Engineering
Inspektionsroboter im Rohr
Fahren Sie im Licht seines eigenen Scheinwerfers einen Inspektionsroboter in eine dunkle, rostige Rohrleitung: drei an die Wand gedrückte Radpaare geben ihm die Traktion mu N, das nachgeschleppte Kabel wird mit jedem Meter am Boden und jedem Meter Steigung schwerer, und jeder Bogen vervielfacht seine Zugkraft um den Seilreibungsfaktor e^(mu theta). Sehen Sie ihn den Steigschacht hinauf, durch die Bögen und weiter fahren, bis das Kabel gewinnt und die Räder durchdrehen - wenige Dezimeter vor dem geschlossenen Haltepunkt. Lockern Sie die Anpressung, bis er sein eigenes Gewicht nicht mehr hebt, oder geben Sie ihm ein glatteres Kabel, und er erreicht das Ende; die Motorarbeit wird in Höhe, Kabel, Rollen, Radieren und Schlupf verfolgt.
Was passiert
Ein 12-kg-Roboter in einer 0,5-m-Leitung: drei mit 260 N an die Wand gedrückte Radpaare geben ihm die Traktion mu_w N = 156 N; ein Drehzahlregler treibt die Räder bis zu den 160 N des Motors. Die Strecke führt 25 m eben, steigt 8 m, läuft 40 m, biegt zweimal ab und läuft weitere 100 m. Hinter dem Roboter wächst die Kabelzugkraft um mu_t w je Meter am Boden, um w je Meter Steigung und um den Seilreibungsfaktor e^(mu_t pi/2) in jedem Bogen. Schwerkraft in der Steigung, Rollwiderstand und das Radieren der Reifen stehen mit dem Kabel gegen die Räder; wo sie die Traktion übersteigen, rutschen die Räder. Halbimplizite Schritte von 10 ms; die Motorarbeit wird in Höhe, Kabel, Rollen, Radieren und Schlupfwärme verfolgt.
Zum Ausprobieren
Fahren Sie den Roboter hinein und sehen Sie die Kabelzugkraft durch die Bögen wachsen; lesen Sie, wo er stehen bleibt, gegen den geschlossenen Haltepunkt; lockern Sie die Anpressung, bis er nicht mehr steigt; geben Sie ihm ein glatteres Kabel.
Das Modell und seine Grenzen
Ein starrer Roboter auf fester Strecke, Coulomb-Reibung für Räder und Kabel, ein Seilreibungsgesetz in den Bögen, keine Kabeldehnung oder -verhakung. Die Reichweite ist die dieses idealisierten Roboters.
Gleichungen des Moduls
Gleichungen F_traction = μ_w·N, dT/ds = μ_t·w (level), dT/ds = w (climb) T_out = T_in·e^(μ_t·θ) in every bend m·a = min(F_drive, μ_w·N) − T − m·g·sin α − c_r·N − c_s·v W_motor = ΔE_p + ∫T ds + W_roll + W_slip + E_k
