Разработка и исследование мехатронной мобильной системы шарового типа - Дипломная работа

Данная работа посвящена краткому обзору мини-роботов, анализу их сильных и слабых сторон, а также предложение своей конструкции мини-робота шарового типа и системы прямого компьютерного управления этим роботом, разрабатываемой на кафедре АИВТ СПБГПУ. Основное внимание в работе уделяется моделированию предложенной конструкции робота, системы управления таким роботом и анализу сильных и слабых сторон такой конструкции. Недостатком такого робота является необходимость создания движителем, вращающим груз внутри робота, достаточно большого момента при большом радиусе сферы, так как вращаемый груз должен быть максимально приближен к внутренней поверхности сферы для максимальной эффективности. Таким образом, в случае, когда масса тела существенно превосходит массу оболочки, тело является перемещаемым центром тяжести всего робота, а это движение тела в сфере может привести к перемещению всего робота. Запишем уравнения для скорости движения тележки по широте и по долготе сферы в зависимости от угла ?3 и скорости прямолинейного движения тележки Vц: Далее выведем скорость прямолинейного движения тележки Vц из скоростей каждого из колес V1 и V2 (где V2 - скорость правого колеса, которое находится со стороны тележки, к которой производится отсчет угла ?3, а V1 - скорость левого): Движение тележки можно разделить на прямолинейное и вращательное.Их анализ показал, что наиболее перспективным развитием колесных роботов широкого назначения являются шаровые мобильные роботы. Было произведено моделирование такого робота, а также системы управления таким объектом. Моделирование показало, что такой объект может быть управляем, но для этого требуется высокая динамика перемещения груза по поверхности сферы, что в условиях проводимой работы неосуществимо.Для всех моделей в настройках симуляции в разделе решателя установлен тип шага - фиксированный, размер шага - 0.001 (SIMULATION - CONFIGURATON PARAMETERS - SOLVER - Type: Fixed-step, Fixed-step size: 0.001). Формула блока (название блока не приводится изза слишком большой длины), который подсоединен к блоку GETFI: (u[2]*u[3]*sin(u[5])*sin(u[6]) / u[8] - u[7]*u[4])/ (u[1] u[2]) Исследование движения модели производится путем запуска ее через скрипт scr_mod1_trace.m, описанный в Приложении 2 к данной работе. Исследование разгона модели производится путем запуска ее через скрипт scr_mod1_TESTV.m, описанный в Приложении 2 к данной работе. Выходных параметров - 19 параметров: описательные углы модели, указанные выше параметры подмодели (выходы модели mod1), местоположение объекта на плоскости, груза в пространстве и вспомогательные выходы для отладки.Методика запуска скриптов: необходимо сделать рабочей папку с файлом запускаемого скрипта и файлом соответствующей модели (запускаемой скриптом, см. описания скриптов далее). Результат работы скрипта будет отображен на появляющихся фигурах (figure). figure plot(K(:,1),K(:,2)) grid on; Скрипт scr_mod1_trace, файл скрипта scr_mod1_trace.m Скрипт scr_mod2_trace, файл скрипта scr_mod2_trace.mТакже возможен запуск программы из среды программирования TURBOC (более поздние компиляторы не поддерживают функций ассемблера прямого обращения к регистрам LPT-порта). После запуска программы нажатием кнопок Insert, Delete, PAGEUP, PAGEDOWN можно изменять скорость и направление вращения двигателей на объекте, а по нажатии клавиши Esc происходит завершение работы программы.

В данной работе исследовались мобильные роботы. Их анализ показал, что наиболее перспективным развитием колесных роботов широкого назначения являются шаровые мобильные роботы.

Далее более подробно был рассмотрен мобильный мини-робот с движущимся по внутренней поверхности сферы грузом. Было произведено моделирование такого робота, а также системы управления таким объектом. Была выбрана разомкнутая система терминального управления по причине сложности реализации такой системы с полным функционалом.

Моделирование показало, что такой объект может быть управляем, но для этого требуется высокая динамика перемещения груза по поверхности сферы, что в условиях проводимой работы неосуществимо.

Более хорошие результаты можно получить при попытке создания и использования шарового двигателя с полым ротором, однако это объект возможных дальнейших изучений.

Система, построенная по принципам прямого компьютерного управления, показала свою работоспособность при невысоких денежных и временных затратах. Идея прямой передачи управляющего сигнала от ЭВМ на объект требует лишь достаточных частотных характеристик передающих звеньев, зато исключает необходимость в целом пласте работ по поиску, интеграции и программированию управляющих элементов на объекте.

Несмотря на то, что не все поставленные перед автором задачи были полностью выполнены, исследование показало эффективность применяемых конструкций и технологий, что позволяет говорить о целесообразности продолжения исследования, но на более серьезной элементной базе.

1. Сайт компании Rotundus: www.rotundus.se

2. Сайт новостей в мире технологий: www.membrana.ru

3. Сайт международной конференции Диалог: www.dialog-21.ru

4. Сайт МГТУ "Станкин": npd.stankin.ru

5. Сайт новых изобретений и новостей: gadgets.compulenta.ru

6. Информационный сайт высоких технологий: www.hizone.info

6. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин - Москва, 1987 - 248 с.