Исследование динамических характеристик голономного робота с колесами типа меканум на основе 3D параметрической имитационной модели

Abstract

В статье проведен анализ динамических показателей четырехколесного мобильного робота, приводимого в движение всенаправленными колесами типа меканум. Для получения информации о его динамических характеристиках разработана компьютерная модель в программной среде блочного моделирования MATLAB Simulink, которая позволила исследовать поведение голономного мобильного объекта с колесами меканум в пуско-тормозных режимах, не только основываясь на его математической модели, но и учитывая массогабаритные параметры робота, внедренные в модель через интеграцию трехмерного цифрового прототипа исследуемого объекта. Изучение динамики всенаправленного робота рассматривалось в рамках моделирования разгона, равномерного движения и торможения объекта на плоскости по прямолинейной траектории. В результате получены зависимости кинематических, динамических и механических характеристик: угловой скорости и вращательного момента каждого колеса от времени, линейной скорости центра масс робота от времени, пройденного роботом пути от времени, ошибки позиционирования при отработке заданного перемещения, пространственной визуализации колебаний скорости. При помощи инструмента Mechanical Explorer с использованием интегрированного в модель цифрового клона исследуемого робота получена анимация движения объекта по траектории. Примененный подход, основанный на интеграции математической блочной и трехмерной параметрической моделей объекта с возможностью визуализации и анимации результатов, позволяет наиболее полно исследовать динамику и кинематику нелинейных мехатронных систем. Полученные данные об ошибках позиционирования и колебаниях скорости в трех координатах позволили сделать вывод о наличии случайных колебаний при движении робота, однако это не оказало заметного влияния на точность отработки заданной траектории.