Функціонально-орієнтована елементна база просторових систем приводів роботомеханічних комплексів спеціального призначення
Вантажиться...
Дата
2026
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Семенчук Р.В. Функціонально-орієнтована елементна база просторових систем приводів роботомеханічних комплексів спеціального призначення – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 13 – Механічна інженерія за спеціальністю 131 – Прикладна механіка. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026. Дисертаційну роботу присвячено комплексному вдосконаленню просторових систем приводів роботомеханічних комплексів спеціального призначення, що побудовані на основі функціонально-орієнтованій елементній базі. Основна увага у дослідженні зосереджена на підвищенні точності, надійності та динамічної ефективності приводних систем шляхом оптимізації їх конструктивних та функціональних параметрів. У межах роботи проведено ґрунтовні дослідження конструктивних рішень механічних вузлів і передач шарнірно-важільного та ланцюгового типу, поворотних вузлів, а також допоміжних механізмів, що входять до складу просторових систем приводів. Проаналізовано їхні кінематичні, статичні та динамічні характеристики, визначено вплив геометричних, силових і деформаційних факторів на точність та стабільність роботи роботизованих комплексів. На основі результатів теоретичних та експериментальних досліджень розроблено математичні моделі окремих пристроїв і систем приводів, які дозволяють адекватно описувати їхню поведінку в умовах реальної експлуатації. Запропоновані моделі стали підґрунтям для створення методик удосконалення елементної бази приводних систем, орієнтованих на підвищення функціональних можливостей роботизованих комплексів спеціального призначення. Проведено дослідну перевірку ефективності застосування функціонально-орієнтованої елементної бази у складі роботизованих систем, що підтвердило доцільність і практичну значущість запропонованих рішень. Дисертаційна робота складається з п’яти розділів, у яких послідовно викладено та обґрунтовано основні результати дослідження. У вступі обґрунтовано актуальність досліджень за тематикою, сформульовано мету та завдання наукового дослідження, наведено інформацію про використані методи дослідження, наукову новизну та практичне застосування отриманих результатів. У першому розділі дисертаційної роботи виконано аналіз сучасного стану та напрямів розвитку роботомеханічних комплексів спеціального призначення, що застосовуються для виконання завдань у важкодоступних умовах та середовищах із підвищеним рівнем небезпеки для життя і здоров’я людини. У розділі розглянуто сучасні конструкції мобільних роботизованих комплексів, наведено їх класифікацію за функціональним призначенням, типом рушія та особливостями конструктивної реалізації. Проведено аналіз структурної побудови роботомеханічних комплексів, що включає робочі органи, системи приводів, сенсорні засоби та допоміжні елементи. Визначено функціональне призначення зазначених складових та їх вплив на загальні характеристики роботизованого комплексу. Узагальнено основні параметри, що визначають ефективність функціонування систем у складі роботомеханічних комплексів. Наводяться результати аналізу характеристик існуючих роботомеханічних систем, формується базове розуміння роботомеханічних комплексів та їхнього потенціалу для використання у життєдіяльності людини. Встановлено, що одним із ключових факторів, які впливають на точність та стабільність роботи роботизованих комплексів, є динамічні властивості систем приводів і механічних вузлів. Розглядається використання регульованих демпферів для покращення динамічних характеристик роботизованих комплексів, що реалізується системою управління яка знижує коливання механічної системи та дозволяє підвищити їхню точність. Встановлено особливості конструктивної реалізації та існуючі обмеження просторових систем приводів та елементної бази роботомеханічних комплексів. На підставі узагальнення переваг і недоліків існуючих технічних рішень обґрунтовано основні напрями подальших досліджень за тематикою дисертаційної роботи, спрямовані на вдосконалення просторових систем приводів і розвиток функціонально-орієнтованої елементної бази роботомеханічних комплексів спеціального призначення. У другому розділі проводилися важливі теоретичні дослідження та моделювання кінематичних та статичних характеристик маніпуляторів, що входять до складу роботомеханічних комплексів. Аналізуються базові підходи до вивчення та моделювання механічних систем. Визначаються геометричні параметри наземних роботизованих комплексів. Важливим аспектом є дослідження характеристик маніпуляторів із врахуванням робочих процесів їх елементної бази. Дослідження також охопило кінематичні параметри маніпуляторів, які визначають їхні можливості переміщення та орієнтації. Визначення цих характеристик є ключовим для планування руху та контролю маніпуляторів у реальних умовах. Важливим етапом дослідження було визначення характеристик точності поворотного вузла. Ця частина дослідження включала в себе оцінку можливостей використання маніпулятора для виконання точних завдань та визначення відхилень від заданих параметрів. В розділі також представлено дослідження, у програмному продукті CAD/CAE SOLIDWORKS, напружено-деформованого стану елементів поворотного вузла. Аналізується його вплив на загальну точність маніпулятора з врахуванням максимальної кількості факторів, що впливають на кінцеву точність позиціонування об’єкта маніпулювання. Отримані результати дозволили встановити інтегральні характеристики поворотного вузла та маніпулятора в цілому. Отримані результати дослідження кінематичних та статичних характеристик маніпуляторів роботомеханічних комплексів є базовою складовою подальшого розроблення адаптивної системи керування. Вони визначають ключові характеристики ефективності комплексів при їх роботі у польових умовах. У третьому розділі представлені результати досліджень динамічних характеристик приводів які використовуються у роботомеханічних комплексах. Розроблена спеціальна методика проведення експериментальних досліджень, спрямованих на аналіз переміщення роботизованого комплексу, що містить навісне обладнання. Детально аналізуються параметри динамічних процесів та коливань під час руху платформи, яка включає в себе маніпулятор. Розроблено динамічну математичну модель поворотного вузла маніпулятора та досліджено його динаміку у складі роботизованого комплексу, що експлуатується у польових умовах. На основі проведених досліджень визначено ключові динамічні характеристики маніпулятора, що дозволяють оцінити його ефективність при використанні для вирішення практичних задач. Представлені результати дослідження динамічних характеристик приводів роботомеханічних комплексів дозволяють враховувати при подальшій розробці систем керування та у свою чергу покращити ключовий параметр - точність. Отримані результати дозволили перейти до наступного етапу, що полягає у дослідженні характеристик роботизованого комплексу, що використовує маніпулятор під час переміщення шасі по поверхні. У четвертому розділі дисертації наведені комплексні дослідження динамічних параметрів роботомеханічних комплексів, що включають як рухому платформу, так і маніпулятор. Розглядається моделювання взаємодії гусеничного рушія з поверхнею ґрунту, детально вивчається вплив нерівностей ґрунту на динамічні процеси в гусеничних рушіях наземного роботизованого комплексу. В рамках цього розділу, також, досліджені параметри власних поперечних коливань гусениці, як системи з розподіленими параметрами. Розроблена математична модель вимушених коливань гусеничного рушія та досліджена динаміка маніпулятора роботизованого комплексу під час його функціонування у реальних умовах. Отримані результати дозволили детально проаналізувати динаміку роботомеханічних комплексів спеціального призначення. Визначено ключові параметри, які впливають на їхні характеристики, ефективність та надійність при виконанні спеціальних завдань, що несуть підвищену небезпеку для життя людини. У п’ятому розділі представлені рішення функціонально-орієнтованої елементної бази, які інтегруються у склад роботомеханічних комплексів які були нами розроблені на основі використання запропонованих підходів, методик, а також теоретичних та експериментальних досліджень. Наведені результати дозволили розробити високоточні шарніри які комбінуються із приводами кутових переміщень та дають можливість підвищити точність, надійність та динамічні характеристики системи. У розділі представлено результати розроблення магнітогідродинамічного двигуна, проведена його апробація. Дана система представляє із себе типову реалізацію функціонально-орієнтованої елементної бази, що дозволяє додатково покращити динамічні характеристики механізму. Окрему увагу приділено обґрунтуванню схемного рішення колісногусеничного рушія зі змінною геометрією, а також його конструктивній реалізації. Проведено аналіз функціональних можливостей запропонованого рушія та показано, що його використання забезпечує значне розширення експлуатаційних можливостей роботизованих комплексів, зокрема за рахунок підвищення прохідності та адаптивності до умов пересування. У завершальній частині розділу наведено результати апробації функціонально-орієнтованої елементної бази у складі роботомеханічних комплексів спеціального призначення. Отримані нами результати підтверджують, що запропоновані технічні рішення дозволяють цілеспрямовано покращити основні експлуатаційні, точність та динамічні характеристики роботизованих систем, а також підтверджують доцільність їх практичного застосування.
Опис
Ключові слова
транспортний засіб, роботизований комплекс, маніпулятор, гусениця, функціонально-орієнтована елементна база, математична модель, динаміка, перехідні процеси, моделювання, vehicle, robotic complex, manipulator, caterpillar, functionally oriented element base, mathematical model, dynamics, transient processes, modeling
Бібліографічний опис
Семенчук, Р. В. Функціонально-орієнтована елементна база просторових систем приводів роботомеханічних комплексів спеціального призначення : дис. … д-ра філософії : 131 Прикладна механіка / Семенчук Роман Викторович. - Київ, 2026. - 221 с.