Салимов Максим Сергеевич, аспирант кафедры «Робототехника, мехатроника, динамика и прочность машин»
111250, г. Москва, ул. Красноказарменная 14
Salimov, Maxim S., postgraduate student of the Robotics, Mechatronics, Dynamics and Strength of Machines
14, Krasnokazarmennaya St., Moscow, 111250
Меркурьев Игорь Владимирович, заведующий кафедрой «Робототехника, мехатроника, динамика и прочность машин», доктор технических наук, доцент
Author ID 35422634900
111250, г. Москва, ул. Красноказарменная 14
Merkuriev, Igor V., Head of the Robotics, Mechatronics, Dynamics and Strength of Machines Department, Dr.Sci. (Eng.), associate professor
Author ID 35422634900,
14, Krasnokazarmennaya St., Moscow, 111250
Introduction. A three-dimensional dry friction model in the interaction of a rectangular body and a horizontal rough surface is considered. It is assumed that there is no separation of the body from the horizontal surface. The body motion occurs under the conditions of combined dynamics when, in addition to the longitudinal movement, the body participates in twisting.
Materials and Methods. Linear fractional Pade approximations are proposed, which replaced the cumbersome analytical expressions that most accurately describe the motion of bodies on rough surfaces. New mathematical models describing sliding and twisting of bodies with a rectangular base are proposed.
Results. Analytical expressions of the principal vector and moment of friction for rectangular contact areas are developed and scientifically established. A friction model that takes into account the relationship between sliding and twisting speeds, which provides finding solutions for Pade dependences, is developed. After numerical solution to the equations of motion, the dependences of the sliding speed and angular velocity on time were obtained and constructed. Graphs of the dependences of the friction forces and their moment on two parameters (angular velocity and slip velocity) were constructed, which enabled to compare the integral and normalized models of friction. The comparison results showed good agreement of the integral model and the model based on Pade approximations.
Discussion and Conclusions. The results obtained provide considering the dynamic coupling of components, which determines the force interaction of a rectangular body and a horizontal surface. These results can be used in mobile robotics. The analyzed motion of the body occurs through the motion control of a material point inside the body. Such mobile robots can be used when solving a wide class of problems: when creating autonomous robots for the exploration of outer space and planets; in the diagnosis and treatment in case of passing through complex structures of veins and arteries; in research under water, in places of large differential temperature; in underground operations.
Введение. Исследуется трехмерная модель сухого трения при взаимодействии прямоугольного тела и горизонтальной шероховатой поверхности. Предполагается, что отрыв корпуса от горизонтальной поверхности отсутствует. Движение тела происходит в условиях комбинированной динамики, когда помимо продольного движения тело участвует в верчении.
Материалы и методы. Предложены дробно-линейные аппроксимации Паде, которые заменили громоздкие аналитические выражения, наиболее точно описывающие движение тел по шероховатым поверхностям. Предложены новые математические модели, описывающие скольжение и верчение тел с прямоугольным основанием.
Результаты исследования. Разработаны и научно обоснованы аналитические выражения главного вектора и момента сил трения для прямоугольных площадок контакта. Разработана модель трения, которая учитывает взаимосвязь между скоростями скольжения и верчения, позволяющая находить решения для зависимостей Паде. После численного решения уравнений движений, получены и построены зависимости скорости скольжения и угловой скорости от времени. Построены графики зависимостей сил трения и их момента от угловой скорости и скорости проскальзывания, которые позволили сравнить интегральную и нормированную модели трения. Результаты сравнения показали хорошее соответствие интегральной модели и модели на основе аппроксимаций Паде.
Обсуждение и заключения. Полученные результаты позволяет учесть динамическую связь компонентов, которая определяет силовое взаимодействие прямоугольного корпуса и горизонтальной поверхности. Эти результаты могут быть использованы в мобильной робототехнической сфере. Анализируемое движение корпуса происходит за счет управления движением материальной точки внутри корпуса. Такие мобильные роботы могут использоваться при решении широкого класса задач: при создании автономных роботов для исследования космического пространства и планет; при диагностике и лечении в части прохождения по сложным структурам вен и артерий; при исследованиях под водой, в местах больших перепадов температур; при подземных работах.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.