WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Fупр 4E1 M D2 D D f1 = = - 1- erf nSf0 2 2 2M 3 3s (sin2 + s cos2 ) exp- 2M kx 4l ( s = =, - угол наклона ворсинки к поверхности, n - количество k 3Ry ворсинок на еденицу площади, S - площадь материала), сила адгезионного притяжения материала сложится из сил притяжения контактирующих ворсинок Fадг 1 D.

f2 = = 1- erf nSf0 2 2M x Здесь erf (x) = exp(- )d - функция ошибок. Зависимость безразмерной разности силы упругого отталкивания и силы адгезии, Fупр - Fадг f = от расстояния D и шероховатости d при nSfДж l = 10мкм, R = 0.2 мкм, = 43o, = 0,049, E1 = 2 ГПа мпредставлена на рис. 7.

D, мкм d, мкм fРис. 7. Зависимость силы взаимодействия адгезионного материала с шероховатой Рис. 8. Зависимость силы адгезии от поверхностью.

предварительной нагрузки.

f f Чтобы увеличить количество непосредственно контактирующих с поверхностью ворсинок и тем самым увеличить силу адгезионного взаимодействия материала с поверхностью, необходимо предварительно прижать материал к поверхности. Зависимость силы адгезии от предварительного нагружения показана на рис. 8.

Оценены геометрические параметры и характеристики материала, из которого изготовлены ворсинки, исключающие возможность слипания ворсинок между собой, приведены формулы для расчета параметров, при которых будет происходить самоочищение щетинок.

В четвертой главе рассмотрена возможность применения адгезионного ворсистого материала в качестве покрытия контактных поверхностей мобильных роботов. Рассмотрены существующие роботы, использующие адгезионные материалы.

Устройство сцепления, основанное на механизме адгезионного взаимодействия с поверхностью, должно отвечать следующим требованиям.

• Для прикрепления к поверхности адгезионный материал, находящийся на поверхности контакта, должен быть предварительно прижат к ней.

• Площадь контактной поверхности, должна быть достаточной, для того, чтобы создавать силу адгезионного притяжения, необходимую для удержания робота на поверхности.

• Отрыв адгезионного материала от поверхности должен происходить постепенно, наподобие развития трещины.

Выведено выражение для момента, необходимого при отрыве адгезионного материала от поверхности. Приведены технические требования, предъявляемые к адгезионному ворсистому материалу, обладающему анизотропным трением и предназначенному для использования на контактных поверхностях внутритрубного электромагнитного робота, рассмотренного в главе 2. Схематическое изображение устройства сцепления с адгезионным материалом показано рис. 9.

Рис. 9. Схематическое Рис. 10. Структура сухого адгезионного материала изображение адгезионного с анизотропным трением.

устройства сцепления с поверхностью.

Устройство сцепления представляет собой адгезионный материал, наклеенный на упругую подложку, которая в свою очередь наклеена на контактную площадку робота. На рис. 10 представлена структура сухого адгезионного материала. Он состоит из столбиков, изготовленных из упругого материала, на их торцах, скошенных под определенным углом к центральной линии столбиков, выращены микроворсинки, диаметр которых порядка сотен нанометров.

Рис. 11. Деформирование волосков при движении. Ненагруженное состояние (слева), движение вперед (в середине), движение назад (справа).

На рис. 11 показана схема действия такого устройства. Зависимость отношения сил трения, действующих на одну ворсинку, при движении вперед и назад от угла наклона столбиков показана на рис. 12 (сплошной линией показана зависимость отношения при наличии адгезии при скольжении в обратном направлении, пунктирной – при ее отсутствии).

Эта зависимость выражается формулой ' ( ) F2 0 tg + s -1 tg +s s - =, 0 = Fадг cos sin, = Lsin - H, 1+ s ( ) F1 tg - s -1 tg +s L – длина столбика, H – разность внутреннего радиуса трубы и радиуса корпуса робота, – угол наклона столбиков к образующей трубы.

F2/F1, F ’ /F Рис. 12. Отношение сил трения при движении вперед и назад от угла наклона столбиков.

Результаты диссертационной работы и рекомендации по структуре адгезионного материала были переданы генеральному директору концерна «Наноиндустрия».

Основные результаты диссертации.

1. В результате проведенного моделирования динамики внутритрубного робота с электромагнитным приводом показано, что при неизменной конструкции робота изменением частоты и длительности управляющих воздействий можно увеличить скорость движения робота, обеспечив ему при этом достаточную длину хода штока. Для увеличения грузоподъемности можно применить более совершенные материалы упоров в целях обеспечения максимальной анизотропии по трению.

2. Разработана математическая модель движения электромагнитного робота. В результате проведенного математического моделирования взаимодействия адгезионного ворсистого материала с шероховатой поверхностью, выявлены основные преимущества такого материала для применения в устройствах сцепления роботов с поверхностью.

3. На основе исследования явления анизотропии по трению ворсистого материала получены аналитические выражения для сил трения при скольжении вдоль наклона ворсинок и против него.

4. Создано программное обеспечение, моделирующее динамику движения робота. Проведено сравнение данных, полученных при моделировании, с экспериментальными, при этом погрешность не превышает 6-7 %.

5. На основе данных, полученных при моделировании, осуществлена модернизация внутритрубного миниробота с целью улучшения его динамических характеристик. Создан внутритрубный электромагнитный робот с возможностью реверсивного движения, которое осуществляется за счет изменения угла наклона упоров.

6. Проведены экспериментальные исследования по измерению динамических характеристик робота, обосновывающие достоверность результатов моделирования.

7. На основе проведенных исследований разработаны технические требования к материалу, необходимому для изготовления устройств сцепления с поверхностью.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ 1. Чащухин В.Г. Моделирование динамики и определение управляющих параметров внутритрубного миниробота. // Теория и системы управления, 2008, № 5, с. 142-147.

2. В.Г. Градецкий, В.Г. Чащухин, О. Н. Каменева Анализ параметров движения миниатюрных многозвенных роботов с электромагнитными двигателями // Нано- и микросистемная техника, 2007 №11 с. 58-65.

3. Veshnikov V., Gradetsky V., Chaschuhin V. Simulation of the mobile multilink robot with vision virtual reality system. // Proceedings of the VR – Mech’01, Brussels, Belgium, November 22-24, 2001.

4. Veshnikov V., Gradetsky V., Chaschuhin V. Computer modeling of the crawling robot motion inside a pipeline. // Proceedings of the 4-th International Workshop on Computer Science and Information Technologies CSIT – 02, Patras, Greece, September 18-20, 2002.

5. Chaschuhin V. Mechanics of the adaptive biorheological gripper based on mechanism of adhesion in Gecko. // Proceedings of the IARP Workshop on Adaptive and Intelligent Robots: Present and Future. November 24-26, 2005. Moscow. Russia.

6. Chaschuhin V., Gradetsky V. Analysis of the interaction nanomechanism of the gecko mimicking material with the surface microstructure. // Proceedings of IARP Micro and Nano Robotics, Paris, France, October 23-24, 2006.

7. Gradetsky V., Knyazkov M., Chaschuhin V., Kameneva O. Micro- and nanotechnologies in robotics. // Proceedings of The international Workshop on Micro- and Nano Production Technologies and Systems, Moscow, Russia, October, 17-18, 2007.

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

9. Gradetsky V., Knyazkov M., Chaschuhin V. Coupling devices interaction with surfaces in the process of miniature mobile robot’s motion. // Proceedings of the ICMEN 2008, Kassandra-Chalkidiki, Greece, October, 1-3, 2008.

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»