ВАЖНЫЕ НОВОСТИ
Связь 5G запущена в России

Москва, 11 сентября 2026 года — По поручению Президента Владимира Путина впервые в России запущены коммерческие сети связи пятого поколения. На первом этапе сервисы 5G заработали в 16 городах, доступ к высокоскоростному мобильному интернету пятого поколения получили около 10 млн человек. Услуги на базе 5G будут предоставлять операторы «большой четвёрки». В запуске нового стандарта на пло...

«Росатом» выступит партнером Вьетнама в области квантовых технологий

«Росатом» и Вьетнамская академия наук и технологий намерены развивать партнерство в области квантовых технологий. В ходе серии двусторонних встреч обсуждены контуры сотрудничества, включая проектирование долгосрочной дорожной карты развития квантового направления в Социалистической Республике Вьетнам, организацию исследований и подготовку соответствующих кадров. Об этом рассказала директор по к...

Ростех запускает первый в России промышленный маркетплейс для гражданской продукции

Госкорпорация Ростех представила единый цифровой портал PCAT.ru, предназначенный для продвижения отечественной гражданской продукции на внутреннем рынке. Платформа даёт производителям возможность размещать свои изделия, подбирать готовые решения и выстраивать полные производственные цепочки. Особое внимание уделяется ускорению поиска российских поставщиков в рамках импортозамещения – на сего...

200 лет Пролетарскому заводу ОСК: от первых пароходов к двигателям для крупнотоннажного флота

7 сентября 2026 года предприятию ОСК Пролетарский завод исполняется 200 лет со дня основания .Это одно из старейших промышленных предприятий России . Двухвековой юбилей завод встречает на этапе масштабной технической модернизации, расширения компетенций в области судового и энергетического машиностроения и подготовки к выпуску отечественных малооборотных двигателей большой мощности. ОСК рассмат...

Президент России наградил коллектив Амурского судостроительного завода ОСК орденом Александра Невского

1 сентября, на площадке предприятия ОСК Амурский судостроительный завод прошла торжественная церемония вручения высокой государственной награды – ордена Александра Невского. Этим орденом предприятие отмечено за весомый вклад в развитие отечественного судостроения и выдающиеся трудовые достижения. Награду коллективу вручил помощник Президента России, председатель Морской коллегии Николай Патр...

В России утвердили условия запуска 5G

В Минцифры состоялось заседание Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ), на котором было принято решение, определяющее развитие сетей пятого поколения в России. Знакомим с основными условиями внедрения нового стандарта мобильной связи. Можно использовать действующие частоты и oборудование Операторы связи «Билайн», «Мегафон», МТС и Т2 смогут разворачивать сети 5G в уже имеющихся у ни...

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: 17849
Яндекс.Метрика