НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o196.pdf (1223.34Кб)

УДК 004.896:621.865

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана Laboratory of Robotics and Mechatronics, University of Cassino and South Latium, Cassino, Italy

Одним из трендов робототехнических разработок является создание миниатюрных робо-тотехнических систем (МРС), предназначенных для выполнения задач в ограниченных пространствах. Примером такого пространства являются трубопроводы малого диаметра: от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, используемые в сфере комму-нального хозяйства, на предприятиях химической промышленности, в магистральных ли-ниях систем жизнеобеспечения судов и др.
В статье предложен вариант построения МРС контроля и ремонта внутренних поверхно-стей произвольно ориентированных труб диаметром 50 мм.  Проведенный анализ показал, что в условиях поставленной задачи оптимальной конструкцией МРС является модульная конструкция, а оптимальным способом перемещения МРС внутри трубопровода – червячный.
Система управления МРС должна содержать 3 основных модуля. Первый – базовый мо-дуль связан с оператором МРС. Он формирует команды управления, а также реализует прием, обработку и хранение информации, поступающей с датчиков и дефектоскопов транспортно-манипуляционного устройства. Второй – выносной модуль предназначен для  ретрансляции команд управления между оператором и исполнительным устройством, обеспечения синхронной подачи кабеля, а также подачи ремонтного раствора. Третий модуль – транспортно-манипуляционное устройство осуществляет непосредственно перемещение, диагностику и локальный ремонт трубопровода с помощью специализированного оборудования.
Проведенный анализ показал, что транспортно-манипуляционное устройство необходимо  строить в виде совокупности трех тяговых модулей: модуля фиксации (обеспечивает на-дежное закрепление робота в трубе), модуля линейного удлинения (обеспечивает свое-временное увеличение линейного размера робота) и модуля поворота (обеспечивает воз-можность поворота диагностического и ремонтного оборудования вдоль оси робота).  Разработаны конструктивные схемы всех тяговых модулей, а также выполнен кинемати-ческий и силовой расчет модуля фиксации и проведено его моделирование в пакете MATLAB.

1. Alonso J.L.G., Ares E.G., Torres J. Autonomous integrated system for tank and pipe inspection // Proc. 8 ECNDT, Barcelona. British Institute of Non-Destructive Testing, 2002.
2. Antheierens C., Betemps M. Design and control of a pneumatic microrobot for in-pipe inspection of nuclear pipes // Journal of Micromechatronics. 2001. Vol. 1, no. 2. P. 155-174. DOI: 10.1163/156856301753398172
3. Dovica M., Gorzas M. Mechatronics aspects of in-pipe minimachine of screw-nut principle design // In: Recent Advances in Mechatronics. Springer Berlin Heidelberg, 2007. P. 335-339. DOI: 10.1007/978-3-540-73956-2_66
4. Градецкий В.Г., Князьков М.М., Кравчук Л.Н., Семенов Е.А. Методы движения миниатюрных управляемых роботов // Нано- и микросистемная техника. 2005. № 9. С . 37-45.
5. Градецкий В.Г., Болотник Н.Н., Чащухин В.Г. Современные тенденции миниатюризации робототехнических систем // Симпозиум по робототехнике и мехатронике: сб. докл. М.: ИПМ РАН; РВК «Эксподизайн», 2008. С. 1-8.
6. Gambao E., Hernando M., Brunete A. Multiconfigurable Inspection Robots for Low Diameter Canalizations // Proc. of the 22^nd International Symposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC 2005) (Ferrara, Italy, 11-14 September 2005). Available at: http://www.iaarc.org/publications/proceedings_of_the_22nd_isarc/multiconfigurable_inspection_robots_for_low_diameter_canalizations.html, accessed 30.01.2015.
7. Hayashi T., Iwatsuki N., Iwashina S. The running characteristics of a screw-principle microrobot in a small bent pipe // Proc. of the 6 International Symposium on Micro Machine and Human Science (MHS '95). IEEE, 1995. P. 225-228. DOI: 10.1109/MHS.1995.494242
8. Hollinger G.A., Gwaltney D.A. Evolutionary Design of Fault – Tolerant Analog Control for a Piezoelectric Pipe – Crawling Inspection Robot // Proc. 8th Annual Conf. on Genetic and Evolutionary Computation. 2006. P. 761-768. DOI: 10.1145/1143997.1144133
9. Komori M., Suyama K. Inspection robots for gas pipelines of Tokyo gas // Advanced Robotics. 2001. Vol. 15, no. 3. P. 365-370. DOI: 10.1163/156855301300235922
10. Muscato G. Fuzzy control of an underactuated robot with a fuzzy microcontroller // Microprocessors and Microsystems. 1999. Vol. 23, no. 6. P. 385-391. DOI: 10.1016/S0141-9331(99)00045-9
11. Ottaviano E., Ceccarelli M., Vorotnikov S., Kurenev P. Design improvements and control of a hybrid walking robot // Robotics and Autonomous Systems. 2011. Vol. 59, no. 2. P. 128-141. DOI: 10.1016/j.robot.2010.10.002
12. Rizzoto G., Velkenko M., Amato P., Gradetsky V., Babkirov S., Knyazkov M., Solovtov V. In-Pipe Microrobot with Inertial Mood of Motion // In: Climbing and Walking Robots. Springer Berlin Heidelberg , 2005. P. 155-174. DOI:10.1007/3-540-29461-9_102
13. Sun L., Lu L., Qin X., Gong Z. Micro robot for detecting wall cracks of pipe // Proc. 6th Intern. Conf . CLAWAR 2003. Catania , 2003. P . 643-650.
14. Арбузов Е.В., Петренко Е.О. Определение критериев подобия и построение электромагнитного поля вихретоковых преобразователей // Известия высших учебных заведений. Машиностроение . 2012. № 13: 25 лет НУК РК . С . 30-36.