ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОДВИЖНОЙ МАССЫ ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРИЕНТАЦИИ ТВЕРДОГО ТЕЛА, НАХОДЯЩЕГОСЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЗАВИСЯЩИХ ОТ ВРЕМЕНИ ВНЕШНИХ СИЛ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрена механическая система, состоящая из твердого тела и материальной точки. Они взаимодействуют между собой посредством внутренних сил, физическая природа которых не определена. На оба объекта действуют внешние силы, заданные как функции времени. Задача состоит в построении такой траектории для точечной массы, чтобы твердое тело под действием силы взаимодействия с этой массой меняло свою ориентацию в пространстве по заранее известной программе. На основании теоремы об изменении относительного момента количеств движения получено не разрешенное относительно старшей производной векторное дифференциальное уравнение второго порядка, описывающее систему. Найдена замена переменных, позволяющая заменить исходное уравнение разрешенным относительно производной векторным дифференциальным уравнением первого порядка. Рассмотрены все особые случаи, возникающие при использовании нового уравнение. Полученные соотношения можно использовать для управления космическими аппаратами и робототехническими системами.

Об авторах

А. М. Шматков

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: shmatkov@ipmnet.ru
Москва, Россия

Список литературы

  1. Xu J., Fang H. Improving performance: recent progress on vibration-driven locomotion systems // Nonlinear Dyn. 2019. V. 98. № 4. P. 2651–2669. https://doi.org/10.1007/s11071-019-04982-y
  2. Liu Y., Chernousko F.L., Terry B.S., Chávez J.P. Special issue on self-propelled robots: from theory to applications // Meccanica. 2023. V. 58. P. 317–319. https://doi.org/10.1007/s11012-022-01631-4
  3. Schmoeckel F., Worn H. Remotely controllable mobile microrobots acting as nano positioners and intelligent tweezers in scanning electron microscopes (SEMs) / Proceeding of international conference robotics and automation. 2001. IEEE, New York. P. 3903–3913.
  4. Lampert P., Vakebtutu A., Lagrange B., De Lit P., Delchambre A. Design and performances of a one-degree-of-freedom guided nano-actuator // Robot. Comput. Integr. Manuf. 2003. V. 19. № 1–2. P. 89–98. https://doi.org/10.1016/s0736-5845(02)00065-0
  5. Vartholomeos P., Papadopoulos E. Dynamics, design and simulation of a novel microrobotic platform employing vibration microactuators // J. Dyn. Syst. Meas. Control. 2006. V. 128. № 1. P. 122–133. https://doi.org/10.1115/1.2168472
  6. Gradetsky V., Solovtsov V., Kniazkov M., Rizzotto G.G., Amato P. Modular design of electromagnetic mechatronic microrobots / Proceedings of 6th international conference climbing and walking robots (CLAWAR). 2003. Catania, Italy. P. 651–658.
  7. Chernousko F.L. On the motion of a body containing movable internal mass // Dokl. Phys. 2005. V. 50. № 11. P. 593–597. https://doi.org/10.1134/1.2137795
  8. Bolotnik N.N., Figurina T.Yu., Chernousko F.L. Optimal control of the rectilinear motion of a two-body system in a resistive medium // J. Appl. Math. Mech. 2012. V. 76. № 1. P. 1–14. https://doi.org/10.1016/j.jappmathmech.2012.03.001
  9. Li H., Furuta K., Chernousko F.L. Motion generation of the Capsubot using internal force and static friction / Proceedings of the 45th IEEE conference on decision and control. 2006. San Diego, USA. P. 6575–6580. https://doi.org/10.1109/cdc.2006.377472
  10. Zimmerman K., Zeidis I., Bolotnik N., Pivovarov M. Dynamics of a two-module vibration-driven system moving along a rough horizontal plane // Multibody Syst. Dyn. 2009. V. 22. № 2. P. 199–219. https://doi.org/10.1007/s11044-009-9158-2
  11. Chernousko F.L. Two-dimensional motions of a body containing internal moving masses // Meccanica. 2016. V. 51. № 12. P. 3203–3209. https://doi.org/10.1007/s11012-016-0511-2
  12. Chernousko F.L. Optimal control of the motion of a double-mass system // Dokl. Math. 2018. V. 97. № 3. P. 295–299. https://doi.org/10.1134/s1064562418030195
  13. Shmatkov A.M. Time-optimal rotation of a body by displacement of a mass point // Dokl. Phys. 2018. V. 63. № 8. P. 337–341. https://doi.org/10.1134/s1028335818080062
  14. Bolotnik N., Figurina T. Controllabilty of a two-body crawling system on an inclined plane // Meccanica. 2023. V. 58. P. 321–336. https://doi.org/10.1007/s11012-021-01466-5
  15. Figurina T., Knyazkov D. Periodic regimes of motion of capsule system on rough plane // Meccanica. 2023. V. 58. P. 493–507. https://doi.org/10.1007/s11012-022-01572-y
  16. Chernousko F.L. Controlling the orientation of a solid using the internal mass // J. Appl. Mech. Tech. Phys. 2019. V. 60. № 2. P. 278–283. https://doi.org/10.1134/s0021894419020093
  17. Naumov N.Yu., Chernousko F.L. Reorientation of a rigid body controlled by a movable internal mass // J. Comput. Syst. Sci. Int. 2019. V. 58. № 2. P. 252–259. https://doi.org/10.1134/s106423071902014x
  18. Chernousko F. Reorientation of a rigid body by means of auxiliary masses // Meccanica. 2023. V. 58. P. 387–395. https://doi.org/10.1007/s11012-022-01501-z
  19. Shmatkov A.M. Objects changing the spatial orientation of a solid body by using mobile mass // J. Comput. Syst. Sci. Int. 2020. V. 59. № 4. P. 622–629. https://doi.org/10.1134/s1064230720040139
  20. Абезяев И.Н. Об одной возможности ориентации околоземного космического аппарата по магнитному полю земли // Изв. РАН. МТТ. 2022. № 6. С. 54–62. https://doi.org/10.31857/S0572329922050026
  21. Левский М.В. Кватернионное решение задачи оптимального управления ориентацией твердого тела (космического аппарата) с комбинированным критерием качества // Изв. РАН. МТТ. 2024. № 1. С. 197–222. https://doi.org/10.31857/S1026351924010115
  22. Белецкий В.В., Яншин А.М. Влияние аэродинамических сил на вращательное движение искусственных спутников. Киев: Наук. думк., 1984. 187 с.
  23. Заболотнов Ю.М., Назарова А.А., Ван Ч. Анализ динамики и управление при развертывании кольцевой тросовой группировки космических аппаратов // Изв. РАН. МТТ. 2023. № 4. С. 110–124. https://doi.org/10.31857/S0572329922600670
  24. Шматков А.М. Пространственная переориентация твердого тела посредством подвижной массы при наличии внешних сил, заданных как функции времени // ДАН. 2024. Т. 517. № 4. С. 59–64. https://doi.org/10.31857/S2686740024040098
  25. Shmatkov A.M. Changing the spatial orientation of a rigid body using one moving mass in the presence of external forces // Meccanica. 2023. V. 58. P. 441–450. https://doi.org/10.1007/s11012-022-01524-6
  26. Маркеев А.П. Теоретическая механика. М.: ЧеРо, 1999. 572 с.
  27. Журавлев В.Ф. Основы теоретической механики. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. 304 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).