РАЗРАБОТКА ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРОФИЛЬНОЙ ПРОХОДИМОСТИ ДВУХЗВЕННОГО ВНУТРИТРУБНОГО РОБОТА

  • А.И. Комиссаров МГТУ им. Н.Э. Баумана
  • К. Е. Бяков МГТУ им. Н.Э. Баумана
  • В.Б. Холоденко МГТУ им. Н.Э. Баумана
  • О. А. Корниенко Инжиниринговый центр «Автоматика и робототехника» МГТУ им. Н.Э. Баумана
Ключевые слова: Внутритрубный робот, модель контакта колесо–трубопровод, профильная проходимость внутритрубного робота

Аннотация

Способность многозвенного внутритрубного робота преодолевать изогнутые уча-
стки трубопроводов является важным показателем его профильной проходимости. Оцен-
ка данного показателя на этапе проектирования невозможна без проведения математиче-
ского моделирования процесса пространственного движения робота с учетом силового
взаимодействия движителей робота с трубопроводом. Целью данной работы является
создание динамической модели для оценки профильной проходимости двухзвенного внут-
ритрубного робота с колесными движителями. Разработка модели проводилась в про-
граммном комплексе автоматизированного анализа динамики систем тел «Универсальный
механизм» с использованием стандартных элементов описания механических систем и
специально разработанной модели контактного взаимодействия колесных движителей
робота с внутренней поверхностью трубопровода. Модель контактного взаимодействия
колес с трубопроводом была создана в среде MATLAB и скомпилирована в динамически
подключаемую библиотеку. Полученная динамическая модель верифицировалась по качест-
венному поведению робота при движении через изогнутый участок трубопровода и графи-
кам индикаторов профильной проходимости. Рассматривалось два варианта направления
изгиба трубопровода. В качестве индикатора профильной проходимости было предложено
использование минимального расстояния от выступающих электродвигателей актуато-
ров робота до внутренней поверхности трубопровода. Анализ результатов математического моделирования подтвердил адекватность поведения модели и показал, что разрабо-
танная динамическая модель может применяться для оценки профильной проходимости
внутритрубного двухзвенного робота на ранних этапах проектирования до изготовления
его натурного образца

Литература

1. Golubkin I.A., Antonov O.V. Research and modeling of gas pipeline inspection by mobile
wheeled robot, Vestnik of astrakhan state technical university. Series: Management, Computer
Science & Informatics, 2014, No. 2.
2. Savin S., Jatsun S., Vorochaeva L. Trajectory generation for a walking in-pipe robot moving
through spatially curved pipes, MATEC Web of Conferences. EDP Sciences, 2017, Vol. 113,
pp. 02016.
3. Savin S., Vorochaeva L. Footstep planning for a six-legged in-pipe robot moving in spatially
curved pipes, 2017 International Siberian Conference on Control and Communications
(SIBCON). IEEE, 2017, pp. 1-6.
4. Kim H.M. et al. Novel mechanism for in-pipe robot based on a multiaxial differential gear
mechanism, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2016, Vol. 22, No. 1, pp. 227-235.
5. Kazeminasab S. et al. Design, Characterization, and Control of a Size Adaptable In-pipe Robot
for Water Distribution Systems, 2021 22nd IEEE International Conference on Industrial
Technology (ICIT). IEEE, 2021, Vol. 1, pp. 39-46.
6. Jung C.D. et al. Optimal mechanism design of in-pipe cleaning robot, 2011 IEEE International
Conference on Mechatronics and Automation. IEEE, 2011, pp. 1327-1332.
7. Nguyen T.T. et al. Dynamic modeling and its analysis for PIG flow through curved section in
natural gas pipeline, Proceedings 2001 IEEE International Symposium on Computational Intelligence
in Robotics and Automation (Cat. No. 01EX515). IEEE, 2001, pp. 492-497.
8. Hu Z., Appleton E. Dynamic characteristics of a novel self-drive pipeline pig, IEEE Transactions
on Robotics, 2005, Vol. 21, No. 5, pp. 781-789.
9. Mirshamsi M., Rafeeyan M. Dynamic Analysis of Pig through Two and Three Dimensional
Gas Pipeline, Journal of Applied Fluid Mechanics, 2015, Vol. 8, No. 1.
10. Kwon Y.S. et al. A flat pipeline inspection robot with two wheel chains, 2011 IEEE International
Conference on Robotics and Automation. IEEE, 2011, pp. 5141-5146.
11. Zhang L., Wang X. Stable motion analysis and verification of a radial adjustable pipeline robot,
2016 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO). IEEE, 2016,
pp. 1023-1028.
12. Shi Y., Tang D. Adaptive control characteristics of pipeline inspection traction device, Journal
of China University of Petroleum (Edition of Natural Science), 2012.
13. Hong Z., Yang W. Development of an Adaptive Vehicle for In-Pipe Inspection Task, ICPTT
2011: Sustainable Solutions For Water, Sewer, Gas, And Oil Pipelines, 2011, pp. 1081-1089.
14. Universal'nyy mekhanizm. Modelirovanie dinamiki mekhanicheskikh sistem [Universal mechanism.
Modeling the dynamics of mechanical systems]. Available at: http://www.umlab.ru
(accessed 24 July 2021).
15. EULER – programmnyy kompleks avtomatizirovannogo dinamicheskogo analiza mnogokomponentnykh
mekhanicheskikh sistem [EULER – software package for automated dynamic
analysis of multi-component mechanical systems]. Available at: http:// http://www.euler.ru
(accessed 24 July 2021).
16. FRUND [FRUND]. Available at: http://frund.vstu.ru/ (accessed 10 November 2021).
17. Adams. The Multibody Dynamics Simulation Solution. Available at: http://www.mscsoftware.com/
product/adams (accessed 24 July 2021).
18. Gorelov V.A., Komissarov A.I. Mathematical Model of the Straight–line Rolling Tire–Rigid
Terrain Irregularities Interaction, Procedia Engineering, 2016, Vol. 150, pp. 1322-1328.
19. Gipser M. FTire–the tire simulation model for all applications related to vehicle dynamics,
Vehicle System Dynamics, 2007, Vol. 45, No. S1, pp. 139-151.
20. Besselink I.J. M. et al. The SWIFT tyre model: overview and applications, 2004, pp. 525-530.
Опубликован
2021-12-24
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ I. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ