ГИБКИЙ ПАЛЕЦ АДАПТИВНОГО ЗАХВАТНОГО УСТРОЙСТВА Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.01

Ярошенко Андрей Сергеевич Yaroshenko Andrey Sergeevich, Кравцов Гордей Сергеевич Kravtsov Gordey Sergeyevich, Сорокин Даниил Юрьевич Sorokin Daniil Yuryevich, Турленко Сергей Сергеевич Turlenko Sergey Sergeevich Студент Student

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University

ГИБКИЙ ПАЛЕЦ АДАПТИВНОГО ЗАХВАТНОГО

УСТРОЙСТВА

FLEXIBLE FINGER OF ADAPTIVE GRIPPER DEVICE

Аннотация, в данной статье представлено расчётное исследование конструкции гибкого пальца адаптивного захватного устройства, способного работать с объектами различной формы. Получены зависимости сил трения между элементами пальца от его длины пальца.

Abstract: this article presents a computational study of the design of a flexible finger of an adaptive gripper device capable of working with objects of various shapes. The dependences of the friction forces between the elements of the finger on its finger length are obtained.

Ключевые слова, гибкий палец, манипулятор, адаптивное захватное устройство, проектирование, конструирование, 3d-моделирование.

Key words: flexible finger, manipulator, adaptive gripping device, design, construction, 3d modeling.

ИННОВАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ Антропоморфные захватные устройства, даже обладая функционалом человеческой кисти [1, с.122], не подходят для выполнение некоторых задач.

Уникальностью разрабатываемого адаптивного захватного устройства с гибкими пальцами является возможность изменения их геометрической формы для упрощённого захвата объекта. Это требуется для аккуратного извлечения объекта и для удобного изъятия его среди других объектов. Данное преимущество применимо в различных экстремальных производственных и научных работах.

Извлечение объектов различной формы и размеров можно увидеть на рис. 1.

Рис. 1. Извлечение объектов исследования

Произведём расчёт, необходимый для определения натяжения троса (проходящего внутри пальца) и сохранения нужной конфигурации, состоящего из фрикционных элементов: втулок и шариков. При недостаточном натяжении гибкие пальцы будут не

способны удержать объект из-за изменения своей геометрии. Для этого выберем несколько элементов пальца и определим силы трения, действующие на них. На рис. 2 приведена расчётная схема пальца.

Заменим связи между первым шариком и левой частью пальца на силы реакции. Рассмотрим левую часть пальца относительно шарика 1 и составим его уравнение равновесия, пренебрегая силой тяжести отдельных элементов

= 0, (1)

где £ ^тр.п - силы трения со стороны объекта манипулирования; X Nп - силы реакций со стороны объекта манипулирования;

£ ^Тр I - сумма сил трения ^ между втулкой 4 и шариком 1; X - сумма сил реакций ^ между втулкой 4 и шариком 1;

^нат! - сила натяжения троса.

Спроецируем на оси Х и Y уравнение (1)

ИННОВАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ

• COS Р — FTpii • sin Р — N12 • cos P + FTpi2 • Sin P + FH3T1 — 0, (2)

Г: — 2 • (Nn

• sin^ + FTp.n • cosa)—• sin^ + FTp11 • cos^

+ (3)

+^12 • sin£ + Ftp12 • COs P —

0,

где ^11, N12 - силы реакции между втулкой 4 и шариком 1;

^Тр11,^Тр12 - силы трения между втулкой 4 и шариком 1,

V1 — ^ • ^11, FTp12 — М • ^12 ;

Р - угол между силой реакции и осью Х, и N12 и осью Х. - сила реакции со стороны объекта манипулирования. Из предварительного расчёта привода захватного устройства — 0,5 • 5,33 —

— 2,67 Н;

FTp.n - сила трения со стороны объекта манипулирования. Из предварительного расчёта привода захватного устройства FTp.n — 0,5 • 1,60 —

— 0,8 Н;

Составим уравнение равновесия момента сил пальца относительно точки А, пренебрегая моментами горизонтальной проекцией сил из-за малого плеча действия

(Nn • sin а + FTp.n • cos a) • (¿1 + ¿2) — (F^n + F^) • R — 0, (4) где L3, L4 - плечи действия сил и FTp.n; R - радиус шарика 1, R — 0,01 м;

XI МЕЖДУНАРОДНАЯ НА УЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ Составим систему из уравнений (2), (3) и (4), зададим коэффициент трения д = 0,3 между элементами и угол Д = 45 ° и определим и М12

Ми = 61,43 Н М12 = 26,11 Н ^нат1 = 77,79 Н.

(5)

Найдём силы трения Fтрl2 и Fтр22 между втулкой 4 и шариком 1

= 18,43 Н,

= 7,83 Н.

^трп = Д ^ц = 0, 3 • 61,43

(6)

^тр!2 = Д ^12 = 0, 3 • 26, 11

(7)

Рассмотрим шарик 1 (рис. 2, поз. 1), схема которого приведена на рисунке 3. Составим уравнение равновесия шарика 1, пренебрегая

силой тяжести

Рис. 3. Схема статического расчёта шарика 1

4 4

I

Ш1 + ^ ^тр.; Ш1

= 0,

У=1 У=1

(8)

где Е)=! Л/, Ш! - сумма сил реакций Л/, Ш!, действующих на шарик

£4=!^/тр.;Ш! - сумма сил трений Ш!, действующих на

шарик 1.

Спроецируем уравнение (9) на ось Y

-(^тр! Ш! + ^тр2 Ш! + ^тр3 Ш! + ^тр4 Ш^ • Р

Ш! - Ш! - Ш! + ^4 Ш!) • sin Р +

= 0, (9)

где ^ Ш!, Ш!, Ш!, М4 Ш! - силы реакции, действующие на шарик 1; ^р! Ш!, ^тр2 Ш!, ^трз Ш!, ^тр4 Ш! - силы трения,

действующие на шарик 1;

Из уравнений (5), (6), (7)

Ш! _

= 61,43 Н,

= 26,11 Н,

= 18,43 Н,

= 7,83 Н.

^2 Ш! _ ^!2

(10)

(11)

^тр! Ш! _ ^тр!!

(12) ^тр2 Ш! = ^тр!2

(13)

Запишем уравнение моментов сил шарика относительно точки О

= 0,

(^тр! Ш! + ^тр2 Ш! — ^тр3 Ш! — ^тр4 Ш!) • ^

(14)

XI МЕЖДУНАРОДНАЯ НА УЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ где Я - радиус шарика 1, Я = 0,01 м;

Составим систему из уравнений (9) и (14) и определим значения

^ Ш1 и ^4 Ш1

^3 Ш1 = 29,92 Н М4 Ш1 = 63,62 Н.

(15)

Найдём силы трения ^р3 Ш1 и Fтр4 Ш1

^трз Ш1 = М • ^3 Ш1 = 0,3 • 29,92

= 8,98 Н,

(16)

^тр4 Ш1 = М • ^4 Ш1 = 0,3 • 63,62 = 19,09 Н. (17)

Проведя аналогичные расчёты, получим силы трения (^тр1 Ш2 — ^тр4 Ш2, ^тр1 Ш3 — ^тр4 Ш3), действующие на шарики 2 и 3 (рис. 2, поз. 23).

'К

тр1 Ш2

к

тр2 Ш2

к

тр3 Ш2

к

тр4 Ш2

к

тр1 Ш3

к

тр2 Ш3

к

тр3 Ш3

к

тр4 Ш3

5,03 Н 1,56 Н 2,24 Н 4,35 Н.

2,64 Н 0,83 Н 0,03 Н 3,44 Н.

(18)

(19)

На основании расчётов построим график предельного момента сил трения в шарнирах гибких пальцев от расстояния р (рис.2)

Рис. 4. График зависимости момента нагрузки

Из графика (рис. 4) определим, что при увеличении расстояния р происходит уменьшение момента сил трения в шарнирах пальцев, таким образом, происходит уменьшение силы натяжения троса.

Библиографический список:

1. Справочник по промышленной робототехнике: в 2 т.: пер. с англ. / Ш. Ноф (ред.). М.: Машиностроение, 1989. - 480 с.

© А. С. Ярошенко, Г. С. Кравцов, Д. Ю. Сорокин, С. С. Турленко, 2021