Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

Движение без проскальзывания и отрыва от поверхности четырехколесного высокоманевренного мобильного робота

https://doi.org/10.17587/mau.24.403-411

Аннотация

Статья посвящена анализу движения высокоманевренного мобильного робота с четырьмя роликонесущими колесами с учетом условий возникновения отрыва колес от поверхности перемещения, а также возникновения проскальзывания колес. В рамках анализа движения рассмотрена задача определения опорных реакций поверхности перемещения для мобильной платформы с четырьмя колесами. Для решения этой задачи конструкция мобильного робота представлена в виде статически неопределимой стержневой рамы. Эквивалентное представление платформы робота в виде пространственной рамы обусловлено удобством выполнения расчетов. Раскрытие статической неопределимости рассматриваемой системы осуществлено с помощью метода сил. С помощью данного метода получены зависимости опорных реакций поверхности перемещения от расположения центра масс мобильного робота с четырьмя колесами. Особенностью рассматриваемой системы является то, что полученные зависимости опорных реакций носят нелинейный характер. На основе полученных зависимостей опорных реакций проведено исследование влияния положения центра масс мобильного робота с четырьмя колесами на возникновение отрыва и проскальзывания колес мобильного робота. Исследование проведено в рамках модели сухого трения, согласно которой модуль силы трения скольжения пропорционально зависит от опорной реакции, действующей на колесо со стороны поверхности перемещения. В результате численного моделирования определены области допустимых положений центра масс мобильного робота, при котором не происходит отрыв колес от поверхности перемещения, а также не возникает проскальзывание колес. Предложенная модель, описывающая зависимость опорных реакций поверхности перемещения, может быть использована при проведении исследований, посвященных анализу движения мобильных роботов с четырьмя колесами, перемещение которых осуществляется с помощью различных типов колес. Сформулированные выводы о влиянии положения центра масс мобильного робота на возникновение отрыва колеса от поверхности перемещения, а также на возникновение проскальзывания колес применимы ко всем мобильным платформам с четырьмя колесами.

Об авторах

А. А. Килин
Удмуртский государственный университет
Россия

д-р физ.-мат. наук, проф.

г. Ижевск



Ю. Л. Караваев
ИжГТУ им. М. Т. Калашникова
Россия

канд. физ.-мат. наук, доц.

 г. Ижевск



В. А. Шестаков
ИжГТУ им. М. Т. Калашникова
Россия

аспирант

г. Ижевск



Список литературы

1. Мартыненко Ю. Г., Формальский А. М. О движении мобильного робота с роликонесущими колесами // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2007. № 6. С. 142—149.

2. Мартыненко Ю. Г. Устойчивость стационарных движений мобильного робота с роликонесущими колесами и смещенным центром масс // Прикладная математика и механика. 2010. Т. 74, № 4. С. 610—619.

3. Колесниченко Е. Ю., Павловский В. Е., Орлов И. А., Алисейчик А. П., Грибков Д. А., Подопросветов А. В. Математическая модель робота на омни-колесах, расположенных в вершинах прямоугольного треугольника // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19, № 5. С. 327—330.

4. Mamaev I. S., Kilin A. A., Karavaev Yu. L., Shestakov V. A. Criteria of Motion Without Slipping for an Omnidirectional Mobile // Russian Journal of Nonlinear Dynamics. 2021. Vol. 17, N. 4. P. 527—546.

5. Малышенко А. М. Вход-выходные силомоментные отображения у шасси робокаров с тремя колесами Илона // Мехатроника, автоматизация, управление. 2022. T. 23. № . 9. C. 486—495.

6. Labakhua L., Martins I., Merkuryev I. Control of a mobile robot with Swedish wheels // Proc. of the 2017 IE International Conference on Power, Control, Signals and Instrumentation Engineering (ICPCSI), Chennai, India, 21—22 September 2017. P. 267—272.

7. Stonier D., Cho Si., Choi S., Kuppuswamy N., Kim J. Nonlinear Slip Dynamics for an Omniwheel Mobile Robot Platform // Proc. of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, Roma, Italy, 10-14 April 2007. P. 2367—2372.

8. Williams R., Carter B., Gallina P., Rosati G. Dynamic Model with Slip for Wheeled OmniDirectional Robots // IEEE Transactions on Robotics and Automation. 2002. Vol. 18. P. 285—293.

9. Balakrishna R., Ghosal A. Modeling of Slip for Wheeled Mobile Robots // lEEE Transactions on robotics and automation. 1995. Vol.11. P. 126—131.

10. Vlakhova A. V., Novoderova A. P. The skidding modelling of an apparatus with turned front wheels // Mechanics of solids. 2019. Vol. 54, N. 1. P. 19—38.

11. Adamov B. I., Saypulaev G. R. Research on the Dynamics of an Omnidirectional Platform Taking into Account Real Design of Mecanum Wheels (as Exemplified by KUKA youBot) // Rus. J. Nonlin. Dyn. 2020. Vol. 16, N. 2. P. 291—307.

12. Blundell M. The Multibody Systems Approach to Vehicle Dynamics. Oxford: Harty Butterworth-Heinemann, 2015.

13. Milliken W. F., Milliken D. L. Race Car Vehicle Dynamics. Great Britain: Society of Automotive Engineers Inc., 1996.

14. Dugoff H., Fancher P., Segel L. An analysis of tire traction properties and their influence on vehicle dynamic performance // SAE Transactions. 1970. Vol. 79. P. 1219—1243.

15. Chang C., Lee T. Stability analysis of three- and fourwheel vehicles // JSME international journal. 1990. Vol. 33, N. 4. P. 567—574.

16. Pennestri E., Rossi V., Salvini P., Valentini P. Review and comparison of dry friction force models // Nonlinear Dynamics. 2016. Vol. 83. P. 1785—1801.

17. Широков Б. Н., Альгин В. Б., Иванов В. Г. Модели взаимодействия колеса с опорной поверхностью в продольной плоскости // Теоретическая и прикладная механика: международный научно-технический сборник. 2007. № 22. С. 38—47.

18. Adamov B. I., Saypulaev G. R. A study of the dynamics of an omnidirectional platform, taking into account the design of mecanum wheels and multicomponent contact friction // Proc. of the 2020 International Conference Nonlinearity, Information and Robotics (NIR), Innopolis, Russia, 03-06 December 2020. P. 1—6.

19. Olson B. Shaw S., Stepan G. Nonlinear dynamics of vehicle traction // Vehicle System Dynamics. 2003. Vol. 40, N. 6. P. 377—399. 20. Pacejka H. B. Tire and Vehicle Dynamics. UK: Elsevier, 2006.


Рецензия

Для цитирования:


Килин А.А., Караваев Ю.Л., Шестаков В.А. Движение без проскальзывания и отрыва от поверхности четырехколесного высокоманевренного мобильного робота. Мехатроника, автоматизация, управление. 2023;24(8):403-411. https://doi.org/10.17587/mau.24.403-411

For citation:


Kilin A.A., Karavaev Yu.L., Shestakov V.A. Motion of a Four-Wheeled Omnidirectional Mobile Robot without Slipping and Detachment from the Surface. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2023;24(8):403-411. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.24.403-411

Просмотров: 580


ISSN 1684-6427 (Print)
ISSN 2619-1253 (Online)