Динамика свободных и управляемых движений твердого тела в двухстепенном подвесе

Леонтьев Виктор Анатольевич ^*
к.ф.-м.н., Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК), с.н.с., 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, тел.: +7(812)297-30-58, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0002-4138-1386

Смирнов Алексей Сергеевич
Санкт-Петербургский Политехнический университет Петра Великого (СПбПУ), ассистент, 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук (ИПМаш РАН), стажер-исследователь, 199178, Санкт-Петербург, Большой пр. В.О., д. 61, тел.: +7(812)552-77-78, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Смольников Борис Александрович
к.ф.-м.н., СПбПУ, доцент, 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехни-ческая, д. 29; ИПМаш РАН, с.н.с., 199178, Санкт-Петербург, Большой пр. В. О., д. 61, тел.: +7(812)552-77-78, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Материал поступил в редакцию 3 декабря 2019 года.

Аннотация
Рассматривается динамическое поведение твердого тела, закрепленного в кардановом подвесе. Такую систему можно трактовать как двухстепенной манипулятор и использовать как элемент более сложных робототехнических конструкций (например, при совмещении локомоционно-манипулятивных движений). Проводится анализ свободных движений тела по инерции, в результате которого определяются безразмерные параметры задачи и выясняется качественный характер движений по циклической и позиционной координатам, а также строится их фазовый портрет. Помимо этого, изучаются два режима управляемого движения твердого тела, которые отвечают различным целям. Показано, что коллинеарный режим управления, имитирующий силы инерции, является разгонным или тормозным, тогда как ортогональный режим управления, имитирующий гироскопические силы, не изменяет полной механической энергии системы. Путем сопоставления фазовых портретов для режима свободного движения и ортогонального режима управления можно заключить, что в последнем случае он имеет значительно более сложную структуру, обладая рядом качественных особенностей, которые наглядно продемонстрированы.

Ключевые слова
Твердое тело, двухстепенной манипулятор, карданов подвес, свободное движение по инерции, коллинеарное и ортогональное управление, фазовый портрет.

https://doi.org/10.31776/RTCJ.8106 

Индекс УДК 
531.381

Библиографическое описание 
Леонтьев В.А. Динамика свободных и управляемых движений твердого тела в двухстепенном подвесе / В.А. Леонтьев, А.С. Смирнов, Б.А. Смольников // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 8. - №1. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2020. – С. 53-60. – Текст : непосредственный.

Литература

1. Макеев Н.Н. Движение твердого тела с двухстепенным шарниром в потенциальном поле // Вестник Саратовского государственного технического университета. – № 1(6). – 2005. – С. 35-54. – Текст: непосредственный.
2. Смирнов А.С. Механика сферического маятника / А.С. Смирнов, Б.А. Смольников. – СПб: Политех-пресс, 2019. – 266 с. – Текст: непосредственный.
3. Мак-Миллан В.Д. Динамика твердого тела. – Москва: ИИЛ, 1951. – 468 с. – Текст: непосредственный.
4. Раус Э. Динамика системы твердых тел. Т. 1. – Москва: Наука, ГРФМЛ, 1983. – 464 с. – Текст: непосредственный.
5. Маркеев А.П. Теоретическая механика. – Москва, Ижевск: Регулярная и хаотическая динамика, 2007. – 592 с. – Текст: непосредственный.
6. Лойцянский Л.Г. Курс теоретической механики. Т. 2. Динамика / Л.Г. Лойцянский, А.И. Лурье. – Москва: Наука, ГРФМЛ, 1983. – 640 с. – Текст: непосредственный.
7. Бабаков И.М. Теория колебаний. – Москва: Наука, ГРФМЛ, 1968. – 560 с. – Текст: непосредственный.
8. Смольников Б.А. Проблемы механики и оптимизации роботов. – М.: Наука, 1991. – 232 с. – Текст: непосредственный.
9. Меркин Д.Р. Прикладные задачи динамики твердого тела / Д.Р. Меркин, Б.А. Смольников. – Санкт-Петербург: изд-во С.-Петербургского ун-та, 2003. – 534 с. – Текст: непосредственный.
10. Смирнов А.С. Управление резонансными колебаниями в нелинейных механических системах / А.С. Смирнов, Б.А. Смольников // Труды семинара «Компьютерные методы в механике сплошной среды» 2016-2017. – 2018. – С. 23-39. – Текст: непосредственный.
11. Леонтьев В.А. Динамический анализ двухзвенного манипулятора с неколлинеарными шарнирами / В.А. Леонтьев, А.С. Смирнов, Б.А. Смольников // Робототехника и техническая кибернетика. – №1 (18). – 2018. – C. 56-60. – Текст: непосредственный.

Полный текст статьи (pdf)