Ин таҳқиқот роботи чорчархаи магнитии кӯҳнавард бо номи C3bot-ро таҳия мекунад, ки метавонад ҳангоми пайваста тағйир ёфтани каҷии сатҳ дар қубурҳо, парраҳои турбина ва дигар сатҳҳои металлии сеченака ба сатҳ часпида ҳаракат кунад. Система чархҳои курашакл, дорандаҳои магнит бо ду дараҷаи озодии гардиши ғайрифаъол, маркази дифференсиалӣ барои пайвастани ду консолҳои механикӣ ва занҷири магнитҳои доимии бо тартиби Halbach-ро якҷо мекунад. Дар ҳисобҳои назариявӣ бо коэффисиенти бехатарии 1,5 қувваи максималии зарурии часпиши магнитӣ барои як чарх 75,73 N буд, дар ҳоле ки симулятсияи магнитии чархи пурраи курашакл 98,547 N ҳосил кардааст. Прототипи физикӣ дар сатҳҳои металлии ҳамвор, фурӯрафта ва барҷаста озмуда шудааст; ҳаракат дар қубурҳои радиусашон 100–350 mm, гузаштан аз монеаҳои 2–7 mm ва озмоиши бори амудии 166,3 N анҷом дода шуд. Бо вуҷуди ин, радиуси хурдтарини боэътимоди кор танҳо барои ҳаракати робот ва радиусе, ки барои нигоҳ доштани фосилаи зарурии санҷишии зондҳои он лозим аст, яксон нест.

Навоварии асосии таҳқиқот он аст, ки ба ҷойи гузоштани муҳаррики иловагӣ ба ҳар чарх барои пайгирии каҷии сатҳ, механизми мутобиқшавии ғайрифаъол, ки аз худи қувваи магнитӣ истифода мебарад, истифода мешавад. Дорандаи магнит дар дохили чархи курашакл метавонад нисбат ба самти нормалии маҳаллии сатҳ дар ду меҳвар озодона гардиш кунад; ду консоли робот низ тавассути маркази дифференсиалӣ метавонанд нисбат ба ҳамдигар кунҷ иваз кунанд. Ҳадаф ин аст, ки чор чарх ба шароити гуногуни тамос ба таври механикӣ мутобиқ шаванд.

Магнитҳои NdFeB-N52 дар тартиби Halbach майдони магнитиро асосан ба ҷониби сатҳи корӣ мутамарказ мекунанд. Дар таҳқиқоти манбаъ, аз байни се занҷири магнитӣ, ки дар як фосилаи ҳавоӣ муқоиса шуданд, тартиби Halbach қувваи баландтарини часпишро додааст. Ҳамчунин гузориш шудааст, ки массаи чархи магнитии курашакли пешниҳодшуда дар муқоисаи ҳаҷми яксон нисбат ба чархи магнитии анъанавӣ аз 3562 g то 755 g коҳиш ёфтааст, ки тақрибан %79 коҳиши масса мебошад.

Қобилияти робот барои ба таври механикӣ часпидан ба сатҳи каҷ ва боқӣ мондани зондҳои санҷиши ултрасадоӣ дар масофаи дурусти корӣ бояд аз ҳам ҷудо арзёбӣ шаванд. Модели дорандаи магнит, ҳангоми набудани зонд, тақрибан 120 mm барои сатҳи фурӯрафта ва 188 mm барои сатҳи барҷаста радиуси минималии каҷӣ медиҳад. Аммо вақте талаб мешавад, ки ҳафт зонд фосилаи тавсияшудаи на бештар аз 1,5 mm-ро аз сатҳ нигоҳ доранд, таҳлили геометрии матни манбаъ барои ҳаракати меҳварӣ дар сатҳи барҷаста то 990 mm, ва барои сатҳи фурӯрафта то 1357 mm мерасад.

Аз нуқтаи назари Туркия, таҳқиқот барои санҷиши роботии турбинаҳои неругоҳҳо, қубурҳои пӯлодӣ, зарфҳои нигоҳдорӣ, сохторҳои киштисозӣ ва дигар сатҳҳои саноатии ферромагнитӣ аҳамияти мустақими муҳандисӣ дорад. Аммо таҳқиқот дар ягон иншоот, стандарти қубур ё шароити саҳроии Туркия санҷида нашудааст. Қабати рӯй, ғафсии занг, пайвастҳои геометрӣ, дарзҳои кафшер, навъи сенсор ва тартиботи бехатарӣ бояд пеш аз истифодаи воқеӣ мувофиқи иншооти дахлдор алоҳида тасдиқ шаванд.

C3bot барои ҳал кардани кадом мушкил таҳия шудааст?

Дар сохторҳои бузурги металлӣ, аз қабили қубурҳо, зарфҳои нигоҳдорӣ, корпусҳои киштӣ ва парраҳои турбина, геометрияи сатҳ аксаран ҳамвор нест. Гузаришҳо байни сатҳҳои барҷаста, фурӯрафта ва каҷҳои сеченака метавонанд ба вуҷуд оянд. Дар роботҳои магнитии анъанавии дорои шассии собит мавқеи чархҳо нисбат ба ҳамдигар тағйир намеёбад; бинобар ин ҳангоми тағйироти шадиди каҷӣ баъзе чархҳо метавонанд аз сатҳ дур шаванд. Бо зиёд шудани фосилаи тамос қувваи магнитӣ кам шуда, хавфи дармондан ё ҷудо шудани робот меафзояд.

Механизмҳои мутобиқшавии фаъол метавонанд ин мушкилро бо муҳаррикҳои иловагӣ ҳал кунанд. Аммо арзиши он зиёд шудани шумораи актуаторҳо, масса, ҳаҷм ва мураккабии идоракунӣ мебошад. Равиши C3bot истифодаи чархи магнитии курашакли ғайрифаъол ва сохтори консоли дифференсиалии ғайрифаъол мебошад, ки ба каҷии сатҳ ба таври механикӣ мутобиқ мешавад.

Чаро чархи магнитии курашакл аз чархи силиндрӣ фарқ мекунад?

Вақте чархи силиндрӣ бо сатҳи каҷ тамос мегирад, нуқтаи тамос нисбат ба хати марказии чарх тағйир ёфта метавонад ва қуввае, ки аз нормали сатҳ меояд, дар корпуси робот моменти иловагӣ ба вуҷуд оварда метавонад. Дар сатҳи курашакл робитаи геометрии нормали маҳаллии тамос бо маркази кура мусоидтар аст. Аз ин рӯ, муҳаққиқон бо истифода аз чархи курашакл бо радиуси хурдтари каҷии маҳаллӣ коҳиш додани моментҳои иловагиро дар нуқтаи тамос ҳадаф гузоштаанд.

Дорандаи магнит дар дохили қабати курашакл дорои ду дараҷаи озодии гардиши ғайрифаъол аст. Яке дар тӯли меҳвари чарх ва дигаре дар самти перпендикуляр ба он. Гурӯҳи магнит вобаста ба шароити тамос бо сатҳ худ аз худ самт мегирад.

Маркази дифференсиалӣ чӣ вазифа дорад?

Ду консоли механикӣ дар тарафи рост ва чапи робот дар марказ тавассути механизми дифференсиалӣ пайваст шудаанд. Агар дар сатҳи сеченака баландии тамоси чор чарх яксон набошад, ду консол метавонанд нисбат ба ҳамдигар гардиш кунанд. Ҳамин тавр, ба ҷойи он ки шасси комилан сахт рафтор кунад, ҳадаф мутобиқ шудани ҷуфтҳои чарх ба геометрияи сатҳ аст.

Ин хусусият инчунин барои нигоҳ доштани наздикии дастгоҳҳои санҷишии дар зери робот ҷойгиршуда ба сатҳ кӯмак мекунад. Аммо таҳлили геометрии баъдӣ нишон медиҳад, ки часпидани чархҳои робот ба сатҳ худ аз худ кафолат намедиҳад, ки зондҳои санҷишӣ дар фосилаи мувофиқ боқӣ монанд.

Чӣ гуна хавфи чаппашавӣ ва лағжиши робот таҳлил карда шуд?

Муҳаққиқон дар шароити суръати паст ва нимстатикӣ се ҳолати асосии нокомиро арзёбӣ карданд:

• Чаппашавии тӯлонӣ,
• Чаппашавии паҳлуӣ,
• Лағжиш дар рӯи сатҳ.

Дар модел қабул шудааст, ки қувваи магнитӣ дар самти нормалӣ ба сатҳ таъсир мекунад ва ҷузъи тангенсиалии он нодида гирифта мешавад. Таъсирҳои инерсиалӣ ва динамикии суръати баланди робот дар таҳлили статикӣ ба ҳисоб гирифта нашудаанд.

Барои пешгирии лағжиш, қувваи зарурии часпиш барои ҳар як чархи курашакл дар манбаъ чунин дода шудааст:

\[ F_{mi}\geq k\left( \frac{(G+F_g)\cos\alpha}{4\mu} + \frac{(G+F_g)\sin\alpha}{4} \right) \]

таъриф шудааст. Дар ин ҷо \(G\) вазни робот, \(F_g\) вазни бор, \(\mu\) коэффисиенти соиш, \(k\) коэффисиенти бехатарӣ ва \(\alpha\) кунҷи нишебии сатҳро ифода мекунад.

Қиматҳои асосии истифодашуда дар ҳисобҳо:

Ҳангоми муқоисаи якҷояи шартҳои чаппашавии тӯлонӣ, чаппашавии паҳлуӣ ва лағжиш, лағжиш ҳамчун ҳолати аз ҳама критикӣ муайян шудааст. Қувваи минималии зарурии магнитӣ барои як чарх бо зиёд шудани кунҷи сатҳ аввал афзуда, сипас кам шудааст ва дар α = 22° ба 75,73 N ба ҳадди максималӣ расидааст.

Чаро занҷири магнитии Halbach интихоб шуд?

Муҳаққиқон бо истифода аз ANSYS 24 R1 Maxwell се тартиби гуногуни магнитониданро муқоиса карданд. Тартиби аввал массиви Halbach, дуюм магнитҳо бо самти якхелаи магнитонидан ва сеюм сохторе буд, ки магнитҳои ҳамсоя самти муқобил доштанд.

Дар ҳамаи тартибҳо бо зиёд шудани фосилаи ҳавоӣ қувваи часпиши магнитӣ кам шуд. Дар шароити андоза ва маводи якхелаи магнит, сохтори Halbach дар ҳамаи фосилаҳои ҳавоии санҷидашуда қувваи баландтарини часпишро таъмин кард ва барои прототип ҳамин тартиб интихоб шуд.

Маводи магнитҳои доимӣ NdFeB-N52 мебошад. Дорандаи магнит ва қабати курашакл аз алюминий сохта шудаанд, то таъсири мутақобила бо майдони магнитӣ маҳдуд ва мустаҳкамии сохторӣ таъмин карда шавад.

Оё як чархи курашакл қувваи кофии магнитӣ тавлид мекунад?

Дар симулятсияи майдони магнитӣ барои чархи пурра қувваи умумии часпиши магнитӣ 98,547 N ҳисоб шудааст. Ин қимат аз 75,73 N талаботи максималии як чарх, ки дар модели статикӣ муайян шудааст, баландтар аст.

Ин ду қимат мустақиман як навъи андозагирӣ нестанд: 75,73 N талаботи минималии назариявӣ ва 98,547 N натиҷаи симулятсияи магнитӣ мебошад. Манбаъ инчунин таҷрибаҳои физикии магнитро гузаронда, нишон додааст, ки тамоюлҳои симулятсия дар маҷмӯъ бо андозагириҳои воқеӣ мувофиқанд.

Чаро фосилаи ҳавоӣ критикӣ аст?

Бо зиёд шудани фосилаи байни чархи магнитӣ ва сатҳи пӯлод қувваи часпиш кам мешавад. Дар таҳқиқот занҷирҳои гуногуни магнитӣ тақрибан дар фосилаи 3–6 mm муқоиса шуда, тартиби Halbach баландтарин қувваро нигоҳ доштааст.

Ин натиҷа мефаҳмонад, ки чаро каҷии сатҳ танҳо мушкили геометрӣ нест. Агар чарх ё дорандаи магнит сатҳро пайгирӣ карда натавонад, фосилаи ҳавоӣ зиёд мешавад ва қувваи магнитӣ метавонад зуд заиф гардад. Яке аз вазифаҳои асосии механизми мутобиқшавии ғайрифаъоли C3bot нигоҳ доштани ин фосила дар сатҳи паст аст.

Кунҷи иҷозатдодашудаи гардиши дорандаи магнит чанд аст?

Дар Шакли 10-и манбаъ маҳдудиятҳои механикии ҳаракати доранда ва диапазони васеътари назариявии кунҷ, ки дар он қувваи кофии магнитӣ нигоҳ дошта мешавад, якҷо нишон дода шудаанд. Дар тарафи сатҳи фурӯрафта swing-и механикӣ тақрибан 9°, ва дар тарафи барҷаста тақрибан −4° маҳдуд аст. Ҳудудҳои ҳисобшудае, ки дар онҳо қувваи магнитӣ аз остонаи 75,73 N боло мемонад, тақрибан 18,9° ва −13,6° мебошанд.

Аз ин рӯ, хулоса шудааст, ки дар дохили маҳдудиятҳои механикии ҳаракати тарҳи манбаъ қувваи магнитӣ аз талаботи статикӣ баландтар мемонад.

Робитаи радиуси каҷӣ ва кунҷи доранда чӣ гуна аст?

Мутобиқшавии дорандаи магнит дар дохили чархи курашакл ба каҷии сатҳ бо робитаи геометрии зерин моделсозӣ шудааст:

\[ \varphi = \begin{cases} \arcsin\left(\frac{W/2}{R+D/2}\right), & \text{dışbükey yüzey}\\ \arcsin\left(\frac{W/2}{R-D/2}\right), & \text{içbükey yüzey} \end{cases} \]

Дар ин ҷо \(R\) радиуси каҷии сатҳ, \(D\) диаметри қабати курашакл ва \(W\) паҳнои геометрии дахлдор аст. Бо зиёд шудани радиуси каҷӣ кунҷи зарурии swing кам мешавад.

Маҳдудиятҳои механикие, ки модел медиҳад:

• Сатҳи фурӯрафта: ҳадди ақал R = 120 mm,
• Сатҳи барҷаста: ҳадди ақал R = 188 mm.

Ин қиматҳо барои қобилияти софи механикӣ/часпиши робот мебошанд; ҳангоми илова кардани зондҳои санҷишӣ маҳдудиятҳои дигар ба вуҷуд меоянд.

Чаро гардиши консолҳои механикӣ низ алоҳида маҳдуд карда мешавад?

Ҳангоми ҳаракати робот дар сатҳи каҷ на танҳо дорандаҳои магнит, балки консолҳои механикии рост ва чап низ атрофи маркази дифференсиалӣ нисбат ба ҳамдигар кунҷ иваз мекунанд. Муҳаққиқон кунҷи pitch-и ин консолро нисбат ба сатҳи маҳаллӣ бо \(\beta\) муайян кардаанд.

Дар модел кунҷи максималии иҷозатдодашудаи pitch-и консол 10° маҳдуд шудааст. Дар ин шароит, ҳангоми нигоҳ доштани максималии часпиши магнитӣ, ҳисоб шудааст, ки радиуси сатҳе, ки робот метавонад дар он кор кунад, набояд аз 136 mm камтар бошад.

Чаро зондҳои санҷишӣ қобилияти каҷиро маҳдуд мекунанд?

Дар зери C3bot дар маҷмӯъ ҳафт зондҳои электромагнитии ултрасадоӣ дар чор гурӯҳ ҷойгир карда шудаанд. Азбаски фосилаи байни маркази зонд ва сатҳи металлӣ ба дақиқии санҷиш таъсир мерасонад, дар манбаъ фосилаи максималии тавсияшудаи зонд чунин аст:

\[ \delta \leq 1,5\ \text{mm} \]

истифода шудааст.

Барои ҳаракати даврӣ дар сатҳи барҷаста робитаи намунавии фосила чунин аст:

\[ \delta = \left| \sqrt{R^2-(w-b/2)^2} - \sqrt{R^2-w^2} \right| \]

дода шудааст. Таҳқиқот фосилаи чор гурӯҳи зондро вобаста ба дурии зонд аз марказ алоҳида ҳисоб кардааст.

Мувофиқи натиҷаҳои матни манбаъ:

Ин натиҷа аз ҷиҳати амалӣ муҳим аст: ҳатто агар робот дар каҷиҳои шадид ба мисли R=100–188 mm аз ҷиҳати физикӣ ҳаракат карда тавонад, ҳангоми насби массиви васеи сенсорҳо дар зери он мумкин аст ҳамаи зондҳо масофаи заруриро аз сатҳ нигоҳ дошта натавонанд.

Хусусиятҳои асосии прототип кадомҳоянд?

Дар прототипи воқеӣ актуаторҳои DYNAMIXEL XM540-W270R истифода шудаанд. Дар манбаъ моменти номиналии муҳаррик 6 Nm, maksimum torku 10,2 Nm дода шудааст.

Массаи умумии робот, бо зонд, равшанидиҳӣ ва сарпӯши болоӣ, 7,5 kg аст. Платаи идоракунии асосёфта ба STM32, механизми автоматии печонидани ресмони бехатарӣ ва системаи фармони бесим истифода шудаанд.

Дар бахшҳои гуногуни манбаъ барои суръати максималӣ ду қимати 0–6 m/min ва 0–8 m/min дода шудааст. Дар озмоиши саҳроии воқеии турбина бошад, ҳаракати тақрибан 6,5 m/min гузориш шудааст.

Қабати резинӣ часпишро чӣ гуна тағйир дод?

Дар озмоиши соиши чархи якмагнитӣ, чарх ба сатҳи паҳлуии қубури металлӣ гузошта шуд. Дар ҳолати бо резина пӯшонида қувваи максималии соиши статикӣ 0,48 kg, ва дар ҳолати бе қабат 0,18 kg чен карда шуд.

Коэффисиентҳои ҳисобшудаи соиш чунин буданд:

• Бо қабати резинӣ: 0,39
• Бе қабати резинӣ: 0,15

гузориш шудаанд. Манбаъ мегӯяд, ки қувваи максималии соиши статикӣ бо қабат тақрибан 2,6 маротиба зиёд шудааст.

Робот дар девори ҳамвор чӣ гуна рафтор кард?

Дар озмоиши ҳамвории амудӣ робот бо суръати тақрибан 33 mm/s дар масири зигзаг ҳаракат карда, тамоми сатҳро тақрибан дар як дақиқа тай кардааст. Муҳаққиқон гузориш доданд, ки ҳангоми ҳаракати тӯлонӣ, паҳлуӣ ва гардиш лағжиш ё чаппашавӣ мушоҳида нашудааст.

Дар қубурҳои радиусашон 100–350 mm чӣ рӯй дод?

Робот дар сатҳи берунӣ дар қубурҳои металлии R=100, 150 ва 350 mm ва дар сатҳи дарунӣ дар R=350 mm озмуда шуд. Ғайр аз ҳаракатҳои рост, ҳаракатҳои спиралӣ дар гирди қубур низ иҷро шуданд.

Дар ҳаракатҳои рост дар генератрисаи болоӣ ва паҳлуии қубури радиусаш 150 mm, ҷадвали манбаъ %100 муваффақият гузориш медиҳад. Баландии дарзҳои кафшер тақрибан 3–7 mm буд ва робот тавонист аз онҳо аз самтҳои гуногун гузарад.

Дар озмоиши спиралии сатҳи берунии R=100 mm таҳқиқот нишон медиҳад, ки ҳаракат ҳатто берун аз ҳадди назариявии минималии фурӯрафтаи 120 mm имконпазир аст; аммо иҷро комил набуд. Дар матн барои ин ҳолат %80 муваффақият, як ҳодисаи ҷудошавӣ ва як лағжиш зикр шудааст. Ин натиҷа бо кам шудани майдони тамос дар радиуси хурдтари каҷӣ ва ҷузъҳои иловагии қувваи нормалӣ бар зидди самти ҳаракат вобаста дониста шудааст.

Эзоҳи ҷадвали дохили манбаъ: Дар Ҷадвали 4 “Spiral motion (outer surface, R = 100 mm)” ду маротиба навишта шуда, мутаносибан %90 ва %80 муваффақият дода шудааст. Азбаски матни пешина дар бораи як ҷудошавӣ дар ҳаракати спиралии қубури 150 mm сухан мегӯяд, эҳтимол дорад сатри аввал радиуси дигарро ифода кунад, аммо таҳқиқот инро ошкоро ислоҳ намекунад. Аз ин рӯ, нишонаи ҷадвал дар ин ҷо тағйир дода нашудааст.

Оё ҳаракат дар сатҳҳои зангзада ва ифлос имконпазир буд?

Дар озмоишҳои қубури R=350 mm робот ҳам дар сатҳи берунӣ ва ҳам дар сатҳи дарунӣ кор карда шуд. Дар сатҳи берунӣ ҳаракат рӯи металли зангзада ва дарзҳои кафшери тақрибан 2–5 mm иҷро шуд. Ҷадвали 4 барои ҳаракати спиралии сатҳи берунӣ %100 муваффақият гузориш медиҳад.

Дар сатҳи дарунӣ як ҳодисаи лағжиш рух дод. Муҳаққиқон инро бо он шарҳ медиҳанд, ки пасмондаҳои зичи металлӣ, ки дар қисми поёнии қубур ҷамъ шудаанд, часпиши магнитӣ ва соишро коҳиш доданд.

Азбаски майдони магнитӣ дар чархи курашакл дар тамоми гирди чарх пайваста нест, дар таҳқиқот ҳамчун бартарии мушоҳидавӣ қайд шудааст, ки зарраҳои металлӣ асосан дар минтақаи фаъоли тамос ҷамъ мешаванд ва қисми зиёди чарх метавонад тозатар боқӣ монад.

Қобилияти борбардории робот чанд аст?

Ҳангоми кашидани робот бо ду гурӯҳи муҳаррики гардонанда дар сатҳи амудии ферромагнитӣ қувваи максималии ченшуда 166,3 N аст. Муҳаққиқон мегӯянд, ки ин тақрибан 2,2 маротиба вазни робот аст.

Дар бахшҳои гуногуни манбаъ ин қобилият ҳамчун эквиваленти масса 16,63 kg, 16,67 kg ва 16,6 kg дода шудааст. Аз ин рӯ, боэътимодтарин ифодаи мустақими таҷрибавӣ қувваи максималии кашиши ченшудаи 166,3 N мебошад.

Қобилияти гузаштан аз монеа чанд аст?

Дар бахши таҷриба гуфта шудааст, ки робот дар сатҳҳои дарунӣ ва берунии қубур метавонад аз монеаҳо ва дарзҳои кафшери тақрибан 2–7 mm гузарад. Хулоса низ арзиши максималии 7 mm-ро истифода мебарад.

Аммо Ҷадвали 5-и иҷро 8 mm бе зонди ултрасадоӣ ва 5 mm бо зонд қобилияти гузаштан аз монеаро медиҳад. Манбаъ фарқи шароити таҷрибавии байни 7 mm ва 8/5 mm-ро муфассал мувофиқ намекунад.

Ресмони бехатарӣ чӣ вазифа дорад?

Ресмони бехатарии ба пушти робот пайвастшуда танҳо муҳофизати ғайрифаъол аз афтиданро таъмин намекунад. Дар таҷриба, вақте робот ба сатҳи амудии 90° часпида буд, ресмон дастӣ кашида шуда, робот ба боло ва поён ҳаракат дода шуд. Ҳамин тавр, дар ҳолати нокомии барқ ё гардонанда баргардонидани дастии робот ба минтақаи бехатар ҳадаф аст.

Оё C3bot дар иншооти воқеии саноатӣ санҷида шуд?

Бале. Муҳаққиқон роботро дар чархи турбинаи навъи Francis-и як неругоҳи барқи обӣ дар ҷанубу ғарби Чин озмоиши саҳроӣ карданд.

Чархи турбинаи санҷидашуда:

• Мавод: пӯлоди зангногири рехтаи ZG04Cr13Ni4Mo,
• Радиус: 8,9 m,
• Баландӣ: 3,59 m,
• Шумораи парраҳо: 15

тавсиф шудааст. Гуфта мешавад, ки дар сатҳ занг, харошидаҳо ва зарари кавитатсионӣ мавҷуд буд.

Робот дар сатҳҳои чаппа ва амудӣ истифода шуд, камераҳои пеш ва қафо барои тасдиқи мавқеъ истифода шуданд ва дар манбаъ барои зондҳо ҳалли чуқурии нуқсони сатҳӣ 0–1 mm зикр шудааст. Гуфта мешавад, ки робот парраҳои турбинаро бо суръати тақрибан 6,5 m/dak ба шакли зигзаг скан кардааст ва муҳаққиқон фарогирии пурраи сатҳро ба даст овардаанд.

Эзоҳи истилоҳот: Матни асосии татбиқи саҳроӣ зондҳоро дар як ҷой “Magnetic Flux Leakage (MFL)” меномад, дар ҳоле ки тавзеҳи ҳамон Шакли 24 ибораи “electromagnetic ultrasonic probes”-ро истифода мебарад. Азбаски манбаъ ин фарқи номгузории сенсорҳоро шарҳ намедиҳад, ин ду ифода ҳамчун як навъи сенсор хомӯшона якҷо карда нашудаанд.

Натиҷаҳои асосие, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Дорандаи магнитии ғайрифаъоли ду дараҷаи озодӣ ва сохтори консоли дифференсиалӣ дар прототипи физикӣ татбиқ шудаанд.
• Занҷири магнитии Halbach дар байни се тартиби муқоисашуда дар як фосилаи ҳавоӣ қувваи баландтарини часпишро таъмин кардааст.
• Барои як чарх қувваи максималии зарурӣ дар модели статикӣ 75,73 N ва қувва дар симулятсияи чархи пурра 98,547 N аст.
• Робот дар сатҳҳои озмоишии радиусашон 100–350 mm ҳаракат дода шудааст.
• Дар каҷии шадид ба мисли R=100 mm, ки берун аз ҳадди назариявии тарҳ аст, ҳаракат имконпазир буд, аммо ҳодисаҳои ҷудошавӣ ва лағжиш мушоҳида шуданд.
• Қабати резинӣ соиши статикии ченшударо ба таври назаррас зиёд кардааст.
• Дар озмоиши бори амудӣ қувваи 166,3 N чен карда шуд.
• Робот тавонист аз дарзҳои кафшер ва монеаҳои сатҳии чандмиллиметрӣ гузарад.
• Дар чархи воқеии турбинаи неругоҳи обӣ озмоиши саҳроӣ дар сатҳҳои амудӣ ва чаппа анҷом дода шуд.
• Механизми ғайрифаъол метавонад мутобиқшавӣ ба сатҳро бе истифодаи шумораи зиёди буғумҳои фаъоли иловагӣ таъмин кунад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот исбот намекунад

• Нишон дода нашудааст, ки C3bot дар ҳамаи сохторҳои металлии сеченака бе ҷудошавӣ кор мекунад.
• Кори %100 боэътимод дар радиуси 100 mm исбот нашудааст.
• Каҷии минималие, ки чархҳо дар он ҳаракат карда метавонанд, бо каҷии минималие, ки дар он бо зондҳои ултрасадоӣ санҷиши боэътимод анҷом додан мумкин аст, яксон нест.
• Робот банақшагирии автономии роҳро иҷро намекунад; контроллери пуриқтидори бортӣ ва банақшагирии автономӣ ҳамчун кори оянда зикр шудаанд.
• Манбаъ қувваи якхелаи магнитиро дар ҳамаи рӯйпӯшҳои сатҳӣ ва шароити занг кафолат намедиҳад.
• Ҳалли чуқурии нуқсони саҳроии 0–1 mm барои ҳамаи мавод ва конфигуратсияҳои сенсор нишондиҳандаи универсалии ошкорсозӣ нест.
• Татбиқи воқеии саҳроӣ нишон намедиҳад, ки геометрияи як турбина ба ҳамаи сохторҳои саноатӣ умумӣ карда мешавад.
• Таҳқиқот барои иншоотҳои Туркия ё стандартҳои маҳаллии нигоҳдорӣ санҷиш анҷом надодааст.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Ҷараёни кори муҳандисии таҳқиқот

Таҳқиқот панҷ қабати пайдарпайи санҷишро истифода мебарад:

1. Тарҳрезии меъмории механикии робот, ки ба мушкили сатҳи каҷии тағйирёбанда мувофиқ аст,
2. Сохтани модели қувваи статикӣ барои лағжиш ва чаппашавӣ,
3. Муқоисаи занҷирҳои магнитии Halbach ва алтернативӣ бо ANSYS Maxwell,
4. Моделсозии геометрии каҷӣ, кунҷи swing-и магнит, кунҷи pitch-и консоли механикӣ ва фосилаи зонд,
5. Озмоиши таҷрибавии прототип дар лаборатория ва муҳити воқеии турбина.

Меъмории робот

Дар манбаъ барои андозаҳои робот кадом қиматҳо ҳастанд?

Дар манбаъ як маҷмӯи ягонаи мутобиқи андозаҳои берунӣ вуҷуд надорад:

• Ҷадвали муқоисавии 1: 312 × 210 × 176 mm,
• Тавзеҳи тарҳи механикӣ: 320 × 230 × 180 mm,
• Ҷадвали иҷрои 5: 315 × 210 × 176 mm.

Шарҳ дода нашудааст, ки ин фарқҳо аз бознигарии прототип, таърифи андозагирӣ ё фарқи навишт ба вуҷуд омадаанд ё не. Аз ин рӯ, ягон маҷмӯъ ҳамчун “қимати дуруст” интихоб нашудааст.

Симулятсияи занҷири магнитӣ

Модели магнитӣ дар муҳити ANSYS 24 R1 Maxwell сохта шудааст. Массиви Halbach бо ду тартиби алтернативии магнитонидан муқоиса шудааст. Бо зиёд шудани фосилаи ҳавоӣ қувва дар ҳамаи тартибҳо кам шудааст ва тартиби Halbach баландтарин қувваро таъмин кардааст.

Дар симулятсияи чархи пурраи курашакл майдони магнитӣ дар минтақаи рӯ ба сатҳ мутамарказ шудааст; нишон дода шудааст, ки ҷузъҳои тангенсиалӣ бинобар сохтори симметрӣ асосан якдигарро бекор мекунанд ва қувваи холис асосан ба нормали сатҳ равона мешавад.

Қувваи холиси часпиш дар симулятсия 98,547 N аст.

Озмоиши физикии магнит

Бо тағйир додани кунҷи дорандаи магнит қувваи часпиш таҷрибавӣ чен шуда, барои ҳар нуқта миёнаи се ченкунӣ истифода шудааст. Дар як бахши манбаъ фарқи ченкунӣ–симулятсия тақрибан %2 гуфта шудааст, дар ҳоле ки бахши таҷриба менависад, ки натиҷаҳо дар ҳудуди хатои %10 мондааст. Шарҳ дода нашудааст, ки ин ду ифода ҷамъбасти гуногуни ҳамон як метрикаи хато ҳастанд ё не.

Озмоиши соиш

Чархи якмагнитӣ дар қубури металлӣ санҷида шуд. Дар сатҳи боло қувваи ҷудокунӣ 1,45 kg, вазни чарх 0,23 kg чен шуда, тақрибан 1,22 kg часпиши самараноки магнитӣ ҳисоб карда шуд.

Дар озмоиши соиши сатҳи паҳлуӣ гузориш шудааст, ки қабати резинӣ коэффисиенти соишро аз 0,15 то 0,39 зиёд кардааст.

Озмоишҳои назоратшавандаи сатҳи каҷ

Дар озмоишҳо девори амудии ҳамвор, сатҳҳои берунии R=100 mm, R=150 mm ва R=350 mm ва сатҳи дарунии R=350 mm истифода шуданд. Реҷаҳои ҳаракат ҳаракати рост, паҳлуӣ, гардиш ва спиралиро дар бар мегирифтанд.

Сарлавҳаи Ҷадвали 4-и манбаъ сатҳи муваффақиятро ҳамчун “10 trials” муайян мекунад, дар ҳоле ки матни ҳамон бахш мегӯяд, ки натиҷаҳо аз “five repeated trials” ҷамъбаст шудаанд. Ин ду ифода оид ба шумораи такрори озмоишҳо мувофиқат намекунанд.

Таҳлили геометрии зондҳои санҷишӣ

Аз сабаби ҷойгиршавии ҳафт зонди электромагнитии ултрасадоӣ дар чор гурӯҳ, фосилаи ҳар гурӯҳ аз сатҳ фарқ мекунад. Бо кам шудани радиуси каҷӣ дуршавии гурӯҳҳои зонд, ки аз маркази робот дуртаранд, аз сатҳ зиёд мешавад.

Ин таҳлил нишон медиҳад, ки қобилияти механикии кӯҳнавардии робот ва қобилияти кори сенсори воқеии санҷишӣ бояд алоҳида арзёбӣ шаванд. Натиҷаҳои маҳдудкунандаи меҳварӣ дар матни манбаъ барои сатҳи барҷаста 990 mm ва барои сатҳи фурӯрафта 1357 mm мебошанд.

Озмоишҳои бор ва монеа

Дар озмоиши бори амудӣ қувваи максималии 166,3 N сабт шуд. Манбаъ инро тақрибан 2,2 маротиба вазни робот арзёбӣ мекунад.

Дар сатҳҳои дарунӣ ва берунии қубур аз монеаҳо ва дарзҳои кафшери 2–7 mm бомуваффақият гузаштанд. Ҷадвали иҷро инчунин қобилияти монеаи 8 mm бе зонд ва 5 mm бо зондро гузориш медиҳад.

Санҷиши саҳроӣ

Робот дар чархи воқеии турбинаи Francis бо камера ва системаи санҷиши контактӣ/электромагнитӣ истифода шуд. Дар сатҳҳои дорои занг, харошида ва нуқсонҳои кавитатсионӣ ҳаракати чаппа ва амудӣ анҷом дода шуд.

Манбаъ гузориш медиҳад, ки робот бо суръати тақрибан 6,5 m/min сканкунии зигзаг анҷом дода, фарогирии пурраи сатҳи парраи турбинаро таъмин кардааст. Ин озмоиши саҳроӣ қабати муҳими санҷишест, ки таҳқиқотро аз прототипи танҳо лабораторӣ фарқ мекунад.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот

Маҳдудияти якум нодида гирифтани таъсирҳои динамикии суръати баланд ва инерсиалӣ дар модели статикӣ мебошад. Муодилаҳои лағжиш ва чаппашавӣ ба фарзияи кори нимстатикӣ асос ёфтаанд.

Маҳдудияти дуюм геометрияи сенсор аст. Ҳатто агар роботи механикӣ ба каҷиҳои сатҳи 100–188 mm наздик шавад, массиви васеи зонд метавонад радиуси минималии хеле калонтар талаб кунад.

Маҳдудияти сеюм он аст, ки дар каҷиҳои хеле шадид ба мисли R=100 mm %100 муваффақият ба даст наомад. Дар ин шароит ҷудошавӣ ва лағжиш мушоҳида шуд.

Маҳдудияти чорум автономия аст. Таҳқиқоти ҷорӣ асосан ба мутобиқшавии механикӣ, часпиш ва қобилияти истифода дар саҳро равона шудааст. Компютери пуриқтидори бортӣ, банақшагирии автономии роҳ ва гузариши пайваста байни сатҳҳои гетерогенӣ ҳамчун кори оянда боқӣ мондаанд.

Маҳдудияти панҷум он аст, ки параметрҳои иҷро дар баъзе бахшҳои манбаъ номувофиқ дода шудаанд. Андоза, суръат, қобилияти бор, нишонаҳои каҷии зонд, шумораи такрори озмоиш ва баъзе қиматҳои монеа ҳамчун як маҷмӯи ададӣ пурра мувофиқат намекунанд.

Эзоҳи манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: C3bot: A Climbing Robot for 3D Variable-Curvature Structures

Муаллифон: Mingyuan Wang; Yize Xu; Ziqing Gu; Jianjun Yuan; Sheng Bao; Zhengtao Hu.

Тартиби муаллифон: Тартиби дар манбаъ додашуда айнан нигоҳ дошта шудааст.

Муаллифони масъул: Jianjun Yuan ва Zhengtao Hu.

Ҳаммуаллифи аввал/саҳми баробар: Дар манбаъ изҳороти ҳаммуаллифи аввал ё саҳми баробар зикр нашудааст.

Муассисаҳо:

1. School of Mechatronic Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai 200444, China.
2. Shanghai Key Laboratory of Intelligent Manufacturing and Robotics, Shanghai University, Shanghai 200444, China.

Маҷалла: Machines.

Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.

Ҷилд/шумора/рақами мақола: 14(5), 492.

DOI: 10.3390/machines14050492.

Навъи манбаъ ва ҳолати тақриз: Мақолаи аслии таҳқиқотии тақризшуда (Article).

Ирсол: 10 марти 2026.

Бознигарӣ: 11 апрели 2026.

Қабул: 21 апрели 2026.

Нашр: 28 апрели 2026.

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution (CC BY).

Маблағгузорӣ: Муаллифон изҳор кардаанд, ки таҳқиқот маблағгузории беруна нагирифтааст.

Дастрасии маълумот: Гуфта шудааст, ки маълумот дар дохили таҳқиқот мавҷуд аст.

Маводи иловагӣ: Video S1: Climbing Robot Experiment.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.

Саҳми муаллифон: Консептуализатсия M.W. ва J.Y.; усул M.W. ва Y.X.; нармафзор M.W. ва Y.X.; тасдиқ M.W., Y.X. ва Z.G.; таҳлили формалӣ M.W. ва Z.G.; таҳқиқ M.W., Y.X. ва Z.H.; захираҳо M.W., J.Y., S.B. ва Z.H.; куросияи маълумот Z.G.; лоиҳаи аввал M.W., Y.X. ва Z.G.; бознигарӣ/таҳрир M.W., Z.G., J.Y., S.B. ва Z.H.; визуализатсия Z.G.; назорат J.Y., S.B. ва Z.H.; идоракунии лоиҳа M.W., J.Y., S.B. ва Z.H.

Робита бо кори қаблӣ: Мақола версияи бознигаришуда ва васеъшудаи кори конфронсии соли 2025 IEEE International Conference on Cyborg and Bionic Systems бо номи “Design and Validation of a Climbing Robot via Passive Wheel Compliance” мебошад. Дар мақолаи ҷорӣ тарҳи робот, механизми часпиши магнитӣ, кинематикаи сатҳи каҷ ва санҷиши таҷрибавӣ васеъ карда шудаанд.

Эзоҳи санаи конфронс: Бахши Acknowledgments-и мақола конфронси қаблиро 24–26 октябри 2025 нишон медиҳад, дар ҳоле ки манбаи [30] дар феҳристи адабиёт барои ҳамон гузориши конфронсӣ санаҳои 17–19 октябри 2025-ро медиҳад. Манбаъ ин фарқро шарҳ намедиҳад.

Сабти расмии нашр: MDPI Machines, Volume 14, Issue 5, Article 492; DOI 10.3390/machines14050492.

Тавзеҳоти илмии ин муҳтавои Verianla танҳо ба тарҳи механикӣ, моделҳои математикӣ, симулятсияҳои магнитӣ, таҷрибаҳои лабораторӣ ва санҷиши саҳроии таҳқиқоти баррасишуда асос ёфтаанд. Манбаи беруна танҳо барои тасдиқи ҳувияти библиографӣ ва сабти расмии нашр истифода шудааст; ба муҳтавои асосии илмӣ аз берун таҷриба, омор ё механизм илова нашудааст.

Эзоҳҳои мутобиқати дохилии манбаъ: (1) Андозаҳои берунии робот дар се шакл: 312 × 210 × 176 mm, 320 × 230 × 180 mm ва 315 × 210 × 176 mm дода шудаанд. (2) Суръати ҳаракат дар ду диапазони 0–6 m/min ва 0–8 m/min гузориш шудааст; дар озмоиши саҳроӣ тақрибан 6,5 m/min истифода шудааст. (3) Қобилияти бор ҳамчун 16,63 kg, 16,67 kg ва 16,6 kg ба шаклҳои гуногун навишта шудааст; қувваи максималии мустақими таҷрибавӣ 166,3 N аст. (4) Матни Бахши 5.3 барои системаи дорои зонд ҳудуди сатҳи барҷастаи R=990 mm ва фурӯрафтаи R=1357 mm медиҳад, аммо Ҷадвали 5 ин ду нишонаи сатҳро баръакс нишон медиҳад. (5) Дар Ҷадвали 4 ҳаракати спиралии сатҳи берунии R=100 mm ду маротиба бо сатҳи муваффақияти гуногун оварда шудааст; матни атроф нишон медиҳад, ки яке аз онҳо метавонад ба ҳолати R=150 mm марбут бошад, аммо ҷадвал хомӯшона ислоҳ нашудааст. (6) Матни ҳамон бахш аз панҷ такрор мегӯяд, дар ҳоле ки сарлавҳаи Ҷадвали 4 даҳ озмоиш менависад. (7) Натиҷаи гузаштан аз монеа дар хулоса ва матни таҷриба то 7 mm, дар Ҷадвали 5 бе зонд 8 mm ва бо зонд 5 mm дода шудааст. (8) Фарқи симулятсия–ченкунӣ дар озмоиши кунҷи магнит дар як ҷой %2 ва дар ҷои дигар дар ҳудуди %10 ифода шудааст. (9) Дар бахши саҳроӣ сенсорҳо дар як ҷой зондҳои MFL ва дар тавзеҳи Шакли 24 зондҳои электромагнитии ултрасадоӣ номида шудаанд. Ҳеҷ яке аз ин фарқҳо бо фарзияи берун аз таҳқиқот бартараф карда нашудааст.

Сатҳи далели кунунии таҳқиқот дастгирӣ мекунад, ки механизми мутобиқшавии магнитӣ ва механикии ғайрифаъоли C3bot метавонад дар сатҳҳои пӯлодии дорои каҷиҳои гуногун кор кунад ва дар муҳити воқеии турбина ҳамчун платформаи санҷишӣ истифода шавад. Аммо барои гузаришҳои хеле мураккаби сатҳ, банақшагирии пурраи автономии роҳ, беҳтар кардани геометрияи сенсор дар каҷиҳои шадид ва эътимоднокии дарозмуддати саноатӣ санҷиши иловагӣ лозим аст.