Organizing the Rotation of the Body of a Vibration Robot Around the Vertical

M. A. Garbuz; Гарбуз М. А.; M. Z. Dosaev; Досаев М. З.; V. A. Samsonov; Самсонов В. А.

doi:10.31857/S0002338823010031

Organizing the Rotation of the Body of a Vibration Robot Around the Vertical

Authors: Garbuz M.A.¹, Dosaev M.Z.¹, Samsonov V.A.¹
Affiliations:
1. Research Institute of Mechanics, Moscow State University, 119899, Moscow, Russia
Issue: No 1 (2023)
Pages: 164-176
Section: РОБОТОТЕХНИКА
URL: https://rjmseer.com/0002-3388/article/view/676519
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002338823010031
EDN: https://elibrary.ru/IZZMOG
ID: 676519

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract

The movement of a vibrating robot, consisting of a body, two homogeneous flywheels, and an unbalance, is considered. A mathematical model of plane-parallel motion is constructed. The principal possibility of unbalance control, which results in the rotation of the robot in the horizontal plane, is shown. The dependences of the body’s rotation angle on the system’s parameters are described. The conditions for a complete stop of the body after rotation are determined. The displacement of the body from the initial position is analyzed.

References

Черноусько Ф.Л. Анализ и оптимизация движения тела, управляемого посредством подвижной внутренней массы // ПММ. 2006. № 6. Т. 70. С. 915–941.
Блехман И.И. Вибрационная механика. М.: Наука, 1994.
Yan Y., Zhang B., Chávez J.P., Liu Y. Optimising the Locomotion of a Vibro-impact Capsule Robot Self-propelling In the Small Intestine // Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation. 2022. № 1. V. 3. https://doi.org/10.1007/978-3-030-81170-9_12
Liao M., Zhang J., Liu Y., Zhu D. Speed Optimisation and Reliability Analysis of a Self-propelled Capsule Robot Moving in an Uncertain Frictional Environment // Intern. J. Mechanical Sciences. 2022. V. 221. № 107156. https://Doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2022.107156.
Черноусько Ф.Л., Шматков А.М. Оптимальное управление поворотом твердого тела при помощи внутренней массы // Изв. РАН. ТиСУ. 2019. № 3. С. 10–23. https://doi.org/10.1134/S0002338819030065
Черноусько Ф.Л. Об использовании нескольких подвижных масс для переориентации тела // Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. 2022. Т. 503. № 1. С. 52–56.
Nunuparov A., Becker F., Bolotnik N. et al. Dynamics and Motion Control of a Capsule Robot with an Opposing Spring. Arch Appl Mech. 2019 V. 89. P. 2193–2208. https://Doi.org/10.1007/s00419-019-01571-8.
Досаев М.З., Климина Л.А., Самсонов В.А., Селюцкий Ю.Д. Плоскопараллельное движение робота-змеи при наличии анизотропного сухого трения и единственного управляющего сигнала // Изв. РАН. ТиСУ. 2022. № 5. С. 134–143. https://doi.org/10.31857/S0002338822050067
Черноусько Ф.Л. Управление движением многозвенников на шероховатой плоскости // Тр. ИММ УрО РАН. 2000. Т. 6. № 1. С. 277–287.
Ветчанин Е.В., Килин А.А. Свободное и управляемое движение в жидкости тела с подвижной внутренней массой при наличии циркуляции вокруг тела // ДАН. 2016. Т. 466. № 3. С. 293–297.
Килин А.А., Кленов А.И., Тененев В.А. Управление движением тела с помощью внутренних масс в вязкой жидкости // Компьютерные исследования и моделирование. 2018. Т. 10. № 4. С. 445–460.
Pollard B., Tallapragada P. Passive Appendages Improve the Maneuverability of Fishlike Robots // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2019. V. 24. № 4. P. 1586–1596.
Волкова Л.Ю., Яцун С.Ф. Управление движением трехмассового робота, перемещающегося в жидкой среде // Нелинейная динамика. 2011. Т. 7. № 4. С. 845–857.
Tallapragada P., Gandra C. A Mobile Mathieu Oscillator Model for Vibrational Locomotion of a Bristlebot // J. Mechanisms and Robotics. 2021. V. 13. № 5. P. 054501.
Кугушев Е.И., Попова Т.В., Сазонов С.В. О движении системы с перемещающимся внутренним элементом при наличии внешнего вязкого трения // Вестн. МГУ. Сер. 1. Математика, механика. 2020. № 5. С. 50–56.
Фигурина Т.Ю. Оптимальное управление системой материальных точек на прямой с сухим трением // Изв. РАН. ТиСУ. 2015. № 5. С. 3–9.
Болотник Н.Н., Губко П.А., Фигурина Т.Ю. О возможности безреверсного периодического прямолинейного движения системы двух тел на шероховатой плоскости // ПММ. 2018. Т. 82. № 2. С. 138–148.
Черноусько Ф.Л. Плоские движения тела, управляемого при помощи подвижной массы // Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. 2020. Т. 494. № 1. С. 69–74.
Иванов А.П., Сахаров А.В. Динамика твердого тела с подвижными внутренними массами и ротором на шероховатой плоскости // Нелинейная динамика. 2012. Т. 8. № 4. С. 763–772.
Бардин Б.С. О безударных прыжках тела, несущего подвижные массы // Матер. XVIII Междунар. симпоз. “Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем” DYVIS-2015. М., 2015. С. 42–49.
Голицына М.В. Периодический режим движения вибрационного робота при ограничении по управлению // ПММ. 2018. № 1. С. 627–636.
Dosaev M., Samsonov V., Holub A. Plane-Parallel Motion of a Friction-Powered Robot Moving Along a Rough Horizontal Plane // Advances in Mechanism and Machine Science. IFToMM WC 2019. Mechanisms and Machine Science 73. Cham: Springer, 2019.
Dosaev M., Samsonov V., Hwang S. Construction of Control Algorithm in the Problem of the Planar Motion of a Friction-powered Robot with a Flywheel and an Eccentric Weight // Applied Mathematical Modelling 2021. V. 89. Pt 2. P. 1517–1527.
Dosaev M. Algorithm for Controlling an Inertioid Robot with a Flywheel and an Unbalance in Conditions of Restrictions on the Angular Acceleration of the Unbalance // Applied Mathematical Modelling. 2022. V. 109. P. 797–807. https://Doi.org/10.1016/j.apm.2022.05.021.
Сахаров А.В. Поворот тела без внешних движителей при помощи ротора // Тр. МФТИ. 2014. Т. 6. № 2. С. 80–91.
Сахаров А.В. Поворот тела с двумя подвижными внутренними массами на шероховатой плоскости // ПММ. 2015. Т. 79. Вып. 2. С. 196–209.
Черноуcько Ф.Л. Движение тела по плоскости под влиянием подвижных внутренних масс // ДАН. 2016. Т. 470. № 4. С. 406–410.
Черноуcько Ф.Л. Управление плоскими движениями тела при помощи подвижной массы // ПММ. 2021. Т. 85. Вып. 4. С. 414–425.
Huda M.N., Yu H. Modelling and Motion Control of a Novel Double Parallel Mass Capsubot // IFAC Proceedings Volumes. 2011. V. 44. Iss. 1. P. 8120–8125.
Semendyaev S.V., Tsyganov A.A. Model and Investigation of Dynamics of Solid System with Two Massive Eccentrics on a Rough Plane // ECCOMAS Congress. Proc. 7th Europ. Cong. Comp. Meth. in Appl. Sci. and Eng. Crete, 2016. V. 3. P. 4572–4583.
Semendyaev S.V. Solid System with Two Massive Eccentrics on a Rough Plane: Rotational Case // IFAC-PapersOnLine. 2018. V. 51 (2). P. 884–889.
Zhan X., Xu J., Fang H. Planar Locomotion of a Vibration-driven System with Two Internal Masses // Applied Mathematical Modelling. 2016. V. 40. № 2. P. 871–885.
Zhan X., Xu J., Fang H. A Vibration-driven Planar Locomotion Robot Shell //Robotica 2018. V. 36. № 9. P. 1402–1420.
Klimina L.A. Rotational Modes of Motion for an Aerodynamic Pendulum with a Vertical Rotation Axis // Moscow Univ. Mech. Bull. 2009. V. 64. P. 126–129. https://doi.org/10.3103/S0027133009050069
Селюцкий Ю.Д. Предельные циклы в динамике упруго закрепленного аэродинамического маятника // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 2022. № 1. С. 133–144. https://doi.org/10.31857/s0572329922010093
Tikhonov A.А. Natural Magneto-velocity Coordinate System for Satellite Attitude Stabilization: The Concept and Kinematic Analysis // J. Appl. Comput. Mech., 2021. V. 7 (4). P. 2113–2119. https://doi.org/10.22055/JACM.2021.37817.3094
Голицына М.В. Анализ, управление и оптимизация движения вибрационного робота // Кандидатская диссертация по специальности 01.02.01 – Теоретическая механика. 2018.