ZASTOSOWANIE OPROGRAMOWANIA MES DO WYZNACZANIA PARAMETRÓW RUCHU GĄSIENICOWEGO ROBOTA INSPEKCYJNEGO



Podobne dokumenty
WERYFIKACJA NUMERYCZNA MODELU KINEMATYKI ROBOTA INSPEKCYJNEGO DO DIAGNOSTYKI I KONSERWACJI ZBIORNIKÓW Z CIECZĄ

Mechanika ogólna. Kinematyka. Równania ruchu punktu materialnego. Podstawowe pojęcia. Równanie ruchu po torze (równanie drogi)

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

Mechanika ruchu / Leon Prochowski. wyd. 3 uaktual. Warszawa, Spis treści

Mgr inż. Wojciech Chajec Pracownia Kompozytów, CNT Mgr inż. Adam Dziubiński Pracownia Aerodynamiki Numerycznej i Mechaniki Lotu, CNT SMIL

WYKORZYSTANIE MES DO WYZNACZANIA WPŁYWU PĘKNIĘCIA W STOPIE ZĘBA KOŁA NA ZMIANĘ SZTYWNOŚCI ZAZĘBIENIA

PRZESTRZENNY MODEL PRZENOŚNIKA TAŚMOWEGO MASY FORMIERSKIEJ

Równa Równ n a i n e i ru r ch u u ch u po tor t ze (równanie drogi) Prędkoś ędkoś w ru r ch u u ch pros pr t os ol t i ol n i io i wym

Jan A. Szantyr tel

PL B1. Mechanizm pedipulatora do ustawiania pozycji modułu napędowego, zwłaszcza robota mobilnego

FIZYKA klasa 1 Liceum Ogólnokształcącego (4 letniego)

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 4(85)/2011

MODEL MANIPULATORA O STRUKTURZE SZEREGOWEJ W PROGRAMACH CATIA I MATLAB MODEL OF SERIAL MANIPULATOR IN CATIA AND MATLAB

Modelowanie w projektowaniu maszyn i procesów cz.5

Mechanika Teoretyczna Kinematyka

RÓWNANIE DYNAMICZNE RUCHU KULISTEGO CIAŁA SZTYWNEGO W UKŁADZIE PARASOLA

SYMULACJA TŁOCZENIA ZAKRYWEK KORONKOWYCH SIMULATION OF CROWN CLOSURES FORMING

POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA w Kielcach WYDZIAŁ MECHATRONIKI I BUDOWY MASZYN KATEDRA URZĄDZEŃ MECHATRONICZNYCH LABORATORIUM FIZYKI INSTRUKCJA

Nasyp przyrost osiadania w czasie (konsolidacja)

KINEMATYKA I DYNAMIKA CIAŁA STAŁEGO. dr inż. Janusz Zachwieja wykład opracowany na podstawie literatury

3. KINEMATYKA Kinematyka jest częścią mechaniki, która zajmuje się opisem ruchu ciał bez wnikania w jego przyczyny. Oznacza to, że nie interesuje nas

ANALIZA OBCIĄŻEŃ JEDNOSTEK NAPĘDOWYCH DLA PRZESTRZENNYCH RUCHÓW AGROROBOTA

DYNAMIKA ŁUKU ZWARCIOWEGO PRZEMIESZCZAJĄCEGO SIĘ WZDŁUŻ SZYN ROZDZIELNIC WYSOKIEGO NAPIĘCIA

'MAPOSTAW' Praca zespołowa: Sylwester Adamczyk Krzysztof Radzikowski. Promotor: prof. dr hab. inż. Bogdan Branowski

dynamiki mobilnego robota transportowego.

MODELOWANIE WPŁYWU NIEZALEŻNEGO STEROWANIA KÓŁ LEWYCH I PRAWYCH NA ZACHOWANIE DYNAMICZNE POJAZDU

MODELOWANIE KINEMATYKI I DYNAMIKI MOBILNEGO MINIROBOTA

WPŁYW METODY DOPASOWANIA NA WYNIKI POMIARÓW PIÓRA ŁOPATKI INFLUENCE OF BEST-FIT METHOD ON RESULTS OF COORDINATE MEASUREMENTS OF TURBINE BLADE

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW. Ćwiczenie N 2 RÓWNOWAGA WZGLĘDNA W NACZYNIU WIRUJĄCYM WOKÓŁ OSI PIONOWEJ

MECHANIKA 2. Wykład Nr 3 KINEMATYKA. Temat RUCH PŁASKI BRYŁY MATERIALNEJ. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

SYSTEMY MES W MECHANICE

Nowoczesne narzędzia obliczeniowe do projektowania i optymalizacji kotłów

Analiza stateczności zbocza

Informatyka I Lab 06, r.a. 2011/2012 prow. Sławomir Czarnecki. Zadania na laboratorium nr. 6

Modelowanie, sterowanie i symulacja manipulatora o odkształcalnych ramionach. Krzysztof Żurek Gdańsk,

Dynamika samochodu Vehicle dynamics

Modelowanie wpływu niezależnego sterowania kół lewych i prawych na zachowanie dynamiczne pojazdu

Politechnika Śląska. Katedra Wytrzymałości Materiałów i Metod Komputerowych Mechaniki. Praca dyplomowa inżynierska. Wydział Mechaniczny Technologiczny

Rozszerzony konspekt preskryptu do przedmiotu Podstawy Robotyki

Projektowanie elementów z tworzyw sztucznych

1. Przepływ ciepła Rysunek 1.1 Projekt tarczy hamulcowej z programu SOLIDWORKS

Politechnika Poznańska

MODELOWANIE POŁĄCZEŃ TYPU SWORZEŃ OTWÓR ZA POMOCĄ MES BEZ UŻYCIA ANALIZY KONTAKTOWEJ

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH.

MECHANIKA 2. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

MECHANIKA 2 KINEMATYKA. Wykład Nr 5 RUCH KULISTY I RUCH OGÓLNY BRYŁY. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Osiadanie kołowego fundamentu zbiornika

pt.: KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROCESÓW OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

CYFROWE MODELOWANIE ROBOTA Z NAPĘDEM GĄSIENICOWYM

Modelowanie biomechaniczne. Dr inż. Sylwia Sobieszczyk Politechnika Gdańska Wydział Mechaniczny KMiWM 2005/2006

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

MODELOWANIE I ANALIZA MODALNA RAMY MOBILNEGO ROBOTA INSPEKCYJNEGO

Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich. Dynamika

MECHANIKA 2 RUCH POSTĘPOWY I OBROTOWY CIAŁA SZTYWNEGO. Wykład Nr 2. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Stanisław SZABŁOWSKI

Wektory, układ współrzędnych

Metoda elementów skończonych

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH PROJEKT

MODELOWANIE ZA POMOCĄ MES Analiza statyczna ustrojów powierzchniowych

Sterowanie napędów maszyn i robotów

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

ANALIZA NUMERYCZNA DEFORMACJI WALCOWEJ PRÓBKI W ZDERZENIOWYM TEŚCIE TAYLORA

WYMAGANIA EDUKACYJNE PRZEDMIOT : FIZYKA ROZSZERZONA

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Projekt Metoda Elementów Skończonych. COMSOL Multiphysics 3.4

SYMULACYJNE BADANIE SKUTECZNOŚCI AMUNICJI ODŁAMKOWEJ

Podczas wykonywania analizy w programie COMSOL, wykorzystywane jest poniższe równanie: 1.2. Dane wejściowe.

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI KATEDRA AUTOMATYKI. Robot do pokrycia powierzchni terenu

Oddziaływania. Wszystkie oddziaływania są wzajemne jeżeli jedno ciało działa na drugie, to drugie ciało oddziałuje na pierwsze.

Katarzyna Jesionek Zastosowanie symulacji dynamiki cieczy oraz ośrodków sprężystych w symulatorach operacji chirurgicznych.

PROJEKT MES COMSOL MULTIPHYSICS 3.4

1. PODSTAWY TEORETYCZNE

Plan wynikowy z wymaganiami edukacyjnymi przedmiotu fizyka w zakresie rozszerzonym dla I klasy liceum ogólnokształcącego i technikum

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Czym jest aerodynamika?

Materiały do laboratorium Przygotowanie Nowego Wyrobu dotyczące metody elementów skończonych (MES) Opracowała: dr inŝ.

MODELOWANIE ROZKŁADU TEMPERATUR W PRZEGRODACH ZEWNĘTRZNYCH WYKONANYCH Z UŻYCIEM LEKKICH KONSTRUKCJI SZKIELETOWYCH

WYKORZYSTANIE OPROGRAMOWANIA ADAMS/CAR RIDE W BADANIACH KOMPONENTÓW ZAWIESZENIA POJAZDU SAMOCHODOWEGO

PORÓWNANIE POSTACI KONSTRUKCYJNYCH KOŁA ZABIERAKOWEGO POJAZDÓW KOPARKI WIELONACZYNIOWEJ. 1. Wprowadzenie obiekt badań

Politechnika Warszawska Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

Praca domowa nr 2. Kinematyka. Dynamika. Nieinercjalne układy odniesienia.

Analiza kinematyczna i dynamiczna mechanizmów za pomocą MSC.visualNastran

Jan Awrejcewicz- Mechanika Techniczna i Teoretyczna. Statyka. Kinematyka

BADANIA SYMULACYJNE PROCESU HAMOWANIA SAMOCHODU OSOBOWEGO W PROGRAMIE PC-CRASH

Politechnika Poznańska

Przekładnie ślimakowe / Henryk Grzegorz Sabiniak. Warszawa, cop Spis treści

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Transport I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny) stacjonarne (stacjonarne / niestacjonarne)

METODA TWORZENIA TYPOSZEREGÓW KONSTRUKCJI MASZYN Z ZASTOSOWANIEM TEORII PODOBIEŃSTWA KONSTRUKCYJNEGO

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania. Projekt: Metoda Elementów Skończonych Program: COMSOL Multiphysics 3.4

MECHANIKA OGÓLNA (II)

Optymalizacja wież stalowych

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

Symulacja Analiza_stopa_plast

MARTA ŻYŁKA 1, ZYGMUNT SZCZERBA 2, WOJCIECH ŻYŁKA 3

Drgania poprzeczne belki numeryczna analiza modalna za pomocą Metody Elementów Skończonych dr inż. Piotr Lichota mgr inż.

Determination of stresses and strains using the FEM in the chassis car during the impact.

PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA

PROJEKT METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Transkrypt:

MODELOWANIE INŻYNIERSKIE nr 52, ISSN 1896-771X ZASTOSOWANIE OPROGRAMOWANIA MES DO WYZNACZANIA PARAMETRÓW RUCHU GĄSIENICOWEGO ROBOTA INSPEKCYJNEGO Mariusz Giergiel 1, Krzysztof Kurc 2a Dariusz Szybicki 2b, Paweł Fudali 3 1 Katedra Robotyki i Mechatroniki, Akademia Górniczo-Hutnicza 1 giergiel@agh.edu.pl 2 Katedra Mechaniki Stosowanej i Robotyki, Politechnika Rzeszowska 2a kkurc@prz.edu.pl, 2b dszybicki@prz.edu.pl 3 Katedra Konstrukcji Maszyn, Politechnika Rzeszowska 3 pfudali@prz.edu.pl Streszczenie W pracy zaprezentowano sposób wyznaczania parametrów ruchu gąsienicy w oprogramowaniu MES ABAQUS 6.11 oraz współczynników niezbędnych do opisu dynamiki w oprogramowaniu SolidWorks FlowSimulation. Wyznaczono parametry ruchu charakterystycznych punktów gąsienicy. Otrzymane wyniki porównano z założonym modelem matematycznym i wykorzystano do opisu kinetyki gąsienicowego robota inspekcyjnego. Zastosowanie oprogramowania CFD pozwoliło na wyznaczanie współczynnika oporu hydrodynamicznego, dokładnej powierzchni czołowej robota oraz objętości. Słowa kluczowe: robot inspekcyjny, analiza mes, opis ruchu, opór hydrodynamiczny USE OF SOFTWARE FEM TO DETERMINATE MOTION PARAMETRS OF THE CATERPILLAR INSPECTION ROBOT Summary In this article the problem of determining the coefficients, required to describe the kinetic underwater robots with crawler drive, was described. In this paper analysis of the movement of the caterpillar in the software MES ABAQUS 6.11 and the movement of underwater robot in Solid Works Flow Simulation, was presented. Parameters of the movement of the characteristic points of the caterpillar were obtained in simulation. The CAD software with CFD modules was used to determine the necessary parameters. Keywords: inspection robots, analysis FEM, motion description, drag coefficient 1. WSTĘP Napęd gąsienicowy jest mechanizmem umożliwiającym poruszanie różnego typu pojazdów w terenie za pomocą gąsienic. Zalety tego napędu pozwalają wyposażonym w niego pojazdom na pokonywanie trudnych przeszkód terenowych, ograniczają ich grzęźniecie i poślizg. Gąsienice zwiększają powierzchnię styku pojazdu z podłożem oraz umożliwiają pokonywanie wzniesień o względnie dużej wartości kąta nachylenia [1]. Opis i modelowanie gąsienicowych układów napędowych jest zadaniem skomplikowanym, gdyż oddziaływają 57

ZASTOSOWANIE OPROGRAMOWANIA MES DO WYZNACZANIA PARAMTRÓW RUCHU na nie różnego typu czynniki zmienne w czasie [2,3]. W przypadku analizy zachowania robotów typu gąsienicowego przydatne okazują się modele i symulacje komputerowe. Oszczędzają one czas, pozwalają na ocenę właściwości danego modelu oraz szybkie wprowadzanie ewentualnych zmian [4]. Przydatne w opisie ruchu robotów gąsienicowych parametry odkształceń wykonanej z gumy gąsienicy oraz jej przemieszczeń można uzyskać z symulacji wykonanych metodą elementów skończonych (MES). Metoda ta może zostać użyta również do wyznaczania parametrów niezbędnych w opisie dynamiki takich robotów. Metoda elementów skończonych w uproszczeniu polega na dyskretyzacji opracowanego modelu na skończoną liczbę elementów, dla których rozwiązanie jest przybliżane przez konkretne funkcje, i wykonywaniu obliczeń tylko dla węzłów tego podziału [7]. Do analizy ruchu gąsienicy robota inspekcyjnego zastosowano pakiet ABAQUS 6.11. Jest to jeden z wiodących programów służących do analizy nieliniowej układów z wykorzystaniem metody elementów skończonych w zakresie skomplikowanych badań inżynierskich. Do wyznaczania parametrów takich jak współczynnik oporu hydrodynamicznego oraz objętość robota zastosowano moduł FlowSimulation oprogramowania SolidWorks w wersji 2013 [6]. 2. WYZNACZANIE PARAMETRÓW RUCHU MODUŁU GĄSIENICY 2.1 BUDOWA MODELU CAD GĄSIENICY Do budowy robota inspekcyjnego wykorzystano system napędowy oparty na gąsienicach Minitrac firmy Inuktun (rys.1). Ta jednostka jezdna jest precyzyjnym mechanizmem wykonanym z aluminium wysokiej jakości, posiada mocne silniki i przekładnie planetarne napędzające pasy ze szponami. Rys.2. Model CAD gąsienicy robota inspekcyjnego Model CAD gąsienicy zapisano do standardowego formatu wymiany danych ACIS z rozszerzeniem *.SAT, który jest wspierany przez praktycznie wszystkie platformy systemowe. 2.2 MODEL GĄSIENICY W OPROGRAMOWANIU MES Model CAD wyeksportowano do programu ABAQUS. By skrócić czas obliczeń oraz ułatwić operowanie na modelu, zastosowano szereg uproszczeń, które nie mają większego wypływu na poprawność otrzymanych wyników. Z modelu usunięto silnik wraz z przekładniami. Koła napędowe oraz korpus zamodelowano w uproszczeniu, przyjmując je jako ciała sztywne. Szpony wraz z łączącym je pasem zostały zamodelowane jako bryły odkształcalne wykonane z gumy. Ze względy na to, że guma to materiał silnie nieliniowy, konieczne było zastosowanie analiz nieliniowych oraz podanie parametrów niezbędnych do modelowania gumy w MES takich jak m.in. moduł Younga czy liczba Poissona. Funkcjonowanie rzeczywistej gąsienicy możliwe jest przy wstępnym napięciu pasa na kołach napędowych. W związku z tym zdecydowano się na podział symulacji na dwa etapy. Pierwszy obejmujący rozciąganie i napinanie pasa (rys.3a, rys3b, rys3c) oraz drugi, który odzwierciedlał ruch gąsienicy na założonym odcinku. Prawidłowe wykonanie napięcia pasa wymagało przyjęcia pierwotnego okrągłego kształtu. Pas ze szponami po wstępnym napięciu przyjął kształt rzeczywistej gąsienicy. Rys.1. Gąsienica Minitrac firmy Inuktun Na podstawie danych producenta wykonano pełny model CAD napędu (rys.2) w oprogramowaniu SolidWorks. 58

Mariusz Giergiel, Krzysztof Kurc, Dariusz Szybicki, Paweł Fudali Symulacja została wykonana m.in. z wykorzystaniem modułu Static General. Dla każdego węzła modelu możliwe jest odczytanie współrzędnych w dowolnej chwili czasowej. Wszelkie odczytane parametry mogą zostać przedstawione w postaci tabeli oraz wykresu, jak również wyeksportowane do zewnętrznych programów w celu ich lepszego wyeksponowania. Pozwala to na bezpośrednie porównanie obliczeń numerycznych z obliczeniami analitycznymi, czy też doświadczalnymi. Uzyskane dane symulacyjne zostały przedstawione na wykresach (rys.5, rys.6). a) Rys.5. Przemieszczenie punktu A b) c) Rys.3. Etapy napięcia wstępnego pasa gąsienicy: a) pierwotny, b) pośredni, c) finalny kształt pasa gąsienicy Na rys.3 pokazano poszczególne fazy napinania pasa ze szponami na kołach modułu gąsienicy. 2.3 SYMULACJA RUCHU GĄSIENICY Drugi etap symulacji wymagał przyjęcia niezbędnych parametrów związanych z ruchem. Na podstawie danych literaturowych przyjęto współczynnik tarcia pomiędzy szponami a podłożem [1,2]. Na podstawie danych producenta przyjęto prędkość obrotową koła napędowego gąsienicy niezbędną do realizacji trajektorii. Założono brak poślizgu pomiędzy kołem napędowym a pasem gąsienicy. Odcinek testowy, na którym odbywał się ruch, przyjęto jako 0,7 m. Założono fazę rozpędzania, ruchu ze stałą prędkością oraz hamowania. Do analizy ruchu gąsienicy przyjęto charakterystyczne punkty (A,B) pokazane na rys.4. Rys.6. Prędkość punktu A Oś x na wykresach przyjęto wzdłuż toru ruchu. Na rys.5 widoczne jest, że przejechanie założonego odcinka 0,7 m zajmuje ok. 6,5 s. Na wykresie prędkości (rys.6) można zauważyć fazę rozpędzania, jazdy ze stałą założoną prędkością oraz hamowania gąsienicy. Wahania prędkości mogą być wynikiem poślizgu pomiędzy szponami a podłożem oraz błędami dyskretyzacji modelu. Analizę przemieszczenia (rys.7, rys.8) wykonano również dla punktu B znajdującego się na szponie gąsienicy. Rys.7. Przemieszczenie punktu B wzdłuż osi x Rys.4. Gąsienica wraz z charakterystycznymi punktami Rys.8. Przemieszczenie punktu B wzdłuż osi y 59

ZASTOSOWANIE OPROGRAMOWANIA MES DO WYZNACZANIA PARAMTRÓW RUCHU Rys.9. Tor ruchu punktu B Widoczne na rys.7 i rys.8 przemieszczenia punktu znajdującego się na szponie gąsienicy mają przebiegi wynikające z ich krzywoliniowego toru ruchu (rys.9). Współrzędna xb rośnie do chwili styku szponu z podłożem, następnie ma stałą wartość i znów rośnie w miarę ruchu gąsienicy. Charakterystyka widoczna na rys.9 jest zbliżona do charakterystyki dla gąsienicy idealnej, poruszającej się z poślizgiem, widocznej na rys.10 pochodzącej z literatury [1,2,3]. Rys.10. Tor ruchu punktu dla gąsienicy idealnej poruszającej się z poślizgiem[1] Dostępne w oprogramowaniu ABAQUS 6.11. narzędzia pozwalają na ocenę tzw. jednorazowego poziomego odkształcenia podłoża lub szponu (rys.11). Przy założonych parametrach modelu współczynnik ten dotyczył szponu i wynosił = 0,0004 m. modułu gąsienicowego, dokładny opis kinematyki robota gąsienicowego znajduje się w pracy [5]: =, gdzie: =, pochodna kąta obrotu (prędkość kątowa) na wale silnika napędowego gąsienicy 1; pochodna kąta obrotu (prędkość kątowa) na wale silnika napędowego gąsienicy 2; prędkość charakterystycznego punktu robota; kąt skrętu ramy robota; L długość odcinka nośnego gąsienicy; n ilość szponów w kontakcie z podłożem; r promień kół napędowych gąsienice; H odległość pomiędzy osiami gąsienic. Równania (1) oraz (2) należą do rozwiązania zadania odwrotnego kinematyki gąsienicowego robota inspekcyjnego i są niezbędne do opisu ruchu tego robota. Wyznaczenie współczynnika metodami doświadczalnymi okazało się bardzo trudne, dlatego też celowe jest zastosowanie tu metody elementów skończonych. 3. WYZNACZANIE PARAMETRÓW NIEZBĘDNYCH W OPISIE DYNAMIKI ROBOTA Gąsienicowy robot inspekcyjny (rys.12) został tak zaprojektowany, by mógł poruszać się również pod wodą. Podczas ruchu w wodzie na robota działają m.in. siła oporu hydrodynamicznego oraz siła wyporu. Wyznaczenie współczynników, takich jak dokładna objętość oraz współczynnik oporu hydrodynamicznego Cd, było konieczne do budowy modelu matematycznego projektowanego robota. (1) (2) Rys.12. Model CAD robota gąsienicowego Rys.11. Odkształcenie szponu w kontakcie ze sztywnym podłożem Współczynnik występuje w wyrażeniach (1) oraz (2) opisujących prędkości kątowe silników napędowych Do wyznaczenia wspomnianych współczynników użyto również analizy MES. Zastosowano oprogramowanie CFD (Computational Fluid Dynamics) SolidWorks Flow Simulation przeznaczone do symulacji przepływu płynów oraz do analiz termicznych. Dzięki programom 60

Mariusz Giergiel, Krzysztof Kurc, Dariusz Szybicki, Paweł Fudali tego typu można symulować przepływ gazów i cieczy oraz wyznaczać siły działające na zanurzone ciała [6]. 3.1 ETAPY SYMULACJI PRZEPŁYWU Po zbudowaniu dokładnego modelu CAD robota w programie SolidWorks możliwe było uruchomienie modułu Flow Simulation. Pierwszym etapem symulacji jest określenie typu przepływu oraz kierunku działania siły grawitacji (rys.13). Rys.15. Definiowanie prędkości cieczy opływającej robota Do wyliczenia współczynnika Cd opisanego wyrażeniem (3) konieczne jest wyznaczenie siły oporu hydrodynamicznego, działającej na robota oraz powierzchni rzutu ciała (robota) na płaszczyznę prostopadłą do wektora prędkości. =. (3) Rys.13. Definiowanie typu przepływu oraz kierunku działania siły grawitacji Następnie należy określić ciecz, w jakiej porusza się analizowany robot (rys.14). Użyte oprogramowanie posiada bazę wraz z parametrami podstawowych cieczy. Jako ciecz opływającą robota wybrano wodę. gdzie: współczynnik oporu hydrodynamicznego; siła oporu hydrodynamicznego; Vw prędkość cieczy opływającej robota; A pole powierzchni robota prostopadłe do wektora prędkości; gęstość cieczy (wody). Użyte oprogramowanie pozwala na definiowanie różnego typu wyrażeń matematycznych, których składnikami mogą być wielkości wyznaczane w wyniku analizy CFD. Wyrażenie (3) w module FlowSimulation zapisano w sposób widoczny na rys.16. Rys.14. Definiowanie cieczy opływającej robota W symulacji przyjęto, że robot pozostanie nieruchomy, poruszać będzie się ciecz wokół niego. Nie wpływa to na jakość otrzymanych wyników. Kolejnym etapem jest zdefiniowanie prędkości opływającej cieczy (rys.15). Prędkość zdefiniowano jako 0,15. Rys.16. Definiowanie równania na współczynnik oporu hydrodynamicznego Elementy składowe, np. pole powierzchni A w wyrażeniu (3), oprogramowanie CFD wyznaczyło podczas symulacji (rys.17). Wartość pola powierzchni została wstawiona do równania widocznego na rys.16. 61

ZASTOSOWANIE OPROGRAMOWANIA MES DO WYZNACZANIA PARAMTRÓW RUCHU Oprócz omówionych do tej pory współczynników, istotnych podczas ruchu robota w wodzie, bardzo ważna jest również siła wyporu dana wyrażeniem (4). = (4) gdzie: siła wyporu; gęstość cieczy (wody); g przyśpieszenie grawitacyjne; V objętość wypieranej cieczy równa objętości części ciała zanurzonego w płynie. Dokładne wyznaczenie objętości robota (rys.20) możliwe jest w oprogramowaniu SolidWorks, w którym został zamodelowany. Rys.17. Wyznaczanie powierzchni robota prostopadłej do wektora prędkości W kolejnych krokach obliczeń wyznaczona została dokładna wartość współczynnika Cd równa 0,78569, co widoczne jest na rys.18. Rys.20. Wyznaczanie całkowitej objętości robota Wartość uzyskanej objętości może być wstawiona do wyrażenia (4), dzięki czemu możliwe jest wyznaczenie dokładnej wartości siły wyporu. Wartość siły wyporu jest bardzo istotna w opisie ruchu robota pod wodą. 4. WNIOSKI Rys.18. Wynik obliczeń współczynnika oporu hydrodynamicznego Użyte oprogramowanie oprócz wyznaczenia niezbędnych współczynników pozwoliło pokazać, w jaki sposób ciecz opływa robota (rys.19). Za pomocą elementów graficznych typu strzałki, linie, itd. możliwe jest pokazanie np. rozkładu ciśnień, prędkości, temperatury. Rys.19. Sposób w jaki ciecz opływa robota gąsienicowego Dzięki graficznemu przedstawieniu sposobu opływu robota możliwe jest modyfikowanie kształtu przedniej jego części w taki sposób, by przepływ był jak najmniej zakłócony, a współczynnik oporu był jak najmniejszy. Zaprezentowana w pracy analiza ruchu gąsienicy w oprogramowaniu MES oraz całego robota inspekcyjnego za pomocą oprogramowania CFD jest przydatna do opisu kinetyki robota inspekcyjnego. Pozwala na weryfikację modelu matematycznego oraz dobór współczynników występujących w równaniach ruchu. Dzięki analizie MES możliwa jest ocena zachowania modelu przy różnych współczynnikach tarcia oraz przy zmiennych właściwościach podłoża, co będzie przedmiotem dalszych prac. Symulacje MES pozwalają na analizę zjawiska poślizgu, deformacji szponów oraz podłoża istotnych dla ruchu pojazdów gąsienicowych. Przeprowadzone analizy wraz z ich weryfikacją z zastosowaniem szybkiej kamery będą przedmiotem dalszych badań i mogą zaowocować lepszym opisem zjawiska poślizgu w robotach gąsienicowych. Analizy CFD, będące przedmiotem trzeciej części artykułu, pozwalają na wyznaczenie wartości współczynników takich jak objętość, powierzchnia czołowa robota czy współczynnik oporu hydrodynamicznego. Dokładne ich wyznaczenie jest istotne dla opisu dynamiki robota poruszającego się pod wodą. Praca wykonana w ramach projektu badawczego Nr: N R03 005710 62

Mariusz Giergiel, Krzysztof Kurc, Dariusz Szybicki, Paweł Fudali Literatura 1. Burdziński Z.: Teoria ruchu pojazdu gąsienicowego. Warszawa: WKŁ, 1972. 2. Chodkowski A. W.: Konstrukcja i obliczanie szybkobieżnych pojazdów gąsienicowych. Warszawa: WKŁ,1990. 3. Dajniak H.: Ciągniki teoria ruchu i konstruowanie. Warszawa: WKŁ, 1985. 4. Giergiel J., Kurc K., Giergiel M.: Mechatroniczne projektowanie robotów inspekcyjnych. Monografia, 263 s. Rzeszów: Ofic. Wyd. Pol. Rzesz., 2010. 5. Giergiel M., Kurc K., Małka P., Buratowski T, Szybicki D.: The kinematics of underwater inspection robot. Pomiary, automatyka, robotyka 2012, nr 12, s. 112 116. 6. Lombard M.: SolidWorks bible. Wiley Publishing Inc., Crosspoint Boulevard, 2010. 7. Zienkiewicz O.C, Taylor R.L., Zhu J.Z.: The finite element method. 6th ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2005. 63