Проектирование одномассового виброробота с кинематической связью

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.
Асимметрия внутренних сил сис¬темы тел является одной из причин возбуждения так называемого виб¬рационного перемещения, ко¬гда система, формально говоря, дви¬жется только под действием силы трения.
В курсовом проекте конструируется вибрационный одномассовый робот. Одномассовый мобильный виброробот разработан 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...

Рассматривается прямолинейное движение по горизонтальной шероховатой плоскости тела с подвижной внутренней массой, которая также перемещается вдоль прямой, параллельной линии движения тела. Предполагается, что в начале и в конце каждого периода скорость основного тела равна нулю. Внутренней массе разрешено перемещаться в фиксированных пределах. Рассмотрены режимы управления по скорости и по ускорению внутренней массы.
Асимметрия внутренних сил системы тел является одной из причин возбуждения так называемого вибрационного перемещения, когда система, формально говоря, движется только под действием силы трения. Действительно, в течение одной части периода вибраций рабочего несбалансированного тела L горизонтальная составляющая F
внутренней силы, действующей на тело Р, находящееся в кон¬такте с внешней средой, может оказаться по модулю больше силы трения покоя Ff и поэтому вызвать смешение платформы Р в направлении этой силы. Если в течение другой части периода вибраций величина внутренней силы становится меньше, движение платформы в обратном направлении по крайней мере затруднено. Одним из способов создания асимметрии внутренней силы является использование кривошипно-ползунного механизма.
Существует модель вибрационного робота, осуществляющего прямолинейное движение по горизонтальной шероховатой плоскости, возбуждаемое гармоническим движением внутренних тел в горизонталь¬ном и вертикальном направлениях. Движения внутренних тел по горизонтали и по вертикали имеют одинаковую частоту, но сдвинуты по фазе. Управляя сдвигом фаз, можно изменять направление движения корпуса робота и величину его скорости, при этом не требуется использовать чешуйчатые накладки для обеспечения асимметрии трения.

В результате выполнения курсового проекта был сконструирован одномассовый вибрационный робот для мониторинга труднодоступных мест (труб).
При разработке и конструировании виброробота использовались пакеты: Компас 8, MathCad 11, Solid Works 2005.

Задачи и области применения:
1. Одномассовый мобильный виброробот может перемещаться по различным поверхностям с наклоном до 45°.
2. Робот может быть использован для очистки конвейеров от твёрдых вложений.
3. Возможно использование навесного оборудования на отдельной транспортной платформе для мониторинга окружающего пространства и снятия характеристик среды, в которой движется робот.