Лосев_ПЗ (1191585), страница 6
Текст из файла (страница 6)
– точность установки угла;
– скорость вращения.
Существует два типа сервоприводов, отличающихся по диапазону вращения вала и доступному варианту электронного управления – 180-градусные и 360-градусные сервоприводы. 180-градусные приводы поддерживают точную установку угла, но не могут неограниченно вращать вал. 360-градусные приводы обладают такой возможностью, однако в качестве управляемых параметров выступает скорость и время вращения.
В связи с данными особенностями и техническими требованиями разрабатываемого макета, было принято решение об использовании:
– двух 180-градусных сервоприводов Tower Pro MG995 для приведения в движение первого и второго звеньев манипулятора;
– двух 360-градусных сервоприводов Tower Pro SG995 для приведения в движение колес платформы. Внешне они не отличаются от MG995;
– двух 180-градусных сервоприводов Tower Pro MG90S для приведения в движение третьего звена привода и захвата манипулятора. В отличие от указаных выше моделей, MG90S имеет компактную и легкую конструкцию, что позволяет разместить его на самом манипуляторе.
Фотография приобретенных приводов представлена на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 – Вид MG995 и SG995
Основные механические характеристики Tower Pro MG995 и SG995, найденные в спецификации изделия, представлены в таблице 3.1 [26].
Таблица 3.1 – Механические характеристики модельного ряда 995
| Наименование | Характеристика |
| Габаритные размеры, мм | 40,7 х 19,7 х 42,9 |
| Масса, г | 55 |
| Диаметр вала, мм | 5.8 |
| Диапазон входных напряжений, В | 4.8- 7.2 |
| Диапазон усилий на валу, кг | 8.5 - 10 |
Основные механические характеристики Tower Pro MG90S представлены в таблице 3.2 [25].
Таблица 3.2 – Механические характеристики модельного ряда 995
| Наименование | Характеристика |
| Габаритные размеры, мм | 22.8 х 12.2 х 28.5 |
| Масса, г | 13,4 |
| Диаметр вала, мм | 5.8 |
| Диапазон входных напряжений, В | 4.8 – 7.2 |
| Диапазон усилий на валу, кг | 1.8 – 2.2 |
3.2.2 Согласование характеристик манипулятора
При составлении механического эскиза было принято решение использовать в макете интерактивного робота плоский трехзвенный манипулятор с тремя степенями подвижности и плоскопараллельным захватом на конце.
По своему принципу согласованный манипулятор идентичен представленному на эскизе. Два более мощных сервопривода приводят в движения первое и второе звенья, причем передача механического усилия ко второму звену происходит через параллельный первому звену рычаг. Передаточные звенья не равны по своей длине – нижнее имеет длину 10 мм, верхнее – 18 мм. Такое решение иногда применяется в плоских манипуляторах [21]. В связи с этим, ограничивающий угол для второго звена составляет 100 градусов. Измененное передаточное число позволяет снизить нагрузку на сервопривод, и устанавливает требуемую проектом подвижность звена.
Длины первого и второго звеньев равны и составляют 120 мм. Третье звено имеет длину 40 мм. На конце располагается плоскопараллельный захват и места для крепления датчиков.
3.3 Расчет требуемых крутящих моментов в шарнирах манипулятора
Для устранения потенциальных конструктивных ошибок, связанных с отсутствием в первоначальном проекте редукторов, был произведен расчет плоского рычажного механизма на предмет вычисления максимальных крутящих моментов, создаваемых в шарнирах при штатной работе.
Расчет начинается с шарнира в основании манипулятора, находящегося в составе первого звена. Для придания статической определенности задачи, необходимо зафиксировать ряд параметров. При этом должен быть достигнут критический случай, при котором потребуется максимальный крутящий момент из всех возможных положений звеньев. Для этого решим геометрическую задачу по нахождению длины отрезка. Это можно сделать с помощью САПР или формул, основанных на теореме косинусов. На рисунке 3.3 представлена как сама задача в плоскости, так и ответ, данный САПР.
Рисунок 3.3 – Решение задачи для критического случая
Зафиксированными параметрами являются:
1. 
. Конструктивный минимум первого звена, при котором будет достигнут критический случай нагрузки.
2. 
. Длина найдена с помощью расчетов в САПР КОМПАС 3D.
3. 
. Данная масса материальной точки взята с учетом датчиков и возможного груза, захваченного манипулятором.
В результате используя формулу (1) получаем, что требуемый крутящий момент составляет 0.96 Н
м. После перевода в другую единицу измерения получаем усилие на оси шарнира 9.8 кг см.
Сравнивая это значение c диапазоном, представленным в спецификации сервопривода MG995, можем сделать вывод, что при повышении напряжения к максимальному данное усилие может быть обеспечено.
При расчете последующих шарниров процесс получения значения 
значительно упрощается. Это связано с тем, что 
в критических случаях расположения звеньев манипулятора.
Шарнир между первым и вторым звеном приводится в действие системой рычагов, которая работает по принципу редуктора. Передаточное соотношение 18:10 позволяет повысить мощность в 1.8 раз, при этом 
. Используя формулу (1) вычисляем требуемое усилие на валу двигателя, приводящего в движение рычаг – 3.56 кг см, что значительно меньше возможностей привода MG995.
Шарнир между вторым и третьим звеном рассчитывается при 
равном длине третьего звена. Требуемое усилие на валу при той же массе равно 1.6 кг см. Уже при минимальном напряжении модель MG90S может обеспечить усилие в 1.8 кг см, а значит и справиться с критической нагрузкой на шарнир.
Таким образом, механический анализ показал, что выбранные сервоприводы смогут обеспечить работу манипулятора в штатном режиме при нагрузке на его захват в 400 грамм. Соответственно, дополнительные редукторы в конструкции манипулятора не требуются.
3.4 Разработка трехмерных моделей деталей механизмов
3.4.1 Первый этап проектирования деталей
На первом этапе проектирования необходимо создать модели исходных компонентов – в данном случае – сервоприводов. Модель привода SG995 представлена на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 – Трехмерная модель сервопривода
Затем, приступая к проектированию деталей, необходимо ориентироваться на размеры и положение сервоприводов. На первом этапе было принято решение сместить основание манипулятора назад таким образом, чтобы все 4 сервопривода серии 995 располагались на основной пластине. В ходе первого этапа, среди прочего, было создано колесо и крепление к нему (рисунок 3.5).
Рисунок 3.5 – Модель колеса с креплением
После прототипирования моделей была выявлена необходимость внесения корректировок. В числе изменений при переходе к следующему этапу были:
– уменьшение диаметров отверствий, которые используются в конструкционных соединениях, основанных на трении;
– уменьшение диаметров отверствий, которые используются в осевых соединениях типа «вал-втулка»;
– исключение скруглений на поверхностях деталей, которые являются поверхностями основания при печати.
3.4.2 Второй этап проектирования деталей
Во время второго этапа проектирования основной целью было внесение необходимых изменений в детали манипулятора и воспроизведение его в таком виде, над которым можно поставить практический эксперимент с целью проверки движения манипулятора в критическом положении звеньев.
Итоги данного этапа представлены на рисунке 3.6. На рисунке 3.7 путем скрытия некоторых деталей представлен шарнир манипулятора изнутри.
Рисунок 3.6 – Вид модели после второго этапа проектирования
Рисунок 3.7 – Внутренний вид сборки основания манипулятора
После прототипирования моделей была выявлена необходимость внесения корректировок. В числе изменений при переходе к следующему этапу были:
– организация крепления первого звена манипулятора к сервоприводу с помощью шурупа для исключения прокручивания соединения;
– увеличение толщины некоторых стенок в основании механизма
– реструктуризация основной пластины макета с целью ее пригодности для фрезерования на станке CNC2417 из ДСП. Данное изменение продиктовано решением сократить расход пластика и печатного времени путем фрезерования самой крупной детали макета.
3.4.3 Заключительный этап проектирования
На заключительном этапе проектирования разрабатывались недостающие детали макета. Для получения контуров зубчатой передачи под печать был использован инструмент в программе AUTODESK INVENTOR (рисунок 3.8).
Рисунок 3.8 – Инструмент экспорта контуров в INVENTOR
Наглядные итоги этапа представлены в пункте 3.6.
3.5 Процесс трехмерной печати узлов
Принтер Micromake D1 использовался на различных этапах проектирования трехмерных моделей. На рисунке 3.9 Представлен набор деталей, которые были напечатаны с использованием CURA после первого этапа проектирования.
Рисунок 3.9 – Первые напечатанные прототипы
После второго этапа проектирования с помощью Simplify3D были подготовлены и напечатаны детали механизма манипулятора (рисунок 3.10). На рисунке 3.11 Манипулятор представлен в собранном состоянии. После чего был проведен эксперимент с подключением сервоприводов, в результате которого была получена важная информация о конструкции основания манипулятора и необходимых изменениях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
