ВАЖНЫЕ НОВОСТИ
Россия и Китай обсудили создание МТОР и инфраструктуры, привлечение инвесторов на остров Большой Уссурийский

В городе Фуюань (КНР) состоялось третье заседание Специальной рабочей группы по сопряжению развития российской и китайской частей острова Большой Уссурийский. Мероприятие прошло под сопредседательством заместителя Министра Российской Федерации по развитию Дальнего Востока и Арктики Виталия Алтабаева при участии представителей Корпорации развития Дальнего Востока и Арктики (КРДВ), правительства Ха...

В Москве состоялось заседание комиссии Госсовета РФ по направлению «Энергетика» по итогам 2025 года

В ходе первого заседания комиссии Государственного Совета РФ по направлению «Энергетика» были подведены итоги деятельности за 2025 год и утвержден план работы на 2026 год. Центральной темой обсуждения стали стратегические подходы к повышению энергетической эффективности национальной экономики. Заседание прошло в Москве под председательством руководителя комиссии, главы Республики Саха (Якутия) Айс...

Геополитическое противостояние в Тихом океане: США хотят разместить базу у «ворот» китайского порта

Геополитическое противостояние в Тихом океане: США хотят разместить базу у «ворот» китайского порта Планы США по усилению своего военного присутствия в Южной Америке получили конкретные очертания. Как сообщает Bloomberg, Вашингтон намерен построить в Перу военно-морскую базу. Ключевая деталь — объект может быть размещён всего в 80 км от стратегически важного порта, принадлежащего Китаю, ч...

Мощность энергосистемы Якутии к 2030 году увеличится в два раза

На территории Якутии одновременно реализуется ряд крупных энергетических проектов, которые в ближайшие годы позволят почти вдвое увеличить установленную мощность региональной энергосистемы. Об этом сообщил Айсен Николаев - глава РС (Я), председатель комиссии Госсовета РФ по направлению «Энергетика». По его словам, на сегодняшний день суммарная установленная мощность всех энергоустановок в респу...

Состоялось стратегическое заседание Совета директоров «Росспецмаш»: обсуждены вызовы рынка и приняты новые члены

В Москве состоялось заседание Совета директоров Ассоциации «Росспецмаш». На встрече присутствовали топ-менеджеры и владельцы ведущих предприятий отрасли, выпускающих сельскохозяйственную, строительно-дорожную, прицепную технику, пищевое оборудование и комплектующие. Ключевой темой обсуждения стала текущая ситуация на рынке специализированного машиностроения. Участники констатировали, что тенден...

Минпромторг России предлагает продлить эксперименты по добровольной маркировке ряда категорий товаров

Соответствующий проект постановления Правительства Российской Федерации разработан Минпромторгом России и размещен на федеральном портале regulation.gov.ru. Инициатива предполагает продление до 31 августа 2026 г. сроков проведения экспериментов по добровольной маркировке ряда видов продукции, которые, согласно действующим постановлениям Правительства Российской Федерации, завершаются 28 февраля...

19 Марта 2010

Исследование анизотропности трения упоров внутритрубного микроробота

Исследование анизотропности трения упоров внутритрубного микроробота

В.Г. Чащухин
Учреждение Рoccийcкoй академии наук
Инcтитут прoблем механики им. А.Ю. Ишлинcкoгo РАН

В Лабoратoрии рoбoтoтехники и мехатрoники Инcтитута прoблем механики РАН coздан внутритрубный миниатюрный рoбoт (риc. 1) [1] c вoзмoжнocтью реверcивнoгo перемещения, предназначенный для диагноcтики труб малого диаметра. Механичеcкая cиcтема робота cоcтоит из двух модулей (риc. 2): модуль 1, cнабженный переключающимиcя скользящими упорами; модуль 2 – маршевый электромагнитный двигатель, шток которого соединен с модулем 1 посредством гибкой связи. Электродвигатель, установленный в корпусе модуля 1, осуществляет выдвижение нужной группы лепестков упора, ориентированных под определенным углом к поверхности трубы, что позволяет роботу двигаться в желаемом направлении. Скользящие упоры в данной конструкции позволяют перемещаться со скоростью до 7 см/с в резонансном режиме работы маршевого двигателя [2] и при этом не повреждают стенки трубопровода. При периодическом включении и выключении обмотки соленоида маршевого двигателя происходит втягивание штока, выталкиваемого пружиной. Продвижение робота происходит в том направлении, в котором наклонены лепестки упоров. Основным недостатком такой системы является малая грузоподъемность. Ниже представлены методы повышения грузоподъемности робота путем повышения анизотропности трения [3] при движении робота.

Рассмотрим каждый лепесток упора, с наноструктурированным адгезионным материалом на контактной площадке, как упругую цилиндрическую балку (рис. 3). Оценим величину различия сил трения при скольжении лепестка вдоль и против наклона. Введем продольный и поперечный коэффициенты его упругости:
,где L — длина, R — радиус, E — модуль Юнга.
Отношение коэффициентов жесткости обозначим посредством Пусть P - сила упругого сжатия лепестка при отсутствии движения робота. Смещение торца лепестка перпендикулярно поверхности трубы





Если на торце, скошенном под таким углом, что при скольжении назад торцевая площадка полностью соприкоснется с поверхностью трубы, расположить ворсистый адгезионный материал, прилипающий с силой Fадг,, то отношение сил трения при скольжении против ворса и по ворсу:
Рис. 1. Внутритрубный микроробот.
Рис. 1. Внутритрубный микроробот.

Рис. 2 Внутреннее устройство робота
Рис. 2 Внутреннее устройство робота

Рис. 3. Изгиб лепестка упора
Рис. 3. Изгиб лепестка упора


Рис. 4. Зависимость отношения сил трения от угла наклона лепестков упора роботаЗависимость показана на рис. 4 (верхняя кривая), зависимость F2/F1, при отсутствии адгезии, представлена нижней кривой.

Оценим величину силы адгезии, которой обладает ворсистый материал, расположенный на контактных площадках лепестков-упоров. Ворсинки будем рассматривать как упругие цилиндрические балки. Расстояние от кончика ворсинки до уровня z = 0 обозначим D . Тогда вероятность того, что z попадет в промежуток ( D,∞) равна,
здесь - плотность вероятности для нормального распределения с математическим ожиданием равным нулю и дисперсией d - среднее значение абсолютных величин высот шероховатостей поверхности. Величина сжатия ворсинки Δ = z − D (рис. 5).
Рис. 4. Зависимость отношения сил трения              
  от угла наклона лепестков упора робота                    
Количество контактирующих ворсинок
Сила адгезионного притяжения одной ворсинки (коэффициент 3/2 взят для ДКР модели адгезии [5]).

Сила отталкивания от поверхности, возникающая в материале, сложится из сил упругости, возникающих в контактирующих с поверхностью ворсинках. Средняя сила отталкивания, отнесенная к произведению количества ворсинок на силу адгезии для одной ворсинки:

Сила адгезионного притяжения материала сложится из сил притяжения контактирующих ворсинок

Зависимость безразмерной разности силы упругого отталкивания и силы адгезии, от расстояния D и шероховатости d при l=10мкм, R=0.2мкм, θ=43°,ГПа представлена на рис. 6.

В работе исследовано явление анизотропности трения упругих скользящих упоров внутритрубного микроробота. Определен наилучший угол наклона упоров, соотношение их геометрических размеров и характеристики материала, из которого они изготовлены, обеспечивающие увеличение грузоподъемности робота. Исследован механизм взаимодействия с поверхностью адгезионного наноструктурированного материала, который может применяться на контактных площадках упоров, обеспечивая дополнительное повышение грузоподъемности.                   
Рис.5. Контакт ворсинок с твердой шероховатой поверхностью Рис. 6 Зависимость безразмерной силы взаимодействия ворсинок с поверхностью от расстояния до нее и ее шероховатости
         Рис.5. Контакт ворсинок с твердой
       шероховатой поверхностью
                     Рис. 6 Зависимость безразмерной силы
                 взаимодействия ворсинок с поверхностью от
                      расстояния до нее и ее шероховатости

Литература

1. Gradetsky V., Solovtsov V., Kniazkov M., Rizzotto G., Amato P. Modular design of electro-magnetic mechatronic microrobots // Proceedings of the 6-th International Conference CLAWAR 2003, Catania, Italy, 2003. Р. 651–658.
2. Чащухин В.Г. Моделирование динамики и определение управляющих параметров внутритрубного миниробота // Теория и системы управления. 2008. № 5. С. 142–147.
3. Чащухин В.Г. Сухой адгезионный материал для схватов в робототехнике // Наномикросистемная техника. 2009. № 2. С. 13–18.
4. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров) // М.: Наука, 1974. С. 575.
5. Israelachvili J. Intermolecular and surface forces. 2nd ed. Academic Press. London. 1992.

Источник: Сборник тезисов докладов участников Второго международного конкурса научных работ молодых ученых в области нанотехнологий.

Кол-во просмотров: 16834
Яндекс.Метрика