CC BY
38Планетарно-волновой редуктор с промежуточными телами и вид зацепления
поворачивается на одно гнездо в обратном направлении. Передаточное отношение предлагаемой плане-тарно-волновой передачи с ПТК равно числу зубьев колес, деленному на разность зубьев колеса и шестерни, которая всегда должна быть равна единице. ^ 32
• = 32 , где 21 - число впадин вы-
'12
32 - 31
2 ■Ч
ходного колеса, 21 = 31, 22 - число впадин шестерни, = 32.
Модуль зацепления в передаче равен радиусу шара, отсюда: число впадин, умноженное на радиус выбранного шара, дает диаметр делительной окружности выходного колеса, а число впадин шестерни, умноженное на тот же радиус шара, дает делительный диаметр шестерни. Я = т, 2 • Я = Б.
Основные технические особенности и преимущества планетарно-волновой передачи с промежуточными телами качения:
- высокое передаточное число;
- высокие крутящие моменты на выходном звене, большие перегрузочные резервы и высокая жесткость кинематических звеньев, так как в данной конструкции редуктора одновременно в зацеплении участвуют 3 сателлита, соответственно, коэффициент перекрытия равен 3, что позволяет передавать большие крутящие моменты по сравнению с обычной зубчатой передачей при многократной кратковременной перегрузке и практически без упругих деформаций при равных массогабаритных показателях;
- компактность. По сравнению с зубчатой передачей при равных передаточных числах и крутящих моментах планетарно-волновая передача с ПТК меньше по габаритам в 2-6 раз в зависимости от типоразмера.
- малый момент инерции, высокий уровень динамичности. В данной конструкции с высокой скоростью вращаются только входной вал и шестерни. Вал имеет незначительную массу и диаметр, шестерни расположены под углом 120° относительно друг друга, следовательно, уравновешивают друг друга и не создают момента инерции;
- малый угловой зазор за счет большой жесткости кинематических звеньев;
- малая вибрация. Конструкция редуктора обеспечивает абсолютное уравновешивание масс и уменьшает влияние погрешностей изготовления и монтажа;
- особое достоинство - высокая износостойкость передачи из-за отсутствия в ней трения скольжения, поскольку фактически передача представляет собой подшипник с волнообразной беговой дорожкой.
Проведенный обзор и анализ прецизионной механической передачи с промежуточными телами качения показал перспективность их использования в приводах систем наведения оптических устройств нового поколения.
© Ереско С. П., Павлова О. А., 2013
УДК 621.865.8
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ РОБОТОВ КОСМИЧЕСКОГО
ИСПОЛНЕНИЯ
И. Г. Жиденко1, И. М. Кутлубаев1, А. А. Богданов2, В. Б. Сынков2
1 Магнитогорский государственный технический университет имени Г. Н. Носова Россия, 455000, г. Магнитогорск, просп. Ленина, 38. Е-mail: [email protected]
2ОАО «НПО Андроидная техника» Россия, 123317, г. Москва, ул. Тестовская, 10. E-mail: [email protected]
Представлен анализ двух подходов к построению роботов для работы внутри и вне космической станции. Отражены особенности двух вариантов построения роботов. Обоснованы преимущества создания робота с антропоморфной структурой. Определены критерии для оценки возможных вариантов построения роботов космического исполнения.
Механика специальных систем
Ключевые слова: робот космического исполнения, антропоморфная структура, захват, степень свободы, задающее устройство копирующего типа.
BASIS OF STRUCTURAL SCHEME SELECTION OF SPACE APPLICATION ROBOTS
I. G. Zhidenko1, I. М. Kutlubayev1, А. А. Bogdanov2, V. В. Sychkov2
Magnitogorsk State Technical University named after G. I. Nosova 38, Lenina prosp., Magnitogorsk, 455000, Russia. E-mail: [email protected] 2JSC «Scientific Development and Production Center «Android Technology» 10, Testovskaya str., Moscow, 123317, Russia. E-mail: [email protected]
The analysis of two approaches towards robots' development for operating insight and outsight space station is presented. The features of two variants of development are reproduced. The advantages of application to create a robot with anthropomorphic structure are explained. The criteria to evaluate possible variants of robot development for space application are defined.
Keywords: space application robot, anthropomorphic structure, capture, degree of freedom, setting device of copying type.
Неотъемлемой частью современных космических станций являются мобильные транспортные системы, обеспечивающие перемещение объектов в различные ее точки.
Возрастающий объем работ, выполняемых вне космической станции, определил необходимость создания роботов космического исполнения - дистанционно управляемых механических систем. Назначение робота: инспекция поверхностей, узлов и модулей, съем и установка оборудования, выполнение ремонтных работ. Робот является помощником, ассистентом космонавта, в конечной версии самостоятельным исполнителем работ.
Следует разделять функции транспортных манипуляторов и роботов, выполняющих ремонтные и монтажные работы. Это обеспечит более высокий уровень выполнения задач.
Функциональное назначение робота определяет требования к его структуре, компоновке, системе управления. Обязательными составляющими для робота второго типа являются манипуляторы, обладающие высокой маневренностью, захваты, способные оперировать всем набором штатных инструментов, системы контроля и визуализации внешней обстановки, связь и модуль психологической поддержки.
В настоящее время сложились две основные концепции построения: «паукообразная», антропоморфная.
Европейское космическое агентство с 2003 года создает БигоЬо1, реализующий первую концепцию. Робот представляет собой платформу, оснащенную тремя манипуляторами с семью степенями подвижности. Каждый манипулятор оснащен универсальным захватом и может выступать в качестве устройства фиксации на корпусе МКС или в качестве рабочей руки. Захваты обеспечивают устойчивую работу с основным набором штатных инструментов. Кроме того, они оснащены видеокамерами. Система дистанционного управления преимущественно программного типа.
Робот отличает повышенная адаптивность к внешней поверхности станции, мобильность, устойчивость в рабочей позиции. Рабочая зона превышает зону, обеспечиваемую человеком.
Космический центр Johnson Space Centre реализовал вторую концепцию, создав Robonaut. В настоящее время готовится к эксплуатации третья версия. Антропоморфная структура подразумевает построение кинематической схемы робота по полной аналогии со скелетом человека. Блок контроля выполнен по аналогии с головой человека с двумя возможными движениями. В двух представленных версиях аналог нижней части тела человека отсутствует. Перемещение и фиксацию Robonaut обеспечивается «ERA».
Принципиальным отличием второй концепции является использование системы управления копирующего типа, реализуемой одним человеком. Задающим устройством, программирующим все движения звеньев манипулятора (в том числе и захватов), является эргономичная рычажная система, надеваемая на оператора.
Антропоморфную компоновку робота отличает:
1. Зона обслуживания, кинематика, маневренность, аналогичные человеку. Это позволяет использовать всю существующую инфраструктуру, ориентированную на космонавта.
2. Возможность дистанционного управления одним человеком с точным повторением его движений. Исключается рассогласование действий при управлении манипуляторами [1].
3. Для управления роботом не требуется специальной подготовки, так как в основе лежит использование естественной физиологической моторики оператора. Создание библиотеки стандартных движений не требует программирования.
4. Обеспечение полного эффекта присутствия, за счет вынесенного и адаптированного положения видеокамер относительно манипуляторов.
5. Система управления может оснащаться комплексом обратной силовой связи. Оператор получает информацию о силовом взаимодействии звеньев и захвата с внешними объектами непосредственно на соответствующие суставы (мышцы) оператора [2]. Это позволяет повысить уровень безопасности использования робота.
Совокупность перечисленных возможностей определяет необходимость создания для работы вне
Рис. 1. Робот AR-400
Рис. 2. Фрагмент выполнение полетных заданий
космической станции роботов антропоморфного типа. Кроме технических аспектов, важным является психологический аспект. Образ робота близок к виду человека, что не ведет к диссонансу его восприятия (рис. 1).
Для исследования возможности выполнения полетных заданий была реализована вторая концепция. На рис. 1 представлены общий вид и основные параметры робота. Результаты исследований показали (рис. 2), что робот в состоянии выполнять основную часть полетных заданий, реализуемых космонавтом в скафандре, в реальном масштабе времени с управлением от задающего устройства копирующего типа.
Библиографические ссылки
1. Богданов А. А., Сычков В. Б., Жиденко И. Г., Кутлубаев И. М. Создание и исследование робототех-нической системы с интерактивным управлением // Решетневские чтения: материалы XVI Междунар. науч. конф. (7-9 нояб. 2012, г. Красноярск): в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2012. Ч. 1. С.230-231.
2. Богданов А. А., Пермяков А. Ф., Канаева Е. И., Кутлубаев И. М. Захват манипулятора для работы в экстремальных условиях // Решетневские чтения: материалы XV Междунар. науч. конф.: в 2 ч. / под обш. ред. Ю. Ю. Логинова; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2011. Ч. 1. С. 218.
References
1. Bogdanov A. A., Sychkov V. B., Zhidenko I. G., Kutlubayev I. M. Creation and research of robotic system with interactive control // Reshetnev's readings: materials of XVI International Scientific Conference, (November 7-9, 2012, Krasnoyarsk): at 14.00/edited by U. U. Loginov; Siberian State Aerospace University.Krasnoyarsk, 2012. Part 1. Pp. 230-231.
2. Bogdanov A. A., Permyakov A. F., Kanaeva E. I., Kutlubaev I. M. Capture manipulator for operation in extreme conditions // Reshetnev's readings: materials of XV International Scientific Conference: in 2 parts ; ed. by U. U. Loginov; Siberian State University. Krasnoyarsk, 2011. Part 1. Pp. 218.
© Жиденко И. Г., Кутлубаев И. М., Богданов А. А., Сычков В. Б., 2013
