Лосев_ПЗ (1191585), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Этот слайсер предлагает лучшие среди конкурентов варианты шаблонов заполнения [17], позволяет точно контролировать данный процесс, а, следовательно, и характеристики прочности и массы модели.

Особенно незаменима программа в сравнении с, например, CURA, если в модели требуются поддержки. Simplify3D создаст соответствующие структуры самостоятельно и предоставит полный контроль за их размещением. В данной области подготовки к печати слайсер имеет обширное количество продвинутых настроек, особенное внимание уделено принтерам с двойным экструдером. При печати разными материалами поможет мастер Dual Extrusion, в результате чего, например, удалить растворяемый пластик будет легче. На рисунке 2.7 представлено окно настроек мастера.

Рисунок 2.7 – Диалоговое окно мастера Dual Extrusion

Программа Simplify3D поддерживает большинство имеющихся в продаже современных настольных 3D-принтеров. На официальном сайте представлен список из более чем 200 наименований, среди которых линейки Marlin, Sprinter, Repetier, XYZprinting, FlashForge, Sailfish, MakerBot, Ultimaker. Simplify3D можно использовать и для прямого управления принтером, так же, как и CURA – отдельным окном присутствует аппаратная панель управления принтером. Она может работать и без основной оболочки.

Сложность освоения и использования программы нельзя отнести к недостаткам, так как она является профессиональным инструментом и позволяет раскрыть все возможности того или иного принтера. Однако следует указать, что стоимость лицензионной копии программы составляет $149.

2.4 Способы обработки деталей после печати

Процесс трехмерной печати с использованием пластика отличается от других технологических процессов создания объемных деталей, будь то вытачивание из заготовки или отливка по форме. Прежде всего, отличия наблюдаются по виду внешней поверхности детали. Несмотря на то, что точность современных принтеров продолжает повышаться, послойный характер изготовления деталей все еще накладывает серьезный отпечаток на внешний вид изделий, созданных с помощью трехмерного принтера.

Пример поверхности напечатанной на принтере модели представлен на рисунке 2.8. На ней можно заметить ребристую текстуру, образование которой связанно с резкими переходами между слоями пластика. Даже при установке достаточно малой толщины слоя печати, гладкую поверхность получить не удается.

Рисунок 2.8 – Поверхности напечатанных моделей вблизи

Чаще всего детали, напечатанные таким образом, проходят постпечатную обработку. Существует четыре распространённых способа обработки детали из пластика для придания ее поверхности необходимых качеств [18].

1. Ручной механический.

Способ заключается в последовательной шлифовке поверхности наждачной бумагой различной зернистости, от меньшей к большей.

2. Фрезерование.

Редко применяемый способ, при котором напечатанную с припуском болванку фрезеруют для получения гораздо большей точности и качества поверхности.

3. Термический.

Модель нагревают до температуры, при которой пластик становится мягким и приближается к точке плавления. Состояние поддерживается некоторое время, и поверхность модели становится более гладкой.

4. Химический.

По принципу способ схож с термическим. Под воздействием паров химического растворителя, тонкий слой пластика на поверхности расплавляется, в результате чего швы между печатными слоями становятся менее заметны, либо пропадают вовсе. Сравнение вида модели до химической обработки и после нее представлено на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 – До и после химической обработки парами ацетона

Механическая обработка каждой детали выполняется индивидуально, химическая и термическая может производиться в отношении группы объектов. После механической обработки поверхность остается матовой, а в результате плавления/растворения пластика – становится глянцевой. Иногда необходимость обработки объемного изделия или большого набора деталей одного изделия выливается в значительное увеличение трудоемкости процесса производства. Поэтому, в зависимости от целей заказчика, детали могут и не обрабатывать. Зачастую, не проходят обработку детали или изделия следующих типов:

– эскизы будущих изделий в искусственно сниженном качестве и/или масштабе (увеличенная толщина слоя);

– элементы крепежа;

– скрытые детали, детали, к которым не предъявляются эстетические требования;

– технические элементы подвижных механизмов, исправно выполняющие свои функции без постобработки.

Несмотря на то, что ручной механической обработки достаточно для большинства деталей механизмов и крепежа, стоит уделить отдельное внимание химическому способу обработки. Существует два основных способа:

1. Модель кратковременно окунается в растворитель, а затем высушивается.

Данный способ является менее эффективным. При его использовании велик риск того, что поверхность модели оплавится слишком сильно.

2. Модель продолжительное время удерживается в герметичной камере, в которой находится растворитель в жидком виде, но не соприкасается с моделью. Камера нагревается извне для образования паров. После обработки модель извлекается.

Это эффективный и распространенный способ, при котором контроль за обработкой осуществляется посредством таких параметров, как температура и продолжительность нагрева камеры, продолжительность нахождения модели внутри камеры.

Используя химическую обработку напечатанных на 3D-принтере моделей, следует помнить о технике безопасности [19]. Растворители являются горючими веществами, а вдыхание их паров опасно для здоровья. Для проведения работ необходимо выделение отдельного, хорошо проветриваемого помещения. Другим важным аспектом является эффективность вида растворителя в зависимости от пластика. Например, ацетон хорошо растворяет ABS пластик, но оказывает слабое влияние на PLA. Перед обработкой необходимо убедится, что модель геометрически для нее пригодна, не имеет слишком тонких стенок или элементов, а также важных мелких деталей – таковые могут оплавиться, и модель потеряет необходимые свойства.

3 Разработка деталей и механизма макета
интерактивного обучающего робота

3.1 Обзор конкретного технического задания

3.1.1 Техническое задание макета обучающего робота

В соответствии с фактическими потребностями СКБ «Нанотехника» при кафедре «Вычислительная техника и компьютерная графика», заказчиком было составлено техническое задание (ТЗ).

Название

Роботизированный лабораторный макет для учебных и научных целей.

Цель проекта

Разработать лабораторный макет универсального робота для обучения написанию программ автоматического управления. Робот имеет 2 независимых ведущих колеса, что позволяет ему двигаться по ровной поверхности, а также механическую руку с захватом. На борту имеются датчики для анализа окружающей среды, данные с которых могут быть тут же обработаны и использованы.

Лабораторный макет поможет ученикам на практике попробовать свои знания в написании программ для удаленных систем. Для выполнения роботом каких-либо задач, обучающемуся необходимо написать программный код. С другой стороны, макет может быть использован в качестве системы дистанционного управления роботом. Макет может помочь ученикам в получении практических навыков взаимодействия со сложной системой удаленно. Для этого авторами будет создан комплекс программных средств.

Функциональные требования

– свободное передвижение по плоскости и разворот на 360 градусов на месте;

– легкий доступ к внутренним элементам;

– механическая рука с захватом для удержания небольших предметов;

– заряд аккумулятора рассчитан на час работы;

– наличие на борту одноплатного компьютера Raspberry Pi;

– наличие платы с микроконтроллером - плата поддерживает связь с электронными частями робота являясь интерфейсом для них. Плата может управляться от RPI или от радиосигнала.

Специальные требования

– спроектировать 3D модель корпуса и шасси в программах КОМПАС или INVENTOR;

– спроектировать плату отвечающую за работу робота;

– написать программное обеспечение на языке С# отслеживающее показания с датчиков робота и помогающее пользователю отслеживать его работу, а также дает возможность дистанционного управления роботом.

Датчики

– температурный датчик (внутри корпуса);

– температурный IR сенсор (на механической руке);

– датчик расстояния оптический (на механической руке);

– датчик расстояния - сонар (выходит в отверстия в корпусе);

– датчик вибрации (внутри корпуса);

– гироскоп и акселерометр (внутри корпуса);

– датчик давления (внутри корпуса);

– датчики освещения (выходят в отверстия в корпусе).

Особенности

Управление роботом осуществляется либо с компьютера, на который установлено специально написанное для этого программное обеспечение, либо с помощью написанной для RPI программы.

Возможности ПО:

– вывод показаний со всех датчиков робота;

– возможность дистанционного управления роботом;

– получение видеопотока с RPI или с RF приемника.

Компоненты

Датчики: освещения, расстояние(сонар), температуры, вибрации, давления, камера USB.

Сервомоторы: два на 360 для колес. 1 на первый член руки + 3 на остальные.

Управление: RaspberryPi, плата-интерфейс.

Интерфейсы: Wi Fi(RPI), Bluetooth(AVR), RF антенна. SPI для прошивки.

Механика

Для передвижения робот имеет базу с двумя колесами, расположенными соосно, которые приводятся в движение независимыми сервомоторами без редуктора. На базе расположен корпус, внутри которого размещена управляемая механическая рука с захватом на конце. Механическая рука состоит из трех подвижных звеньев, которые образуют две вращательные кинематические пары, причем обе расположены соосно. Захват представляет собой клешню, которая захлопывается плоскопараллельно, имея возможность надежной фиксации небольшого предмета.

3.1.2 Интерпретация требований к проектированию деталей и механизма

Так как цели ВКР подразумевают работу над деталями и механизмом подобного робота, необходимо интерпретировать полное ТЗ и выделить из него требования в данной области.

Согласно целям ВКР, необходимо реализовать следующие функциональные требования к макету интерактивного обучающего робота:

– робот должен иметь возможность свободно передвигаться по плоскости и выполнять повороты, в том числе и на месте;

– робот должен иметь механическую руку с плоским захватом для удержания небольших предметов;

– конструкция механической руки должна подразумевать размещения набора датчиков и проведение соединительных кабелей;

– корпус должен обеспечивать легкий доступ к внутренним элементам;

– корпус и узлы доложены быть по возможности полностью разборны, необходимо свести использование неразъемных соединений к минимуму;

Раздел ТЗ «Механика» полностью учитывается, и его интерпретация не требуется.

3.2 Начальный этап разработки макета. Планирование

3.2.1 Составление механического эскиза

На начальном этапе был составлен механический эскиз изделия, который отражает принцип конструкции и вид механизированных функций. Создание такого эскиза перед началом работы является важным условием для успешного конструирования макета в дальнейшем [24]. Он представлен на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Механический эскиз макета робота

Согласно эскизу, предполагалось разместить компоненты на общей плоской платформе, обеспечив крепление всех крупных серво моторов снизу. Также был выбран и согласован профиль манипулятора.

Эскиз прошел согласование с заказчиком, в том числе было получено разрешение на внесение не принципиальных конструктивных изменений.

3.2.2 Выбор и описание электродвигателей

Механизированные функции макета должны быть приведены в движение автономно и дистанционно с помощью электронного управления. При этом необходима возможность точного регулирования положения различных осей. Поэтому в качестве двигателей в макете были выбраны исключительно электрические сервоприводы.

Электрический сервопривод – это электродвигатель с управлением через обратную связь электрической цепи, позволяющую точно управлять параметрами движения. Он имеет в составе датчик положения (чаще всего угла поворота вала), автоматически поддерживающий необходимые параметры согласно заданному внешнему значению.

Основными параметрами таких сервоприводов являются:

– габаритные размеры и масса;

– развиваемое усилие на валу;

– диаметр вала;

– угловой диапазон вращения вала;

Характеристики

Список файлов ВКР