ИСТИНА

Целью проекта является исследование и разработка методов адаптации и адаптивных вакуумных контактных и захватных устройств для построения и эффективного применения мобильных роботов в таких сложных условиях эксплуатации, как необходимость движения по вертикальным поверхностям, переход с одной поверхности на другую, расположенными под различными углами к горизонту, движение не только по плоским поверхностям, но и по поверхностям различной формы, например, сферическим, имеющим радиусы закругления. В проекте предполагается разработать методы адаптации с поступлением необходимой информации с применением обратных связей от датчиков и преобразователей об изменяющихся условиях окружающей среды в процессе движения мобильных роботов и необходимостью выполнения роботами различных технологических операций. Будут созданы экспериментальные образцы вакуумных устройств сцепления мобильных роботов с поверхностями. Разработанные образцы адаптивных вакуумных устройств сцепления будут установлены на мобильные роботы для проверки обоснованности и достоверности исследований, полученных в проекте.

Ожидается, что теоретические и экспериментальные результаты, методы и подходы будут выполнены на уровне мировых достижений и не будут уступать по новизне и значимости полученным ранее результатам. Математическое моделирование и модели адаптации будут отличаться по структуре и сочетанию локальной обратной связи вакуумного устройства сцепления и глобальной обратной связи всей системы управления движением мобильного робота. Экспериментальное задание по адаптации вакуумных устройств сцепления с произвольными поверхностями передвижения будут основываться на измерениях полей скоростей и давлений внутри полости вакуумирования устройства сцепления. Коэффициенты обратных связей являются переменными, автоматически подстраиваемыми величинами в зависимости от необходимой степени вакуума. Подобные исследования в приведенной выше постановке раньше не ставились. Адаптация формирования движения в соответствии с распределением скоростей и давлений ранее не была исследована. Предложенный подход отличается оригинальностью и новизной. Экспериментальные исследования будут выполняться на новой, спроектированной и разработанной авторами проекта физической модели робота вертикального перемещения. По результатам проведенных исследований планируется опубликовании не менее трех статей в журналах рецензируемых ВАК и провести апробацию работы на международных и российских конференциях.

Разработаны модели адаптации и система компьютерного моделирования, которые отличаются по структуре и сочетанию локальной обратной связи вакуумного устройства сцепления с поверхностями перемещения и глобальной обратной связи всей системы управления движением мобильного робота. В моделях учитывались силы трения, адгезии, переменного контактного взаимодействия, внешнего воздействия. Обоснован процесс управляемого формирования вакуума с использованием центробежного насоса и миниатюрной турбины. Исследовано функционирование созданной на основе аэродинамического прижима системы, предназначенной для осуществления адаптивного движения по вертикальным поверхностям. Выявлены особенности процесса вакуумирования в полости эжектируемого потока, соединенной с контактным устройством фиксации робота вертикального перемещения на поверхностях сложной формы. Особенности состоят в установлении величин параметров, соответствующих адаптивным режимам работы. Разработаны принципиальные и конструктивные схемы системы вакуумных эжекторных контактных устройств, обеспечивающих адаптацию к поверхностям различного качества и рельефа. Приведены расчетные соотношения для оценки давлений и расходов в полостях генерации вакуума эжекторов. Полученные расчетные соотношения для создания вакуума с помощью миниатюрных эжекторов основаны на законах сохранения массы, импульса и энергии. Предложенная методика силового расчета основана на условиях равновесия всех сил и возникающих моментов. При увеличении вакуума, генерируемого посредством встроенного в контактное устройство эжектора, подвижная стенка–торец упругого элемента, например, сильфона, перемещаясь под действием силы, зависящей от перепада давлений внутри емкости и атмосферного давления, соприкасается с упором, которым является поверхность, по которой происходит движение мобильного робота. В расчетных механических моделях контактных устройств и при их проектировании учитываются силы трения, нормальная реакция опоры, силы адгезии, а также сила упругости стенок сильфона. Выполненное моделирование позволило обосновать выбор и применение различных методов адаптации в вакуумных контактных устройствах при изменяющихся внешних условиях, а также при разнообразном качестве поверхностей и непредвиденных факторах, влияющих на изменение вакуума. В результате моделирования получены динамические характеристики вакуумных контактных устройств, в том числе переходные и колебательные процессы. Построен лабораторный макет вакуумного контактного устройства. В результате проведенного анализа и выполненных экспериментальных исследований с использованием имеющегося оборудования по разработанной методике, были установлены свойства приспособляемости контактных устройств с микропористыми материалами, с запорными автоматическими клапанами, с использованием миниатюрных сильфонов, пружинных механизмов с обратными связями по перепаду давлений. Проведенные эксперименты позволили оценить результаты моделирования и адекватность построенных моделей. Предложенный метод расчета давления и расхода в полости эжектируемого потока, соединенной с вакуумным контактным устройством, справедлив при основных видах движения робота - при прямолинейном движении, при повороте, при трогании с места, при торможении. Развит графический метод определения рабочих режимов, в том числе на основе методов адаптации.