Engineering
Robot wspinający się po ścianie
Wyślij robota do mycia okien w górę szklanej fasady biurowca w jasne południe, wysoko nad miastem: dwa wirniki odsysają powietrze z jego komór, aż krzywa każdego wentylatora spotka przeciek pod fartuchem przy zamkniętych 2,7 kPa, a podciśnienie dociska jego koła do szkła. Trzyma się, dopóki mu ΔP A przeważa jego ciężar, i nie odrywa się, dopóki moment ssania względem dolnych kół przeważa moment wywracający jego ciężaru. Patrz, jak ciśnienie spada za każdym razem, gdy krawędź uszczelnienia przesuwa się po spoinie silikonowej: przy szczelnych spoinach wspina się dalej, przy otwartych koła się ślizgają i staje w zamkniętym punkcie zatrzymania. Obciążaj zbiornik wody, aż silniki ledwo pełzną, wyłącz komorę albo wyślij podmuch, a przyrząd zaciskowy na linie asekuracyjnej go złapie; praca silników jest śledzona w wysokość, tarcie krawędzi, poślizg i linę.
Co się dzieje
Robot 9 kg ze zbiornikiem wody 3 kg wspina się po szklanej fasadzie. Dwie okrągłe komory o promieniu 0,15 m (A = 0,0707 m², po 4,2 l) leżą 0,15 m i 0,55 m nad dolną osią przy rozstawie osi 0,7 m. Każdy wirnik idzie za Q = Q0 sqrt(1 − ΔP/P0) z P0 = 4 kPa i Q0 = 20 l/s przy pełnej prędkości (P0 ∝ s², Q0 ∝ s); powietrze wpływa pod fartuch jak C_d L g sqrt(2ΔP/ρ) przez szczelinę 0,3 mm na czystym szkle, więc komora ustala się przy ΔP = Q0²/(K² + Q0²/P0) = 2,70 kPa, relaksując jak dΔP/dt = γ p_a/V (Q_fan − Q_leak), całkowane RK4. Gdzie krawędź leży na spoinie silikonowej 50 mm, szczelina rośnie o szczelinę spoiny na części obwodu (asin b − asin a)/π, do 27 %: przy 1,5 mm ciśnienie spada do 1,10 kPa. Koła na mokrym szkle (μ = 0,5) niosą μ(ΣΔP A − W); robot trzyma się, dopóki to przekracza M g, i nie odrywa się, dopóki górne koła są obciążone, ΣΔP A l_i > g Σ m h + W L/2 względem dolnej osi. Cztery motoreduktory dają 240 N przy zatrzymaniu, malejąc do zera przy 0,4 m/s; regulator prędkości napędza je do tej linii i do granicy przyczepności, mokra krawędź hamuje siłą 0.006 s × ΣΔP L v. Podmuch ciągnie na zewnątrz z profilem sin² przez 4 s. Przyrząd zaciskowy blokuje się, gdy robot zsuwa się szybciej niż 0,3 m/s; oderwanie zawiesza go na linie asekuracyjnej. Kroki 0,5 ms; praca silników jest śledzona w wysokość, tarcie krawędzi, ciepło poślizgu, zatrzymanie przez linę i energię kinetyczną. Miasto w dole to model 1:20 18 m niżej.
Co wypróbować
Wspinaj się na 8 m i patrz, jak ciśnienie w każdej komorze spada na spoinach; otwórz spoiny do 4 mm i zobacz, jak staje w zamkniętym punkcie; obciążaj zbiornik, aż silniki ledwo pełzną; wyłącz komorę albo wyślij podmuch silniejszy od krytycznego, a przyrząd zaciskowy go złapie.
Model i jego ograniczenia
Quasi-jednorodne szczeliny pod sztywnymi fartuchami, prawo otworu dla przecieku, koła Coulomba z jednym współczynnikiem tarcia, quasi-statyczny bilans momentów bez bezwładności, lina zatrzymująca natychmiast. To nie certyfikowane obliczenie bezpieczeństwa prawdziwego sprzętu linowego ani fasadowego.
Równania modułu
Równania Q_fan = s·Q0·√(1 − ΔP/(s²·P0)), Q_leak = C_d·L·g·√(2ΔP/ρ), g = g0 + g_j·(asin b − asin a)/π dΔP/dt = γ·p_a/V·(Q_fan − Q_leak), ΔP* = Q0²/(K² + Q0²/P0), K = C_d·L·g·√(2/ρ) hold: μ·(ΣΔP·A − W) ≥ M·g, no peel: Σ ΔP·A·l_i > g·Σ m·h + W·L/2 M·a = min(F_m(v), μN) − M·g − c·ΣΔP·L·v, W_motor = ΔE_p + W_lip + W_slip + E_rope + E_k
