Разработка моделей и принципов построения мобильных мехатронных модулей на основе синергетических методов

Abstract

Объектом исследования является многоцелевая мобильная мехатронная система типа мультикоптер на примере робота-гексакоптера. Цель работы – разработка основных принципов построения конструктива мобильных мехатронных систем и исследование их механических характеристик и методов управления, включающих математические модели, прочностной анализ и алгоритмы планирования траектории полета, а также разработка многоцелевого робота гексакоптера: создание высокотехнологичного робототехнического комплекса в качестве лабораторного комплекса для студентов и преподавателей с целью свободных исследований в области машиностроения, робототехники, авиамеханики, мехатроники и биомеханики. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: проведен анализ уже имеющихся разработок и создан эскиз робота, включая спецификацию комплектующих компонентов, которые установлены; разработаны математические модели мультикоптеров, учитывающие напряжения его отдельных элементов (компонентов), которые подвергаются повышенному износу, деформации или разрушению; выполнен прочностной анализ и расчет напряженно-деформированного состояния элементов конструкции мультикоптера; разработаны алгоритмы планирования полета и исследованы механические принципы управления мобильной мехатронной системой; проработана конструкция мобильных мехатронных модулей, сконструирована платформа робота для исследований, способного летать на шести двигателях (робот-гексакоптер); создана расчетная компьютерная 3D модель робота с последующим проведением численных экспериментов; проведены испытания многофункционального робота-гексапода; созданы конечно-элементные 3D модели элементов конструкции и компонентов оборудования робота; изготовлен реальный прототип робота-гексакоптера, разработаны алгоритмы планирования движения и исследованы механические принципы управления подобной мехатронной системой; проработана конструкция мехатронных модулей мультикоптера и разработано программное обеспечение для многофункционального робота-гексакоптера. Методы исследования – конструирование и виртуальное моделирование, общая методология моделирования, математический аппарат краевых задач для дифференциальных уравнений, численные и численно-аналитические методы, методы оптимизации, системы программирования. Степень внедрения – акт внедрения в учебный процесс.