CC BY
23«Вопросы развития современной науки и техники»
УДК 621.01
Ильин Александр Сергеевич Ilyin Alexander Sergeevich, Дохов Даниил Олегович Dokhov Daniil Olegovich, Калымбеков Шынгыс Kalymbekov Shyngys Студент Student
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University
КИСТЬ МАНИПУЛЯТОРА MANIPULATOR HAND
Аннотация, в данной статье представлено исследование оптимальной конструкции мелкогабаритной трёхстепенной кисти манипулятора, способной работать с объектами различной формы. Получены данные о приводе, необходимом для разжимания губок захватного устройства.
Abstract: this article presents a study of the optimal design of a small-sized three-stage manipulator hand capable of working with objects of various shapes. Data on the drive required for unclenching the jaws of the gripper device were obtained.
Ключевые слова: манипулятор, захватное устройство, робот, проектирование, конструирование, 3d-моделирование, САПР, винт-гайка.
Key words: manipulator, gripping device, robot, design, engineering, 3d-modeling, CAD, screw-nut.
Разработанная кисть манипулятора имеет сходство с человеческой кистью, по аналогии она имеет 3 степени подвижности: ротацию кисти, сгибание кисти и поворот кисти [1, с.446].
Возможные движения кисти манипулятора представлены на рис. 1.
VIII Международная научно-практическая конференция
Рис. 1. Возможные движения кисти манипулятора
Вращение вокруг оси ротации обеспечивает привод, изображенный на рис.
2.
Рис. 2. Привод ротации кисти
Привод представляет из себя мотор - редуктор от компании Махоп. На выходной вал редуктора надета шестерня, которая, вращаясь вместе с валом,
«Вопросы развития современной науки и техники» катится по большому неподвижному зубчатому колесу, тем самым обеспечивая
вращение всего модуля кисти.
На рис. 3 изображены приводы, обеспечивающие поворот и сгибание
кисти, а также привод, обеспечивающий разжимание губок захватного
устройства.
Рис. 3. Приводы кисти и захватного устройства
Одной из главных особенностей данной кисти манипулятора является возможность захвата объектов различных форм и размеров при сохранении малых габаритов устройства. Различные способы захвата объекта, находящегося в контейнере с узким горлышком представлены на рис. 4 (изображение тросов и пружин опущено, чтобы не перегружать сборку).
Рис. 4. Различные способы захвата объекта
VIII Международная научно-практическая конференция Рассмотрим характер передачи движения, воспользуемся кинематической
схемой кисти манипулятора, изображенной на рис. 5.
1 2 3
¿-80 МахопвПбС Махоп йР 16 &
т - 0.5
Рис. 5. Кинематическая схема кисти манипулятора
Кисть манипулятора состоит из 3 модулей: модуль ротации (1), модуль сгибания (2), модуль поворота (3). Движение поворота вокруг оси ротации (I) обеспечивается зубчатой передачей. Контроль угла поворота осуществляется датчиком обратной связи (ДОС1). В модуль ротации встроены все остальные приводы для сохранения компактности устройства. Модуль 2 надет на модуль 1 и вращается вокруг оси (II), модуль 3 надет на модуль 2 и вращается вокруг оси (III). Приводы, вращающие модули (2) и (3) представляют из себя мотор -редукторы с передачей винт - гайка, к гайкам прикреплены тросы, которые, при движении гайки, тянут за собой соответствующий модуль. Обратное движение модулей 2 и 3 обеспечивается пружинами кручения. Привод захватного устройства идентичен предыдущим и направлен на разжимание губок захватного устройства. Сжатие губок захватного устройства обеспечивается пружиной растяжения. Контроль угла поворота вокруг осей (II) и (III) производится с помощью датчиков обратной связи ДОС2 и ДОС3.
«Вопросы развития современной науки и техники»
Выбор привода захватного устройства был произведен с учетом данных, полученных из расчетной схемы, изображенной на рис. 6.
Рис. 6. Расчетная схема привода захватного устройства
В качестве примера расчета рассмотрим систему уравнений, составленную в соответствии с расчетной схемой пальца захватного устройства (рис. 7).
0 Ив 1 /—V к в X Я23
// А
Рис. 7. Расчетная схема пальца захватного устройства
Обозначения на схеме: Ь1, Ь2, Ь3 - длины плеч; #2, - силы, действующие со стороны серьги на палец; #2з,^2з - силы, действующие со стороны рычага на палец; — сила реакции опоры.
VIII Международная научно-практическая конференция Полученные уравнения равновесия сил вдоль оси X, вдоль оси Y, и
момента относительно точки А и B соответственно приведены в системе (1):
'-^2 • C0S(«2) + R2' • C0S(^2 - «2) - #23 • C0S(«2) + ^2з' • COsQ^ - «2) = 0 -No + Я2 • sin(«2) + Я2 • sin(^2 - «2) + #23 • sin(«2) +
+ ^23' • sin(^2 - «2) = 0 (1)
No • - Д2 • ¿2 = 0 ^0 • (¿1 - ^3) + Я2з • ¿2 = 0
Подставив численные значения L1; L2, a2, ß2, полученные из построения компьютерной модели, найдем неизвестные силы ^2, ^23, ^23.
Решив систему (1) в математическом программном обеспечении Mathcad, получим: Д2 = -1 Н; Ä2' = 7,1 Н; Д23 = 1,2 Н; ^23' = -6,5 Н.
При последовательном нахождении неизвестных в соответствии с расчетной схемой (Рис. 6), получим усилие, которое необходимо будет обеспечить приводу для удержания объекта массой 0,1 кг, равное 14,7 Н.
Сравним полученные данные с параметрами выбранного привода захватного устройства (Рис.8, [2]).
GEARHEAD DATA
Number of stages 0
Reduction 1 : 1
Absolute reduction 1/1
Max. motor shaft diameter 1 mm
Max. feed velocity 50 mm/s
Max. feed force continuous 44 N
Max. feed force intermittent 134 N
Direction of rotation, drive to output =
Max. efficiency 41 %
Average backlash no load 1 °
Mechanical positioning accuracy 0.166 mm
Mass inertia 0.23 gem2
Gearhead length (L1) 19.2 mm
Max. transmittable power (continuous) 2.2 W
Max. transmittable power (intermittent) 2.75 W
Рис. 8. Параметры выбранного привода
«Вопросы развития современной науки и техники»
Максимальное линейное усилие выбранного мотор - редуктора Maxon GP16S в соответствии с рисунком 8 составляет 39 Н, что больше полученного 14,7 Н, следовательно, выбранный привод способен выполнить задачу разжимания пальцев захватного устройства при данных параметрах захватываемого объекта.
Библиографический список:
1. Netter F. H. Netter's Atlas of Human Anatomy. - 7 изд. - Philadelphia: Elsevier Science, 2018. - 672 с.
2. Сайт компании Maxon [Электронный ресурс]: Режим доступа: https://www.maxongroup.com (Дата обращения 2.03.2021).
© А. С. Ильин, Д. О. Дохов, Ш. Калымбеков 2021
