Механика миниатюрных роботов

Изложены обобщенные результаты исследований динамики и методов управляемых движений миниатюрных многозвенных и капсульных мобильных роботов, способных перемещаться в невязких и вязких средах, в ограниченных и неограниченных пространствах.

Оценено применение перспективных наноструктурированных материалов в механизмах сцепления миниатюрных роботов с внутренними поверхностями труб.
Приведены результаты исследований динамических процессов, происходящих в миниатюрных роботах с электромагнитными актюаторами.

Дан анализ состояния и тенденций развития микро- и нанороботов.
Анализируются математические модели динамики микророботов, методы их движения, зависимости между параметрами.

Для специалистов в области робототехники, механики, мехатроники. микро- и нанотехнологий.
Expounded basic R&D pertain to the dynamics and control motion methods of miniature multilink and capsule mobile robots that are capable to slide in viscous and non-viscous areas, in limited and non-limited spaces. Mathematical models of microrobot's dynamics and dependence between main parameters are presented. Prospective nanostructural material applications are estimated for robot's electromagnetic actuator with coupling devices to satisfy the motion along internal surfaces of small diameter tubes. State of the art and evolution tendencies of miniature, micro- and nanorobots are discussed.

The book is intended for specialists in the field of robotics, mechanics, mechatronics, micro- and nanotechnologies.
Содержание

Введение

Глава 1
Особенности построения миниатюрных роботов
1.1. Микророботы, микромашины и современные технологии
1.2. Применение микросистемной техники и микроэлектромеханические системы
1.3. Миниатюрные роботы, перемещающиеся по поверхности
1.4. Миниатюрные роботы в ограниченных пространствах
1.5. Миниатюрные роботы в воздушном пространстве
1.6. Миниатюрные роботы в водной среде
1.7. Сборочные мини- и микроробототехнические системы

Глава 2
Основные сведения о движении миниатюрных систем
2.1. Методы движений миниатюрных систем
2.2. Отличительные особенности движения миниатюрных систем
2.3. Силы, действующие в мини- и микросистемах
2.4. Микроманипулирование миниатюрными объектами
2.5. Силовые эффекты в микрозахватных устройствах и при выполнении микросборки
2.6. Акустические эффекты

Глава 3
Механические системы миниатюрных внутритрубных роботов
3.1. Методы движения миниатюрных роботов в трубах
3.2. Механические системы миниатюрных роботов с электромагнитными приводами
3.3. Движение многозвенных роботов

Глава 4
Динамические процессы в миниатюрных роботах
4.1. Упрощенные модели миниатюрных роботов
4.2. Устройство и движение микрокапсулы под действием перистальтики желудочно-кишечного тракта
4.3. Динамические процессы при передвижении модели многозвенного робота в жидкости
4.4. О воздухоплавании "летающих микророботов"

Глава 5
Движущий эффект колебаний в механике миниатюрных роботов
5.1. Движущий эффект колебаний при движении миниатюрных роботов в вязких средах при числах Рейнольдса порядка 10 3 10 5
5.2. Перемещения миниатюрных роботов в вязких средах за счет волновых колебаний при числах Рейнольдса, близких к единице
5.3. Анализ движения миниатюрных роботов в вязких средах за счет возбуждения пульсирующих колебаний

Глава 6
Динамические процессы при движении миниробота в трубе малого диаметра
6.1. Конструкция миниробота
6.2. Динамика робота
6.3. Результаты моделирования динамики
6.4. Внутритрубный миниатюрный робот с возможностью реверсивного движения
6.5. Моделирование устройства сцепления с поверхностью, обладающего анизотропным трением
6.6. Внутритрубный робот с передвижением инерционного типа

Глава 7
Наноструктурированные покрытия контактных поверхностей мобильных роботов
7.1. Требования к материалам для покрытия контактных поверхностей роботов
7.2. Биологические адгезивы
7.3. Искусственные адгезивы
7.4. Применение сухих адгезивов в устройствах сцепления с поверхностью
7.5. Повышение анизотропности трения при использовании адгезионных материалов ..
7.6. Технические требования к сухим адгезионным материалам для покрытия контактных поверхностей роботов

Глава 8
Управление движением миниатюрных роботов
8.1. Управление движением миниатюрных колесных роботов в трубах с использованием центробежных сил в качестве сил, прижимающих колеса к поверхностям движения
8.2. Управление миниатюрным многозвенным роботом на основе сенсорной информации для инспекции трубопроводных сетей с пересечениями и разветвлениями
8.3. Управление мобильным роботом вертикального перемещения в условиях неопределенности с обходом препятствий

Глава 9
Современные тенденции миниатюризации робототехнических систем
9.1. Уменьшение габаритов функциональных мехатронных модулей
9.2. Создание сверхминиатюрных датчиков и перспективных систем на их основе
9.3. Применение наноматериалов для миниатюризации роботов и их компонентов
9.4. Использование явлений на молекулярном и клеточном уровнях для достижения сверхминиатюризации систем робототехники
9.5. Перспективы применения наногенераторов

Литература

Introduction

Chapter I
Feature of miniature robots
1.1. Microrobots, micromachines and modern technologies
1.2. Microsystem technologies and microelectromechanical systems application
1.3. Miniature robots moving over a surface
1.4. Miniature robots in limited space
1.5. Miniature robots in air space
1.6. Miniature robots in water space
1.7. Assembly mini- and microrobotic systems

Chapter 2
Basic information about miniature systems motion
2.1. Methods of miniature systems motion
2.2. Peculiarities of miniature systems motion
2.3. Acting forces in mini- and microsystems
2.4. Micromanipulation procedures with microobjects
2.5. Force effects in microgrippers under assembly
2.6. Acoustic effects

Chapter 3
Mechanical systems of miniature inpipe robots
3.1. Motion methods of miniature inpipe robots
3.2. Mechanical systems of miniature robots with electormagnetic actuators
3.3. Multilink robot's motion

Chapter 4
Dynamics of miniature robots
4.1. Simplified modes of miniature robots
4.2. Arrangement and motion of microcapsule under action of gastroenteric tract peristalsis .
4.3. Dynamics of multilink robot model motion in a liquid
4.4. About aeronautics of "flying robots"

Chapter 5
Moving effect of vibration in the miniature robot's mechanics
5.1. Moving effect of vibration under miniature robot's motion in viscouse areas with Reinolds numbers КГМО'5
5.2. Miniature robot motion in viscouse areas using wave vibration with Reinolds number near by one
5.3. Analysis of miniature robot's motion in viscouse areas using pulse vibrations

Chapter 6
Dynamics of miniature robot motion inside small diameter tubes
6.1. Minirobot design
6.2. Robot dynamics
6.3. The results of dynamics simulation
6.4. Inpipe miniature robot with possibilities of reverse motion
6.5. Simulation of the coupling device with anisotropic friction
6.6. Inpipe robot with inertial type of motion

Chapter 7
Nanostructural covers of the mobile robot's contact surfaces
7.1. Demands to the materials for covers of the contact robot's surfaces
7.2. Biological adhesives
7.3. Artificial adhesives
7.4. Dry adhesives application in coupling devices contacting with surface
7.5. Friction anisotropy increasing using adhesive material
7.6. Technical requirements to dry adhesive materials for cover of the robot contact surfaces

Chapter 8
Control of miniature robot motion
8.1. Control of miniature wheel robot motion inside small diameter tubes using centrifugal forces as pressing down wheels too motion surface
8.2. Miniature multilink robot control on the base of sensory information to inspect tubes nets with branchings and intersections
8.3. Wall climbing mobile robot's control on the nondetermined conditions with obstacle avoidance

Chapter 9
Modern tendencies of robotic system miniaturization
9.1. Decreasing of functional mechatronic module sizes
9.2. Superminiature sensors and prospective systems creation
9.3. Nanomaterial application for robots and their components miniaturization
9.4. Using of phenomena on molecular and cell levels for superminiaturization robotic system's achivement
9.5. Perspectives of nanogenerator's application

References