемещения звеньев, включающий макет шестизвенного робота и измерительную систему, проведены натурные испытания. Сравнительный анализ результатов математического моделирования и экспериментальных исследований подтвердил адекватность построенных математических моделей робота.

3. Предложены различные стратегии управления электроприводами устройства, в том числе с использованием двухконтурной системы с обратными связями по току на якоре и перемещению робота вдоль трубопровода.

4. Разработаны алгоритмы- численного моделирования процесса прямолинейного движения робота, учитывающие алгоритмы перемещения робота и позволяющие моделировать систему автоматического управления процессами динамической фиксации и перемещения звеньев.

5. Разработаны инструментальные средства проектирования, позволяющие определять конструктивные параметры и проводить расчет параметров системы управления в различных режимах функционирования устройства.

Заключение

На основе проведенных исследований и обобщений в диссертации получены следующие основные результаты и выводы:

1. В области многозвенных мобильных роботов выявлено перспективное направление использования устройств с изменяемой формой корпуса для решения задач мониторинга трубопроводов сложной геометрии. Предложен принцип движения "многозвенного робота, основанный на периодической фиксации корпуса внутри трубопровода и взаимодействии с поверхностью трубопровода посредством опорных элементов.

2. Разработаны математические модели шестизвенного мобильного робота для различных режимов функционирования, учитывающие силы трения и динамические процессы, протекающие в электроприводах ограниченной мощности, а также взаимодействие робота с поверхностью трубопровода посредством нелинейно-упругих опорных элементов.

3. Разработан метод и алгоритмы получения численного решения систем дифференциальных уравнений, описывающих динамику робота в различных фазах его движения учитывающих взаимодействие робота с поверхностью трубы посредством нелинейно-упругих опорных элементов, и задающие воздействия, а также обратные связи в системе управления робота.

4. Предложены конструктивные схемы активных опорных элементов, принцип действия которых основан на пенетрационном эффекте, обеспечивающих фиксацию ползающих роботов на наклонных и вертикальных поверхностях трубопровода.

5. Разработан лабораторный стенд, включающий опытный образец шестизвенного мобильного робота, макеты различных секций трубопровода и измерительную систему для сбора и обработки экспериментальных данных, и получены результаты натурных испытаний шестизвенного робота, подтверждающие адекватность построенных математических моделей.

6. Разработаны инструментальные средства проектирования внутритрубных мобильных роботов, позволяющие: производить синтез конструкции робота, осуществлять расчет параметров системы управления, исследовать поведение системы при различных стратегиях управления положением звеньев устройства.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мальчиков, Андрей Васильевич, 2013 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: КПИ, 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. Артоболевский, И.И. Теория механизмов и машин [Текст] / И.И. Артоболевский. - М.: Наука, 1988 - 640 с.

5. Бабаков, И.М. Теория колебаний [Текст] / И. М. Бабаков. - М.: Наука, 1968.-560 с.

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

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

8. Болотник, Н. Н. Динамика управляемых движений вибрационных систем [Текст] / Болотник Н. Н., Зейдис И. М., Циммерман К., Яцун С. Ф. // Изв.РАН. ТиСУ. 2006 - №5 - с. 1-11.

9. Болотник, H.H. Оптимальное управление прямолинейным движением твердого тела по шероховатой плоскости посредством перемещения двух внутренних масс [Текст] / H.H. Болотник, Т.Ю. Фигурина // Прикладная математика и механика. 2008. Т. 72.

10. Бухгольц, Н. 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.

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

12. 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.

13. Глазунов, В. А. Пространственные механизмы параллельной структуры [Текст] / В. А. Глазунов, А. Ш. Колискор, А. Ф. Крайнев; Отв. ред. П. И. Чинаев. — М., Наука, 1991.— 94 е.: ил.

14. Глазунов, В. А. Разработка манипуляционных механизмов с параллельно-перекрестной структурой [Текст] / В.А. Глазунов и др. // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 2008. - №2. - С. 90 - 100.

15. Градецкий, В. Г. Управляемое движение мобильных роботов по произвольно ориентированным в пространстве поверхностям [Текст] / В. Г. Градецкий, В. Б. Вешников, С. В. Калиниченко, J1. Н. Кравчук. - М.: Наука, 2001.-е. 26-91,275-294. 158

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

17. Градецкий, В.Г. Микросенсорное управление движением миниатюрных роботов внутри труб/ Градецкий В.Г., Князьков М.М., Кравчук Л.Н., Соловцов В.Н. // Микроситемная техника. 2002 - N 8. С - 11-19.

18. Градецкий, В.Г. Роботы вертикального перемещения [Текст] / В.Г. Градецкий, М.Ю. Рачков. - М.: Институт проблем механики РАН, 1997. -223с.

19. Гребенников, M.А. Трехзвенный ползающий робот [Текст] / М.А. Гребенников, A.B. Мальчиков, A.C. Яцун // Мехатроника, робототехника: Современное состояние и тенденции развития: сб. науч. ст. всерос. науч. школы для молодежи. - Курск: ЮЗГУ, 2011.

20. Гребенников, М.А. Экспериментальное исследование движения трехзвенного робота по шероховатой поверхности [Текст] / Гребенников М.А., Рублев С.Б., Яцун A.C. и др.// Известия ЮЗГУ,- 2012. -№1.

21. Добролюбов А.И. Бегущие волны деформации//Минск: Наука и техника.1987. 144с.

22. Добролюбов А.И. О механике движения сухопутной змеи // Биофизика. -1983.-№2.-С.330-335

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

24. Егоров И.Н., Нечеткое позиционно-силовое управление перемещением мобильного робота в трубопроводах с нестационарными геометрическими параметрами/ И.Н. Егоров, Д.А. Кадхим // Труды Девятого междунар. симпозиума «Интеллектуальные Системы» (INTELS' 2010) Под ред. К.А. Пупкова. М.: РУСАКИ, 2010. С. 554

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

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

27. Иванов, A.A. Математическая модель динамики пресмыкающихся [Текст] / A.A. Иванов. // Мехатроника, автоматизация, управление, 2004. -№4. - С.15-19 .

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

155

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

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

31. Краснослободцев, BJL Адаптивные пневмовакуумные захваты и опоры роботов [Текст] / BJ1. Краснослободцев, В.Ю. Скворцов // С.-Петербургский технический университет. СПб, 1996.

32. Ландау, Л. Д., Теоретическая физика. T. VII. Теория упругости [Текст] / Л.Д. Ландау, Е.М. Лившиц. - М.: Наука. Гл. ред. физ. мат. лит., 1987. - 248 с.

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

34. Локтев, А.Д. Общемашиностроительные нормативы режимов резания. Справочник [Текст] / А.Д. Локтев, И.Ф. Гущин, Б.Н. Балашов // Изд.: Машиностроение ISBN: 5-217-001189-0, 1991.-217 с.

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

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

37. Мальчиков, A.B., Адаптивный робот для перемещения по трубопроводам переменного диаметра [Текст] / A.B. Мальчиков // Мехатроника, робототехника: Современное состояние и тенденции развития: сб. науч. статей Всероссийской науч. школы для молодежи. - Курск, 2011. -С.110-119

38. Мальчиков, A.B., Адаптивный мобильный робот для перемещения внутри трубопроводов [Текст] / A.B. Мальчиков, С.Ф. Яцун // Современная мехатроника: сб. науч. тр. Всероссийской научной школы. - Орехово-Зуево, 2011. - С.122-125

39. Мальчиков, A.B. Математическое моделирование адаптивного внутритрубного робота [Текст] / A.B. Мальчиков // XXIII Международная

инновационно-ориентированная конференция молодых ученых и студентов (МИКМУС - 2011). - Москва, 2011. С. 289

40. Мальчиков, A.B. Адаптивный мобильный робот для диагностики трубопроводов [Текст] / A.B. Мальчиков // Молодежь и XXI век - 2012: сб. тр. международной молодежной научной конференции.- Курск, 2012. - С. 225-227

41. Мальчиков, A.B. Экспериментальные исследования энергопотребления внутритрубного робота [Текст] / A.B. Мальчиков, С.Ф. Яцун // Мехатроника. Современное состояние и тенденции развития, сб. науч. тр. международной молодежной конференции, Орехово-Зуево, 2012. -С. 109-114

42. Мальчиков, A.B., Экспериментальные исследования процесса фиксации внутритрубного мобильного робота [Текст] / A.B. Мальчиков, С.Ф. Яцун // Актуальные вопросы науки: мат. VIII международ, нанаучно-практ. конф. - М, 2013. - С. 29-33

43. Мальчиков, A.B. Исследование движения плоского шестизвенного внутритрубного мобильного робота [Текст] / A.B. Мальчиков, С.Ф. Яцун, С.Б. Рублев // Известия Самарском научного центра Российской академии наук. - Самара, 2012, №4 (5). - С.1263-1265.

44. Митрохин, М.Ю., Внутритрубная диагностика труднодоступных участков линейной части МГ/ М. Ю. Митрохин, В. А. Спирин, В.А. Александров // Газовая промышленность. 2008. No6. С. 72-74.

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

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

47. Пановко, Я. Г. Основы прикладной теории колебаний и удара [Текст] / Я. Г. Пановко.— 4 изд., перераб. и доп.— JL.: Политехника, 1990.— 271 е.: ил.

48. Пат. 2237590 Российская Федерация. Способ передвижения устройства (варианты) и устройство для его осуществления [Текст] / Заборовский B.C., Иванов A.A., Носов В.Н.; заявл. 19.02.2004; приоритет 25.01.2002.

49. Пат. 114022 Российская Федерация МПК7 B62D 57/00. Трехзвенный внутритрубный робот для перемещения по трубопроводам / Яцун С.Ф., Мищенко В.Я., Мальчиков A.B.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет». № 114022; заявл. 13.10.2011; опубл. 10.03.2012, Бюл.№ 7.- С.5Пат

50. Пат. 116454 Российская Федерация МПК7 B62D 57/00. Адаптивный виброробот для перемещения по трубопроводам / Яцун С.Ф., Мищенко В.Я., Мальчиков A.B., Аркелян Виген(Фр); заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет». № 116454; заявл. 13.10.2011; опубл. 27.05.2012, Бюл.№ 15.- С.5

51. Пат. 125988 Федерация МПК7 B62D 57/00. Фиксирующее устройство робота / Яцун С.Ф. Мальчиков A.B., Мищенко В.Я; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет». № 125988; заявл. 23.10.2012; опубл. 20.03.2013, Бюл.№ 8.-С.4Подураев, Ю.В. Мехатроника: основы, методы, применение [Текст] / Ю.В. Подураев - М.: Машиностроение, 2007 - 256 с.

52. Подураев, Ю.В. Основы мехатроники: учебное пособие. - М.: МГТУ «Станкин», 1999.

53. Сапронов, К.А. Исследование движения прыгающего робота [Текст] / К.А. Сапронов, Е.С. Тарасова, A.C. Яцун // Известия ВУЗов. - М.: Машиностроение, - 2009. - №3. - С. 42-51.

54. Фигурина, Т.Ю. Управляемые квазистатические движения двузвенника по горизонтальной плоскости [Текст] // Изв. РАН. ТисУ. 2004. 3. с. 160 176.

55. Фигурина, Т.Ю. Управляемые медленные движения трехзвенника по горизонтальной плоскости [Текст] // Изв. РАН. ТисУ. 2005. 3. с. 149 156. 163

56. Фигурина, Т.Ю. Оптимальное управление движением системы двух тел по прямой [Текст] / Т.Ю. Фигурина // Изв. РАН. Теория и системы управления, 2007. - №2 - С. 65-71.

57. Чащухин, В.Г. Сухой адгезионный материал для схватов в микроробототехнике [Текст] / В. Г. Чащухин// «Нано- и микросистемная техника». 2009. С 13 - 18.

58. Чащухин, В. Г. Исследование устройств сцепления мобильных роботов с поверхностью, имеющих адгезионные материалы на контактных площадках [Текст] / В.Г. Чащухин // Препринт № 861 ИПМех РАН.

59. Черноусько, Ф. Л. Движение многозвенника по горизонтальной плоскости [Текст] / Ф.Л. Черноусько // Прикладная математика и механика, 2000. - Т. 64. - Вып. 1. - С. 8-18.

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

61. Черноусько, Ф.Л. О движении трехзвенника по плоскости [Текст] // Прикладная математика и механика. 2001. Т. 65. Вып. 1. С. 15-20.

62. Черноусько, Ф.Л. Оптимальное прямолинейное движение двухмассовой системы [Текст] // Прикладная математика и механика. 2002. Т. 66. Вып. 1. С. 3-9.

63. Черноусько, Ф. Л. Волнообразные движения многозвенника по горизонтальной плоскости. // Прикладная математика и механика, Т. 64, вып. 4, 2000, с. 518-531.

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

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

66. Юревич Е.И. Основы робототехники. - 2-е изд. Спб.: ВХУ-Петербург, 2005.-416 с.

67. Яцун, A.C. Активная защита электронных компонентов от вибрации с применением электродинамического привода [Текст] / A.C. Яцун, К.А. Сапронов, A.B. Мальчиков // Вибрационные машины и технологии: сборник научных трудов. - Курск: КГТУ, 2008. - С. 408 - 414.

68. Яцун, A.C. Исследование движения трёхзвенного ползающего робота [Текст] / А.С Яцун, М.А. Гребенников // Материалы Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2011» / Отв. ред. А.И. Андреев, A.B. Андриянов, Е.А. Антипов, М.В. Чистякова. [Электронный ресурс] — М.: МАКС Пресс, 2011.

69. 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.

70. 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.

71. Яцун, С.Ф. Робот для перемещения по поверхностям с произвольным углом наклона/ С.Ф. Яцун, B.C. Дышенко, A.M. Алдохин // Вибрационные машины и технологии: Сб. науч. тр. / Курск, гос. техн. ун-т. Курск, 2003. С.95—98.

72. Яцун, С.Ф. Автоматизированный мобильный комплекс для диагностики трубопроводов переменного диаметра [Текст] / С.Ф. Яцун, A.B. Мальчиков // Автоматизация и современные технологии. - Москва, 2012. -№12.-С. 3-8.

73. Яцун, С.Ф. Динамические опорные элементы ползающих роботов для движения по наклонным поверхностям [Текст] / С.Ф. Яцун, A.B. Мальчиков, А.И. Жакин // Известия Юго-западного государственного университета. - Курск,2012, №2(41).Ч.1- С.89-95.

74. Яцун, С.Ф. Разработка математической модели опорного элемента ползающего робота, оснащенного бурильным модулем [Текст] / С.Ф. Яцун, А.В. Мальчиков // Управляемые вибрационные технологии и машины: сб. научн. ст.- Курск, 2012. - С.116-123.

75. Яцун, С.Ф. Математическое моделирование движения плоского шестизвенного внутритрубного робота [Текст] / С.Ф. Яцун, А.В. Мальчиков // Актуальные вопросы технических наук (II): мат. международ, заоч. науч. конф. - Пермь, 2013. - С. 58-62.

76. Яцун, С.Ф. Виброробот для вертикального движения по металлической шероховатой поверхности [Текст] / С.Ф. Яцун, О.Г. Локтионова, А.А. Черепанов // Изв. Самар. науч. центра РАН. 2010. Т. 12, № 4 (3). С. 651- 655.

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

78. 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.

79. Arai, M. Development of «Souryu-IV» and «Souryu-V»: Serially connected crawler vehicles for in-rubble searching operations [Текст] / M. Arai, Y. Tanaka, S. Hirose, H. Kuwahara, S. Tsukui, // J. Field Robot., vol. 25, no. 1-2, pp. 31-65, 2008.

80. Batzer, S.A. Modeling vibratory drilling dynamics [Текст] / S.A. Batzer, A.M. Gouskov, S.A. Voronov// Transactions of the ASME, Journal of Vibration and Acoustics 123,4,2001. PP. 435 - 443.

81. Brunete, A. Drive modules for pipeinspection microrobots [Текст] / A. Brunete, M. Hernando, E. Gambao, // 2004 IEEE International Conference on Mechatronics and Robotics, Aachen, 2008

82. Chernousko, F.L. Manipulation Robots: Dynamics, Control and Optimization [Текст] / F. L. Chernousko, N. N. Bolotnik, V. G. Gradetsky // Boca Raton: CRC Press, 1994. — 268 p.

83. Chernousko, F.L. Snake-like locomotion of multilink systems [Текст] // Journal of Vibration and Control. 2002.

84. Craig, J.J. Introduction to Robotics: Mechanics and Control Addison-Wesley [Текст] / J.J. Craig; 2nd edition, 1989^- 450 c.

85. Daltorio, K. A Small Wall-Walking Robot with Compliant, Adhesive Feet [Текст] / К. Daltorio, A. Horchler, S. Gorb, R. Ritzmann, R.Quinn // Proceedings of the IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, Grenoble, France, 2005. С 4018 - 4923.

86. Dertien, E. Development of an inspection robot for small diameter gas distribution mains [Текст] / E. Dertien S. Stramigioli K. Pulles // 2011 IEEE International Conference on Robotics and AutomationShanghai International Conference Center, Shanghai, 2011. pp 5044-5049.

87. Fearing, R.S. Rapidly Prototyping Millirobots using Toolkits and Microassembly [Текст] / R. S. Fearing, R. Sahai, A. Hoover // Proceedings of the IARP 2006, Paris, 2006.

88. Gacovski, Z. Mobile Robots - Surrent Trends [Текст] / Z. Gacovski. - Изд-во: InTech, 2011.-414 c.

89. Gans, C. How snakes move [Текст] / С. Gans // Scientific Amer., vol. 222, 1970. pp.82-96

90. Gorinevsky, D. Force Control of Robotic Systems CRC-Press [Текст] / D. Gorinevsky, A. Formalsky, A. Schneider, 1998. - 368 c.

91. Hirose, S. Biologically Inspired Robots: Snake-like Locomotors and Manipulators [Текст] / Shigeo Hirose. // Oxford University Press, 1993. - ISBN 019-856261-6.

92. Hirose, S. Biologically inspired snake-like robots [Текст] / Hirose, S., Mori M. //' Proceeding of the IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics, IEEE Xplore Press, Shenyang, 2004 pp: 1-7.

93. Hirose, S. Kinematic control of active cord mechanism with tactile sensors. [Текст] / S. Hirose, Y. Umetani // Proceeding of the 2nd RoMAnSy Symposium, Warsaw, 1976 pp: 241-252.

94. Hirose, S. Biologically Inspired Robots: Snake-Like Locomotors and Manipulators [Текст] / S. Hirose, P. Cave, C. Goulden // Oxford University Press, ISBN: 10: 0198562616,1993 pp: 240.

95. Hollinger, G. Genetic Optimization and Simulation of a Piezoelectric Pipe-Crawling Inspection Robot [Текст] / G. Hollinger, J. Briscoe, // Proc. IEEE Intl. Conf. Robotics, 2005.

96. Jutsun, S.F. Control system of the independent undersea robot [Текст] / S.F. Jutsun, P.A. Bezmen, A.V. Malchikov, A.S. Yatsun // Science and Education: materials of the II international research and practice conference, Munich, Germany 2012. - Pp 165-170.

97. Kimura H., Development of Genbu: Active wheel passive joint articulated mobile robot [Text] / H. Kimura, S. Hirose // in Proc. 2002 IEEE/RSJ Int. Conf. Intelligent Robots and Systems, 2002, pp. 823-828.

98. Komori M., Inspection robots for gas pipelines of Tokyo Gas [Текст] / M. Komori, K. Suyama //Proceedings of the conference Advanced Robotics, 2001, Vol. 15, No 3, pp. 365-370.

99. Nielsson, M. Snake Robot Free Climbing [Текст] / M. Nielsson. // Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA'97). - Albuquerque/NM. - 1997.

100. Solidworks [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://solidworks.com, свободный.

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

102. Shan, Y. Design and Motion Planning of a Mechanical Snake, IEEE Transactions on Systems [Текст] / Y. Shan // Man, and Cybernetics, 1993. - Vol. 23(4).-P. 1091-1100.

103. Shan, Y. Obstacle accommodated motion control of a plannar manipulator [Текст] / Y. Shan, Y. Koren // in Proc. Int. Conf Contr. Robotics, Vancouver ВС, Canada, Aug. 4-7. - 1992 - pp. 62-65

104. Shan J., Mei T., Ni L., Chen S., Chu. J. Fabrication and adhesive force analysis of biomimetic gecko foot-hair array. //Proceedings of the 1st IEEE international conference on nano/micro engineered and molecular systems, Zhuhai, China, pp. 1546-1549, January 18-21,2006.

105. Shin, H. C. Development of a Snake Robot Moving in a Small Diameter Pipe [Текст] / H. С. Shin, К. M. Jeong, and J. J. Kwon //, Int. Conf. Control, Automation, System. -2010. - pp. 1826-1829.

106. Sigurd, A. A snake-like robot for internal inspection of complex pipe structures (PIKo) [Текст] / A. Sigurd, P. Fjerdingen, A. Transeth // The 2009 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Louis, USA. - 2009. - pp 5665-5671

107. Sun L., Lu L., Qin X., Gong Z. Micro robot for detecting wall cracks of pipe // Proceedings of the 6-th International Conference CLAWAR 2003, Catania, Italy, 2003, pp.643-650

108. Suzumori, K. A Miniature inspection robot negotiating pipes of widely varying diameter [Текст] / К. Suzumori, S. Wakimoto, M. Takata // Proceedings of the 2003 IEEE Inlernational Conference on Robotics &Automation Taipei, Taiwan. - 2003. - pp. 2735-2740 _

109. Unver O., Murphy M., Sitti M. Geckobot and Waalbot: Small-Scale Wall Climbing Robots. // AIAA 5th Aviation, Technology, Integration, and Operations Conference (ATIO). Arlington. Virginia. 2005.

110. Versatrax 150 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.inuktun.com/crawler-vehicles/versatrax-150.html, свободный

164

111. Zhao, Y. Interfacial energy and strength of multiwalled-carbon-nanotube-based dry adhesive. [Текст] / Y. Zhao, T. Tong, L. Delzeit, A. Kashani, M. Meyyappan, A. Majumdar // J. Vac. Sci. Technol. В 24(1). - 2006 - pp.1071-1023.

112. Zhao, Y.-L. . Noncovalent Functionalization of Single-Walled Carbon Nanotubes [Текст] / Y.-L. Zhao, J.F. Stoddart // Acc. Chem. Res 42, (8). - 2009. -pp. 1161-1171

УТВЕРЖДАЮ:

Начальник центра (г. государственно: «18 Централ институт» Российско

« // »

АКТ

научно-исследовательского Курск) Федерального гного предприятия следовательский обороны

¡аров

об использовании результатов кандидатской диссертационной работы Мальчикова Андрея Васильевича, выполненной по теме: «Динамика управляемого движения шестизвенного мобильного внутритрубного робота» в производственном процессе предприятия.

Комиссия в составе: главного инженера опытно-конструкторского бюро, Лысенко Я.А. (председателя комиссии); начальника конструкторско-технологического отдела Ермолаева С.А. (члена комиссии); заместителя начальника конструкторско-технологического отдела Зотова Ю.В. (члена комиссии); составили настоящий акт в том, что результаты кандидатской диссертационной работы Мальчикова A.B. внедрены в процесс подготовки производства опытно-конструкторского бюро научно-исследовательского центра (г. Курск) Федерального государственного унитарного предприятия «18 Центральный научно-исследовательский институт» Министерства обороны Российской Федерации, а именно:

> разработанный диссертантом программный комплекс, позволяющий производить синтез конструкции, настройку системы автоматического управления и определять параметры электропривода шестизвенного мобильного робота, для перемещения внутри трубопроводов переменного диаметра;

У разработанный экспериментальный стенд позволяющий: проводить опытные исследования процесса движения управляемой шестизвенной конструкции; производить отладку системы автоматического управления приводами; отлаживать алгоритмы перемещения по криволинейным траекториям трубопровода.

Акт выдан для предоставления в диссертационный совет Д 212,105.01.

сенко Я. А./

Председатель комиссии: Главный инженер ОКБ

Члены комиссии: _

Нач. конструкторско-технологического отдела

Зам. нач. конструкторско-технологического отдела

рмолаев С.А./ /Зотов Ю.В./

УТВЕРЖДАЮ: ор по учебной работе Юго-хи'осударственного

О.Г. Локтионова 2013 г.

• .v - К. /

об использовании результатов кандиДак^й^щсссртационной работы Мальчикова Андрея Васильевича, выполненной по теме: «Динамика управляемого движения шестизвенного мобильного внутритрубного робота» в учебном процессе

Комиссия в составе начальника учебно-методического управления, к.т.н., доцента Романченко A.C. (председателя комиссии); заведующего кафедрой ТМиМ профессора Яцуна С.Ф.(члена комиссии); доцента кафедры ТМиМ Мшценко В.Я. (члена комиссии); доцента кафедры ТМиМ Политова E.H. (члена комиссии) составили настоящий акт в том, что результаты кандидатской диссертационной работы Мальчикова A.B. внедрены в учебный процесс кафедры «Теоретическая механика и мехатроника» по специальности 220401.65 «Мехатроника» и направлению подготовки бакалавров 220200.62 «Автоматизация и управление», а именно:

- разработанный диссертантом программный комплекс, позволяющий производить синтез конструкции, настройку системы автоматического управления и определять параметры электропривода шестизвенного мобильного робота, для перемещения внутри трубопроводов переменного диаметра.

- разработанный экспериментальный стенд позволяющий: проводить опытные исследования процесса движения управляемой шестизвенной конструкции; производить отладку системы автоматического управления приводами; отлаживать алгоритмы перемещения по криволинейным траекториям трубопровода

Акт выдан для предоставления в диссертационный совет.

Председатель комиссии: начальник учебно-методического управления, к.т.н., доцент

Члены комиссии:

^г^ТРоманченко A.C./

зав. кафедрой ТМ и М, д.т.н., профессор доцент кафедры ТМ и М, к.т.н. доцент кафедры ТМ и М, к.т.н.

-> /Лцун С.ФУ

/Мищенко В .Я./ /Политов E.H. У

российская федерация

(191 _..<«)

1?и

125988<13> 41

(51) 1Л1К

В66С9/18 (2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕ НТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ

(12) ПАТЕНТ НА ПОЛЕЗНУЮ МОДЕЛЬ

Статус: поданмм на 07.06.2013 - д ействует

Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2012145147111,23.10.2012

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 23.10.2012

Приор ит ет(ы):

(22) Дата подан и заявки: 23.10.2012

(45) Опубликовано: 20.03.2013

Адрес для переписки:

305940, г.Курск, ул. 50 лет Октября, 94, ЮЗ гу, ОИС

(72) Автар(ы):

№л ьч иксе Днд рей Васильевт (КО), Я1ун Сергей Федорович (И II), МИщенко Владимир Яковлевич (ГШ)

(73) Патентообладатель^):

Федеральное государственное бюджетное об разователь нее учревдение ш сшего грофессионапьного образования "Юго-Западный государственный ужверситет" (И11)

(54) ФИКСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО РОБОТА (57) Реферат:

Попетая модель относится к транспортному машиностроению, а именно к захват шм устройствам для ф иксации транспортных средств и к педипупяторам мобильных роботов для перемещения по вертикальным и наклонным поверхностям, внутри трубогроводов, в частности, для мотмтортга состоянея поверхности.

Задача полезной модели расширение области использования упройсгаа, за счет его Тфименания в конструкциях автономных мобильных роботов.

Сущность изобретения: фиксирующее устройство робота состоит из корпуса 1 оснащенного тфоушиной крепления 2, с помощью которой устройство устанавливается на мобильный робот (можт использоваться другой иг) крепления, например, посредством цилтдрмческого шаршра). Внутри корпуса подвижно закреплен электродвигатель 3 посредством гдожиты 4. Дополнительно на корпус устройства устанавливаются контакт ныедатчжи 5, информация с которых используется системой управления мобильного робота. На валу электродвигателя установлен бурильный инструмент 6, который при вращении электродвигателя проникает в поверхностный слой поверхности 7.

Полезная модель относится к транспорт ному машиностроению, а именно к захватным устройствам для фиксации транспортных средств и к педипуляторам мобильных роботов для перемещения по вертикальным и наклонным поверхностям, внутри трубопроводов.

11>вестно устройство, содержащее фмхидоющий элемент, гфивод перемещения ф жсирующего элемента и опорный ролик (см. авт. свид. СССР 925843, В66С 9/18, 1980 Щ. Данное у:тройство имеет невысокую эксплуатационную надежность.

Наиболее блинам к заявляемому устройству по своей технический сущности является фиксирующее устройство робота, содержащее опору, связанную через шток гиеемо1$1линдра с вакуумным тфисосом (см.

патент на пояезнуга модель РФ Цй 8691 МПК ВббС 9/18,1998 г).

Недостатком данного технического решения является необходимость использования внешнего источника ва(фума, что не позволяет использовать устройство в нонструкцш автономных мобильных роботов.

Задана полезной модели - расширение области использования устройства, за счет его пршшвмя в конструкцттах автономиях мобильных роботов.

Поставленная задача достигается тем, что фивирующее устройство робота, включающее опору, дополнительно содержит фиксирующий элемент, выполненный в виде бурильного модуля, включающего в себя электродвигатель, подвижно закрепленный посредством пружины внутри корпуса опоры, при этом на валу двигателя установлен бурилымй инструмент, а корпус дополттельно оснащен контактными датчиками.

Заявляемое техтчесное решение отличается от про тот ига тем, что устройство дополнительна содержит фиксирующий элемент, выполненный в воде бурильного модуля, включающего в себя электродвигатель, подвижно закрепленный посредством пружины внутри корпуса оперы, при этом на валу двигателя установлен бурил ьный инструм ент, а корт^с допол нител ьно оснащен контактным и датчиками

Совокупность заявленных признаков об еспечдеает достижение задачи полезной модели - расширеше области использования устройства, за счет его применения в конструкциях автономных мобилыых роботов.

На ф иг.1. показан обидой вод устройства в различных ф азаяфаботы.

Фиксирующее устройство робота состоит из корпуса 1 оснащенного проушиной крепления 2, с помощью которой устройство устанавливается на мобилыый робот (может использоваться другой тип крепления, нагфимер, посредством иртлиадрического шарнира). Внутри корпуса подвижно закреплен электродвигатель 3 посредством пружины 4. Дополнительно на корпус устройства устанавливаются контактные датчики 5, информада с которых используется системой убавления мобильного робота. На валу ал ветродвигателя установлен бури ль ты й инструмент в, который при вращении электродвигателя проникает в поверхностный слой поверхности 7.

Устройство работает следующим образам.

В начальный момент времени бдоильный инструмент С расположен снаружи корпуса фиксирующего устройства 1 (фиг.1, а). При поджатии устройства к поверхности, бурилыый модуль смещается вглубь корпуса, деформируя прузмиу 4 После того как корпус опоры 1 полностью соприкасается с поверхностью 7, с датчиков 5 поступает «гнал на электродвигатель 3, который приводит во вращательное движение бурильный инструмент 6. Под действием силы упругости деформированной пружины 4 и момента развиваемого электродвигателем 3 осуществляется заглубление бурильного инструмента б в поверхность. После прохода на заданную глубину, бури ль ты й инструмент б останавливается.

Фиксация устройства осуществляется за счет сил трения, возшкающих между режущими кромками бурильного инструмента б и материалом поверхности 7. Для осуществления отрыва ф иксцэующего устройства робота от поверхности, на электродвигатель 3 бурильного модуля подается реверсивный управляющий сигнал, что приводит к«нывдечиванига» бурильного инструмента 6 из поверхности 7 и перемещению робота.

Предлагаемое фи<сирутощее устройство может быть использовано в конструкциях различных автономиях мобильных роботов, что позволит последним более эффективно перемещаться по накложым и вертикальным поверхностям, внутри трубопроводов, в чадаости, для решения задач монигоршгя состояшя поверхности.

Формула полезной модели Фиксирующее устройство робота, включающее опору, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит фиксирующий элемент, выполненный в виде бурильного модуля, включающего в себя электродвигатель, подвижно закрепленный посредством пружины внутри корпуса опоры, при этом на валу двигателя установлен

бурильный инструмент, а корпус дополнительно оснащен контактными датчиками.

ФАКСИМИЛЬНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ

(19) (11) . .

Г?и 114022 111

(£1) МЖ

В62057/00 (2006.01) В08В9/055 (2006.01)

ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМИ ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ

(12> ПАТЕНТ НА ПОЛЕЗНУЮ МОДЕЛЬ

Статус: по дажым на 07.06.2013 - грекратил действие, но может быть восстановлен

— Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011141681т, 13.10.2011 (72) Автор(ы):

(24) Дата начала отсчета срою действия патента: Мал ьч иксе Анд рей Васильевич ((№),

Я ту" Сергей Федорович (Ли),

13.10.2011 Мищенко Владимир Яковлевич (ВЦ)

Приоригет(ы): (73) Патентообладатель (и):

(22) Дата под эти заявки: 13.10.2011 Федеральное государственное бюджетное

(45) Опубликовано: 10.03.2012 об разовательное учреждение вы сшего

грофессианального образован!«!

Адрес для перетеки: 'Юго-Западный государственный

305040, г.Курск, ул. 50 лег Октября, И юз гу, ОИС университет" (ЛИ)

<54)трехзвенный виброробот для перемещения по трубопроводам

(57) Реф ерат:

Полезная модель относится к самоходным транспортным средствам.

Задача полезной модели повышение эффективности функционирования устройства, за счет снижения зависимости скорости робота от неровностей и изменами диаметра трубы

Сущность изобретения; Трехзвенный виброробот для перемещения по трубопроводам состоит т двух элекгромагттных катушек 1, установленных на корпусах транспортных узлов 2. Корпус транспортного узла содержит натравляющие 3, вдоль которых перемещается стержень 4 закрепленный на якоре 5 злектроматпа. Шарнир 6 подвижно закрепленный на якоре 5, соединен подвижно с петлями 7, расположенными на корпусе другого транспортного узла 2. На транспортном узле установлена поджимная шайба 8, прижимающая ф рикционныеусики 9 к поверхности трубы 10.

Положительный эффект: расширение функциональных возможностей.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА

Полезная модель относится к самоходным транспортным средствам.

Известен мобилыый робот для шспекцил и очистки втутренней поверхности трубопровода, транспортная часть которого состоит из моторредукторов, связажых с юлесам и (см. Подураеа Ю.В. Мех а трон на: основы, методы, гфименение: учеб. пособие для студентов вузов. - М; Машиностроение, 2006. с.160-166).

Недостатком данного устройства является то, что при движении по сильно загрязненном трубопроводам, колеса робота могут застревать в отложениях, что сникает эффективность этого робота.

Известен мобильный робот для инспекции и очистки внутрежей поверхности тдебопровода, в ключ ающий в себя транспортн/го часть, характеризующееся тем, что транспортная часть состоит из двух катушек, установленных на корпусах транспортных узлов, по натравляющим которых перемещаются якоря электромапмтов, на якорях неподвижно закреплены штыри с подпружитенгыми вилками, поджимающими шарики к внутренней поверхности трубы, а транспортные узлы кинематически соединены приводами (см.

патент на полезную модель РФ 66241 МП К ВОЗВ 9/055,2007 г).

Недостатком, данного техтчесюго решения является высокая зависимость скорости движения от неровностей поверхности трубы и изменения диаметра трубы, что приводит к невысокой эффективности ф уншионировання.

Задача пол юной модели - повышеняе эффективности функционирования устройства, та счет снижения завис «мост и скорости робота от неровностей и изменений диаметра трубы.

Поставлешая задача достигается тем, что в трехзвенном ешбророботедля перемещения по трубопроводам, включающем в себя транспортную часть, состоящую из двух катушек, установи ентых на корпусах транспортных узлов, по направляющим которых перемещают« якоря электромагнитов, дополнительно на якорях неподвижно затеплены фрищионные усики, обеспечивавщие взаимодействие робота с поверхностью трубы, а транспортные узлы кинематически соединены шартрами.

Заявляемое техническое решение отличается от гфототипа тем, что на якорях элекгромагжтов неподвижно закреплены фриюуютые усики, обеспечивающие взаимодействие робота с поверхностью трубы, а транспортные узлы кинематически соединены шарнирами.

Отличительные признаки в заявляемом техжчесмэм решен»! не выявлены при изучении данной и смежных областей техжки.

Совокупность заявленных признаков обеспечжает достижение задачи полезной модели - повышение эффект юности функцюшровани) устройства, за счет снижения зависимости скорости робота от неровностей и изменений диаметра трубы.

На фиг.1 показан общий вод устройства, на ф ¡г.2 - транспортный узел робота в продольном разрезе,

Треязвенный виброробот для перемещемм по трубопроводам состоит из двух электромагнитных катушек 1, установленных на корпусах транспортных узлов 2. Корпус транспортного узла содержит направляющие 3, вдоль которых перемещается стфжень 4 закрепленный на якоре 5 электромагнита. Шарнир Б подвижно закрепленный на якоре 5, соединен подвижно с петлями 7, расположенными на корпусе другого транспортного узла 2. На транспортном узле установлена подзюмная шайба 8, прижимающая фрикционные усики 9 к поверхности трубы 10.

Устройство работает следующим образом.

Электромагнитные катушки 1 осуществляют перемещение-транспортных узлов 2 друг относительно друга параллельно оси трубы 10. При этом здит из транспортных узлов движется свободно под действием электромагнитной катушки 1, а второй остается на месте, т.к. фрикционные усики 9, расклиненные поджимной шайбой 8 упираются в неровности трубы 10 и создают значительную силу трения препятствующую деиженио. При попеременном подаче питания на катушки один из транспортных узлов стопорится, а второй остается свободным, что приводит в движение устройства

Использование трехзвенного шброробота для перемещения по трубопроводам позволит расширить область применения технического решения, за счет снижения зависимости скорости работа от неровностей и изменений диаметра трубы.

Формула полезной модели Трехзвенный виброробот для перемещения по трубопроводам, включающий транспортную часть, состоящую иг двух катушек, установленных на корпусах транспортных узлов, по направляющим которых перемещаются якоря электромагнитов, отличающийся тем, что на якорях неподвижно закреплены

фрикционные усики, обеспечивающие взаимодействие робота с поверхностью трубы, а транспортные узлы кинематически соединены шарнирами.

ш 7

Г

российская федерация

рш

116454е13' Ш

(£1) МТК

В62057/00 |2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМИ ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ

(12) ПАТЕНТ НА ПОЛЕЗНУЮ МОДЕЛЬ

Статус: податым на 07.06.2013- грекратил действие, но может быть восстановлен

Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011141680т, 13.10.2011

(24) Дата начала отсчета срою действия патента: 13.10.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата под »ж заявки: 13.10.2011

(45) Опубликовано: 2T.a5.2012

Адрес для перетеки:

30 5040, г.Курск, ул. 50 лет Октябри, 94, ЮЗ ГУ, ОИС

(72) Аетор(ы):

Мгльчикое Андреи Васильевич ((*и), Я|ун Сергеи Федорович (ЯЦ), Миценко Владимде Яковлевич (К11), Аркепян В «ген (РЯ)

(73) Патент ообпадатель(м):

Федеральное государственное бюджетное об разователь ное учреждение вы сшего гроф ессиона ль ного образования 'Юго-Западный государственной университет" Щи}

(54) адаптивный вйброробот для перемещения по трубопроводам (57) Реферат: ""

Полезная модель относится к самоходным транспортным средствам.

Задача полезной модели • повышение эфф ективности работы.

Сущность изобретения: Адаптивный виброробот для перемещения по трубопроводам состоит из юргуса 1, закрепленного на корпусе 1 двигатель постоянного тока 2 с рев!ной передачей 3, преобразующей угловое перемещение вала двигателя постоянного тока 2 в линейное поступательное движение закрепленного на конце режи инерционного элемента 4, представляющего собой металлический цилиндр с возможностью скольжения а направлении движения рейки двигателя постоянного тока 2. Так же виброробот содержит два мотор-редуктора 5. закрепленное на корпусе 1; на валу каждого мотор-редуктора 5 закреплена пласт та 6, причем другой конец пластины 6 шарнирно соединен с одной из двух верхних пластин 7. Обе верхние пластины 7 шарнирно соединено меяду собой и с поджимным колесом 8.

Положительный эффект: расширение функциональных возможностей за счет повышен«! грсходимости робота.

Полезная модель относится к устройствам для инспекции и очистки внутренней поверхности трубопроводов и может быть использована для контроля состояния внутренней поверхности труботроводов.

Известно устройство для очистки внутреннего пространства трубогроводов, приспособленное для плотной посадки в трубопроводе с возможностью одновременного вращения и скольжения в нем с ис пол ь зов а тем

эксплуатационных свойств транспортируемой среды (см. патент РФ Н® 2266794,ВОВ ВШ055, БИ Ц° 36, 2005). Недостатком данного устройства является сложность конструкции.

Известен виброробот с одной подвижной массой, состоящий из плоской платформы-корпуса и свободно закрепленной подвижной массы характеризующееся тем, что подвижная масса гредстявляет собой полый металлический делицдр с возможностью свободного качения по поверхности плоской платформы-корпуса робота, кроме того, на платформе-корпусе установлен движитель в виде линейного электропривода, который представляет собой реверсивный двигатель постоя moro тока с реечной передачей, преобразующей угловое перемещение вала реверсивного двигателя постоянного тока в линейное поступательное движение подвижной

массы (см. патент на полезную модель РФ № 69010 U1 МПК B62D 57/00, 2007 г.)

Недостаткам дажого технического решении является жзкая деаходимость, невозможность перемещения по наклонным и верт »сальным поверхностям, что снижает эффективность работы робота.

Задача полезной модели - повышение эффективности работы.

Поставленная задача достигается тем, что в адаплвном вибророботе для перемещения по трубопроводам, содержащем движитель, представляющий собой двигатель постоянного тока с реечной передачей, преобразующей угловое перемещение вала двкгателя постоя того тока в линейное поступательное движение, закрепленного на конце рейки жерцгажого элемента, представляющего собой металлический цтлиндр с возможностью сколыиения в награвленти движения рейки двигателя постоянного тока, дополнительно введены два мотор-редуктора, закрепленные на корпусе; на валу каэдого мотор-редуктора закреплена пластина, причем другой конец пластины шарнирно соедтен с одной из двух верхних пластид обе верхние пластины шарнирно соединены мевдусобой и с поджимным колесом.

Заявляемое техническое решете отличается от Прототипа тем, что дополнительно ведены два мотор-редуктора, закрепленные на корпусе; на валу каждого мотор-редуктора закреплена пластина, причем другой конец пластины тарифно соедтен с одной из деух верхних пластин. Обе верхние пластины шарнирно соединены мееду собой и с поджимным колесом.

Отличительные признаки в заявляемом техшчесюм решент не выявлены при изучении данной и смежных областей техники.

Совокупность заявленных признаков обеспечивает достижение задачи полезной модели - повышение эф фекгюности работы.

На фиг.1 и 2 изображен вдагатный виброробот для переме&^екш по трубогроводам.

Лдаптюный виброробот для перемещения по 1|цбо|роводам состоит из корпуса 1, закрепленного на корпусе 1 двигатель постоя moro тока 2 с реечной передачей 3, преобразующей угловое перемещение вала двигателя постоянного тока 2 в линейное поступательное движение закрепленного на конце рейки инерциожого элемента 4, представляющего собой металлический делиадр с возможностью скольжения в направлении движения рейки двигателя постоянного тока 2. Так же виброробот содержит два могар-редуктора 5, закрепленные на корпусе 1; на валу казедого мотор-редуктора 5 затеплена пластина 6, причал другой конец пластины 6 шарнирно соединен с одной из двух верхнмх пластин 7. Обе верхние пластины 7 шарнирно соединены между собой и с поджимным колесом 8.

Адаптивный виброробот для перемещения по трубопроводам работает следующим образам.

Во вредя движения вперед двигатель постоянного тока 2 через реечную передачу 3 толкает инерционный элемент 4. Перемещение инерционного элемента 4 создает инерционные силы, направленные грот иво по ложно направлению перемещения инфционного элемента 4. В момент, когда инерционный элемент 4 наминает движете вперед мотор-редукторы 5 перемещают рейки 6 и тем самым перемещают рейки 7 и поджимное колесо 8, причем делают это тагам образом, чтобы колесо уперлось в стенку трубы, создавая силу трения. Таким образом, при движенпт жериртожого элемента 4 вперед робот зафиксирован на месте. В момент, когда инерционный элемент 4 начинает движение назад мотор-редукторы 5 перемещают рейки б и тем самым перемещают рейки 7 и поджимное колесо 8, причем делают это таким обрезом, чтобы сила нормальной реакции меэду колесом и стенкой трубы создавала силу трения меньшую, чем инерционные силы. Таким образом, при движкнж инерционного элемента 4 вперед робот не зафиксирован на месте и движется вперед под действием сил жердей.

Использование адаптивного виброробота для перемещения по трубопроводам позволит повысить проходимость робота и расширит функциональные возможности.

Формула полезной модели Адаптивный виброробот для перемещения по трубопроводам, содержащий движитель, представляющий собой двигатель постоянного тока с реечной передачей, преобразующей угловое перемещение вала двигателя постоянного тока в линейное поступательное движение, закрепленного на конце рейки инерционного элемента, представляющего собой металлический цилиндр с возможностью скольжения в направлении движения рейки двигателя постоянного тока, отличающийся тем, что дополнительно введены два мотор-редуктора, закрепленные на корпусе, на валу каждого мотор-редуктора закреплена пластина, причем другой конец пластины шарнирно соединен с одной из двух верхних пластин, обе верхние пластины шарнирно соединены между собой и с поджимным колесом.

ФАКСИМИЛЬНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ

ПДОМГрЫ кяфуэш

силе, н

Угол (¡ригк>*ен.«я 8нвц]и»А сия»* рад Пдошгры ^«ТрвПрвЖУЮ*

Пердоио«** отнои«*«« рб&рпсрё

АХТЧ&НЭЛ! СО'рОГХвЛПН»«« обмэяж Д88*»ТеПЯ Ом Эле**ра-«в!еш««>с*ий «озффн^мвнт Мэм#«1? ныи «коэффициент

кость вбмо?в* мера. Ги

Параметры робота

Дгомл зяеиде», м

Масса меп«ея м

Пардиеф*»« рвсч»т* Время модели ¡»»«ии, с

Т&чнодгь расчета

Ит»*

Г1-Л

\3 }

д. »-000001

С«!? 4- Т™*

1.^*4 О #4 4-0

О

мтз* О

Мкг 4-0001 МПП.-0

МОИ». 0 ^,

ят 4~ О

134 < О

Гэд | в О С шш

ЧятШ. * М< - ъА • ^ | - аа » иИ [ О ^¡шч^Л . н мыаЗ)! и * *>!>)

. МЗ т* ^

МТ!

мкг 5- 0 0001

.П а», .00001)»г ш

'■■дам ? ( <00001)л|\«тШ«Мк11 Мкг Ф(* >00001

>' ( < 0.0001) Ч»—«4>«ЧЬ

ЪшШ Н { 444 -с 0 0001) ' МИ

к„- 150

^ 3

3

и: . 0001 М>» 0

игз«-

* 50000

,р|о -- ^«гожГ^^] г *1| - Ы1 а, < 50000

- ^з - ^ !С 50000 4.4 1ЯЮ00

•»{[«•ж [«>- 2 «Ц 30000.14150000

иЗ-гШ-СвЛеЛт!

I.

134-,Ш СВ^!^

сч »-0.0041

Рис. П.1 Листанг программы расчета перемещения звеньев (продолжение см. С 178)

ййилт«

О 6 ;Г (123*1*12* ДО > О -0 6 и <т » Я21 до < О

13**вО*Л< |Г |34><!134Д< <06 _

106 Ш< ♦ 41» ЛИ .. О 0 6 :Г (1М. 01И О МШ» «- СМ ш - 1А> <к!#3 ^ МОИ* (МШ-1н|~М4 4М<(п4 мл мш? - 0 02

-«га . М34 ~ МЗ • М и->«а5 ~ «41 - »4 * ^ -ох«; • «41 » ^ «4 и 14 >>»1* »«(^ - у>4> - ^ ®4 15 14 »>#3 от) »> -

'так** д

и I

МТЛ ЧеД»ВЫ-в«о5^-«<>»¡1 * - ^ Ш И-Ычк«*»«^-<р4)-

■р! ** ^3 * Д| Д| I

из **

им <1«!

2

1.0 "и*

"и*

V* -.л*

>.6

1!м«1| - N«42!

Рис. П.2 Листинг программы расчета перемещения звеньев

(начало см. С 177)