Разработка САУ вибророботом с ультразвуковым датчиком

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ 6
2. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИПА РАБОТЫ ВИБРОРОБОТА 12
2.1. Схема виброробота 12
2.2. Математическая модель вибрационного робота 16
2.3. Результаты моделирования 18
3. РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ 20
3.1. Выбор электродвигателя 20
3.2. Выбор схемы редуктора 21
3.3. Расчет зубчатой передачи 22
3.3.1.Проектный расчет по контактным напряжениям 22
3.3.2. Расчет геометрических параметров передачи 23
3.4. Расчет реечной передачи 23
3.4.1. Расчет на контактную и изгибную прочность 23
3.4.2. Расчет геометрических параметров передачи 25
3.5. Расчет валов 28
3.5.1. Предварительный расчет 28
3.5.2. Расчет на статическую прочность 29
3.5.3. Расчет по приведенному запасу прочности 36
3.6. Выбор подшипников 37
3.7. Выбор смазки 38
3.8. Расчет посадки с натягом 38



3.9. Расчет клеевого соединения 41
4. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ РАЗДЕЛ 43
4.1. Проектирование системы автоматического управления 43
4.1.1. Структурная схема САУ 43
4.1.2 Составление передаточной функции системы 43
4.2. Исследование системы при помощи программного пакета MatLab 46
4.2.1 Построение схемы САУ 46
4.2.2. Исследование устойчивости линейной САУ 47
4.2.3. Синтез и исследование нелинейной системы управления 51
4.3. Разработка цифровой системы управления вибророботом на основе микроконтроллера ATmega8 53
4.3.1. Функциональная схема устройства 53
4.3.2. Разработка принципиальной схемы системы управления 55
4.3.4. Блок-схема управляющей программы 72
4.3.5. Исследование устойчивости цифровой системы управления 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 78
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 79
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 81
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 97

Одномассовый виброробот разрабатывается как мехатронная система, состоящая из механического, электрического, и электронного компонентов (микрокомпьютера). Механическая вибрация возбуждает тело робота, которое взаимодействует со средой с некоторым усилием. Робот оснащен датчиками обратной связи, чтобы поддерживать эффективный режим управления и обеспечивать заданные характеристики движения рабочего органа под действием различных вибраций. Характеристики вибровозбуждения должны быть настроены для специфической задачи, выполняемой роботом. Эта настройка может производиться на основе параметрической оптимизации, в которой характеристика управления роботом (например, его средняя скорость) выступает как основная функция.
Виброробот конструируется для мониторинга и передвижения в труднодоступных местах (трубах) и в других замкнутых цилиндрических пространствах.

Вибрационными мобильными роботами называются самодвижущи¬еся механизмы, состоящие из корпуса и подвижных внутренних масс. Двигаясь под действием приводов, внутренние массы взаимодействуют с корпусом механизма, а корпус, в свою очередь - с внешней средой.
Управляя движением внутренних масс, можно управлять силой реак¬ции внешней среды на корпус робота, обеспечивая его движение в же¬лаемом направлении и регулируя скорость. Вибрационные роботы про¬сты по конструкции, они не требуют специальных движителей, таких как колеса, гусеницы или ноги. Это, в частности, делает вибрационные роботы перспективными для движения не только по поверхностям, но и внутри плотных сред, сопротивляющихся давлению (например, в грун¬тах), а также в трубах. Микророботы подобного типа находят применение в медицине, например, для движения в мышечной среде с целью доставки лекарственного препарата или диагностического дат¬чика к пораженному участку. Вибророботы получили распространение в строительстве, мониторинге труднодоступных мест и во многих других областях нашей жизни.

В результате выполнения выпускной квалификационной работы был спроектирован вибрационный робот с подвижной внутренней массой, удовлетворяющий требованиям технического задания.
Разработана система управления вибрационным роботом со следующими техническими характеристиками и условиями работы:
1) напряжение питания: 12 В;
2) диапазон регулирования скорости: 0-0,03 м/с;
3) коэффициент перерегулирования при типовом воздействии в виде единичного импульса не более ;
4) время протекания переходного процесса t=0,15 с.
5) САУ обеспечивает поступательное движение виброробота с соблюдением требуемых характеристик скорости.