Автореферат (786393)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиКАРАВАЕВ ЮРИЙ ЛЕОНИДОВИЧТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ И УПРАВЛЕНИЯНЕКОТОРЫХ СИСТЕМ С КАЧЕНИЕМСпециальность 01.02.01 — Теоретическая механикаАвторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукИжевск — 2015 годРабота выполнена на кафедре «Мехатронные системы» федеральногогосударственногобюджетногообразовательногоучреждениявысшегопрофессионального образования «Ижевский государственный техническийуниверситет имени М. Т. Калашникова».Научныйруководитель:Килин Александр Александрович,доктор физико-математических наук, доцент, декан физикоэнергетического факультета Удмуртского государственногоуниверситетаОфициальныеоппоненты:Иванов Александр Павлович,доктор физико-математических наук, профессор, заведующийкафедрой теоретической механики Московского физикотехнического института (государственного университета)Буров Александр Анатольевич,доктор физико-математических наук, старший научный сотрудникфедерального государственного бюджетного учреждение наукиВычислительный центр им.

А.А. Дородницына РАНВедущаяорганизация:Федеральное государственное бюджетное учреждение наукиИнститут механики Уральского отделения РАНЗащита состоится «19» июня 2015 г. в 10 ч. 00 мин. на заседании диссертационногосовета Д212.125.14 при Московском авиационном институте (национальномисследовательском университете) по адресу: 125993, г. Москва, A-80, ГСП-3,Волоколамское шоссе, д. 4.С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотекеМосковского авиационного института (национального исследовательскогоуниверситета).Отзыв на автореферат, заверенный печатью организации, просим направлять поадресу: 125993, г.

Москва, A-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4.Автореферат разослан16 апреля 2015 г.Ученый секретарьдиссертационного совета,к. ф.-м. н., доцентВ. Ю. Гидаспов2Общая характеристика работыАктуальность работыСовременный интерес к теоретическим и экспериментальным исследованиям систем с качением вызван активным развитием робототехники,прежде всего мобильных роботов, предназначенных для эксплуатации какна поверхности Земли, так и в условиях других планет.

Для исследованияподобных систем используются уравнения движения в различных формах(Эйлера-Лагранжа, Чаплыгина, Воронца, Аппеля, Маджи и др.). Теоретические основы исследования систем с качением в неголономной постановкеизложены в работах как российских так и зарубежных авторов , которыевключают описание классических и новых неголономных систем. Отдельноследует отметить работы посвящённые исследованию неголономных моделей мобильных колесных роботов, к которым относятся самая простая ираспространённая модель мобильного робота только с двумя приводнымиколесами, с одним или двумя рулевыми колесами, мобильные роботы сроликонесущими колесами (или омниколесами). Это работы Д.

Е. Охоцимского, Ю.Г. Мартыненко, Я.В. Татаринова, А.А. Зобовой, С.Ф. Бурдакова,И.В. Мирошника, Р.Э. Стельмакова, А.В. Борисова, И. С. Мамаева, А.А.Килина и других.Большую популярность в последние годы, особенно у зарубежных авторов, приобретают исследования различных конструкций сферических роботов. Наиболее полные обзорные работы этого класса неголономных систем с качением представлены в работах А.В. Борисова, И. С. Мамаева,А.А. Килина, М.Свинина, А.Хальме, Р. Чейза, А.

Панди, Родри Армура, Ю.Винсента и других. Исследования в этом направлении являются наиболееактуальными, так как сферическое колесо в будущем является потенциальной заменой классического колеса. Это существенно повысит маневренность и управляемость мобильных роботов, а следовательно и степень ихвнедрения в различные сферы жизни. Разработка и внедрение неголономных движителей, на базе шаровых приводов, неголономных манипуляторовтребует развития соответствующих нелинейных моделей управления илиадаптации существующих моделей движения колесных систем.Практическая реализация алгоритмов управления системами с качением является сложной задачей, так как для её решения нет универсального подхода, и, как правило, разработке системы управления предшествуеттеоретический анализ движения, позволяющий подобрать рабочие режимы, соответствующие стационарным движениям неголономной системы,оценить их устойчивость и способы стабилизации.

С другой стороны, в3мобильной робототехнике наличие неголономных связей, ограничивающихвозможные перемещения, как правило, обусловлено отсутствием дополнительных приводных элементов. При современном развитии микропроцессорной техники разработка специальной «неголономной» системы управления является более дешевым вариантом, чем введение новых конструктивных и приводных элементов, исключающих неголономность системы,если это технически возможно.

Данное обстоятельство особенно актуальнодля автономных мобильных систем, испытывающих в абсолютном большинстве случаев проблемы с обеспечением энергией.В работе представлены исследования двух систем с качением. Первая сферический робот с внутренней омниколесной платформой, разработанный в рамках сотрудничества Лаборатории нелинейного анализа и конструирования новых средств передвижения (ФГБОУ ВПО «УдГУ») и НУЛ «Мобильные системы» кафедры «Мехатронные системы» (ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова»).

Исследование и разработка сферическогоробота имеют явную практическую значимость. Однако, без соответствующих теоретических моделей, описывающих движение подобных систем,в независимости от конструкции, реализовать алгоритмы управления длядостижения заданной точности на практике не представляется возможным.Вторая система является классической в неголономной механике - однородный диск, катящийся (с проскальзыванием) по горизонтальной поверхности (в зарубежной литературе его часто называют диск Эйлера).Анализу качения диска по горизонтальной поверхности посвящено большое количество работ, в том числе и экспериментальных. Однако, вопросо поведении диска в момент остановки остаётся открытым, что делает всесуществующие теоретические модели его движения неполными, а задачуэкспериментального исследования момента остановки актуальной, так каксуществующие гипотезы поведения диска в момент остановки (а также основанные на данных гипотезах теоретические модели), представленные вработах как отечественных так и зарубежных учёных, противоречивы.

Отметим, что вопрос о падении диска Эйлера является основным при изучении динамики и управления робота-колеса.Цель работыЦелью диссертационной работы является исследование динамическихсистем с качением, используя сочетание аналитических, численных и экспериментальных методов. Экспериментальные методы подразумевают разработку и создание натурных образцов рассматриваемых систем, а также4экспериментальных установок и методик определения параметров их движения.Методы исследованияДля решения поставленных в рамках диссертации задач предполагается использовать аналитические и численные методы теории динамическихсистем, теории устойчивости.

Для проведения экспериментальных исследований качения диска по горизонтальной поверхности разработаны методики, позволяющие определить наличие потери контакта катящегося диска от поверхности и даже зафиксировать ее длительность. Для исследования звука, сопровождающего качение диска, использовались такие методы спектрального анализа как быстрое преобразование Фурье и вейвлетпреобразование. При проведении экспериментальных исследований движения сфероробота использовались современные технологии захвата движения (Motion Capture). Обработка результатов экспериментов проводилась сиспользованием программного комплекса Matlab.Алгебраические преобразования, в том числе вывод уравнений, описывающих динамику, анализ устойчивости выполнялись с помощью пакета программ Maple v.15.

Программное обеспечение для управления сферороботом разрабатывалось на языке Си для микроконтроллеров серииSTM32F303 с ядром Cortex-M4 в среде Keil uVision4. Пользовательскийинтерфейс для управления сферороботом разработан на языке C] в средеMS Visual Studio 2010.Научная новизна и основные результатыРазработана новая конструкция сферического робота, приводящегосяв движение внутренней омниколесной платформой, и обладающая повышенной маневренностью. Построены кинематическая и динамическая модели движения разработанной конструкции сфероробота, проведен анализустойчивости частных решений. Проведены экспериментальные исследования разработанных математических моделей, на основе которых сделанаоценка возможности их использования для управления движением сферического робота с внутренней омниколесной платформой.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации