CC BY
51Решетневские чтения. 2015
2. Kopaev D. A. Calculations of nonlinear static analyse in MSC. Patran-Nastran. User manual. Moscow. : Nayka Pybl., 1999. 150 p.
3. Rybnikov E. K., Volodin S. V., Engineering in system MSC Patran-Nastran. Part II. Handbook. Moscow, 2003. 174 p.
4. Bate N., Wilson E. Numeric method of analyze and finite element method. Moscow : Stroiizdat Publ., 1982. 448 p.
5. Hogg E, Arora J, Applied optimal desighn. Moscow : Mir Publ., 1983. 480 p.
© EajimoB fl. O., 2015
УДК 621.865.8
ОПОРНЫЕ МОДУЛИ АНТРОПОМОРФНЫХ РОБОТОВ
А. А. Богданов1, И. Г. Жиденко1, И. М. Кутлубаев12, Д. А. Чунтонов1
1ПАО «НПО Андроидная техника» Российская Федерация, 455001, г. Магнитогорск, ул. Герцена, 6 ^Магнитогорский государственный технический университет имени Г. И. Носова Российская Федерация, 455000, г. Магнитогорск, просп. Ленина, 38. E-mail: [email protected]
Представлено описание и основные характеристики двух реализованных схем построения опорных модулей антропоморфных роботов.
Ключевые слова: антропоморфная структура, опорный модуль, кинематическая схема.
SUPPORTING PEDIPULATOR MODULES OF ANTHROPOMORPHIC ROBOTS
А. А. Bogdanov1, I. G. Zhidenko1, I. М. Kutlubayev1,2, D. A. Chuntonov1
1JSC «Scientific Development and Production Center «Android Technology» 6, Gertsena Str., Magnitogorsk, 455001, Russian Federation ^Magnitogorsk State Technical University im. G. I. Nosova 38, Lenina Av., Magnitogorsk, 455000, Russian Federation. E-mail: [email protected]
The paper describes main characteristics of the two implemented schemes for constructing supporting modules of anthropomorphic robots.
Keywords: anthropomorphic structure, a supporting module, a kinematic diagram.
Спектр работ, выполняемых антропоморфными [1] робототехническими средствами, постоянно расширяется. Антропоморфные робототехнические платформы непременно займут большую нишу на космических и на планетных объектах.
Данные платформы не нуждаются в высокой степени самостоятельности при принятии решений и могут контролироваться посредством специальных задающих устройств [2]. Антропоморфные роботы обладают кинематикой, аналогичной присущей человеку [3]. Обеспечение устойчивого движения по различным поверхностям предполагает наличие не менее 5 степеней подвижности в каждом из двух опорных модулей. Размещение соответствующего количества приводов вызывает серьезные конструктивные сложности.
С целью выявления наиболее рационального варианта построения опорных модулей в ПАО «НПО «Андроидная техника» были выполнены работы по созданию двух вариантов модулей.
Исследовались вопросы компоновки силовой части и эффективности использования систем передачи движений. Движение может быть обеспечено от двигателей с вращающимся или движущимся поступательно звеном.
Система передачи движения с вращающимся двигателем может быть выполнена в двух версиях: с со-осным и параллельным расположением вала двигателя и оси поворота выходного звена. Первый подход используется достаточно активно и реализован, в частности, в конструкциях: Asimo, HRP, HRP2+, Hubo, Thormabg, Thormang 2 , в собственных решениях в AR - 600, AR - 601.
В опорных модулях наиболее нагруженной степенью подвижности обладают шарниры - аналоги коленных суставов. Реализация компактного узла при использовании соосной схемы весьма затруднительна из-за большого диаметра двигателя.
Использование параллельной схемы позволило обеспечить передачу крутящего момента от двух двигателей Maxon motor RE 40 148877 (48V, 150 W, 7590 об/мин) [3] на одно выходное звено 2F (рис. 1, а) через ременную передачу и волновой редуктор Harmonic drive (CSD 25, U = 100) [4]. Движение на выходные звенья 1F , 3F реализовано от индивидуальных двигателей Maxon motor RE 35 285788 (48V, 90 W, 7300 об/мин) [5].
Параметры реализованной конструкции опорных модулей представлены в таблице.
Альтернативным вариантом схемы построения привода является использование в силовой части по-
Механика специальных систем
ступательно движущегося звена - штока гидроцилин- На основании сравнения полученных результатов дра. Это позволяет использовать известные преиму- можно утверждать, что использование гидропривода
щества гидроприводов. имеет явные преимущества.
Проработанный и реализованный вариант пред- Однако следует отметить, что общие массогаба-
ставлен на рис. 2. Принятые обозначения совпадают с ритные показатели робота при наличии гидростанции
использованными на рис. 1. существенно увеличиваются.
а б в
Рис. 1. Опорный модуль с параллельной схемой расположением осей двигателя и выходного вала: а - общая кинематическая схема; б - развернутая кинематическая схема; в - общий вид компоновки приводов
б
Рис. 2. Опорный модуль с использованием линейных гидроприводов: а - общая кинематическая схема; б - развернутая кинематическая схема; в - общий вид компоновки приводов
а
в
Решетнеескцие чтения. 2015
Основные технические параметры опорных модулей
Обозначение подвижного звена Габаритные и весовые параметры Углы поворота в кинематических парах Момент на выходном валу, Н*м
Габаритные размеры узлов ДхШхВ, мм Масса узла в сборе, кг Условное обозначение (рис. 1, а) Величина
Опорный модуль с параллельным расположением валов двигателей
1f 202x210x350 12,8 ki -30...+88 158
к{ -20...+18 142
2f 173x155x350 ф2 0...129 210
3f 100x70x128 къ -45.. .+78 120
къ -15...+15,5 80
Опорный модуль с применением гидроцилиндров (давление 20 МПа)
1f 160x154x350 15,6 к -53...+88,5 до 500
к! -15.+20 до 750
2f 100x135x350 ф2 0...125 до 500
3f 100x280x90 къ -24...+43 до 560
къ -20...+20 до 128
При возможности использования вынесенного варианта размещения гидростанции следует отдавать предпочтение опорным модулям с линейным гидроприводом.
Библиографические ссылки
1. Жиденко И., Кутлубаев И. Методика определения сигналов управления антропоморфным манипулятором // Мехатроника. Автоматизация. Управление: теоретический и прикладной научно-технический журнал / под ред. Н. Б. Филимонова. 2014. № 5. С. 41-46.
2. Создание и исследование робототехнической системы с интерактивным управлением / А. А. Богданов, В. Б. Сычков, И. Г. Жиденко, И. М. Кутлубаев // Решетневские чтения : материалы XVI межунар. науч. конф. (7-9 ноября 2012, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2012. Ч. 1. С. 230-231.
3. Обоснование выбора структурной схемы роботов космического исполнения / А. А. Богданов, В. Б. Сычков, И. Г. Жиденко, И. М. Кутлубаев // Решетневские чтения : материалы XVII межунар. науч. конф. (12-14 ноября 2013, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. Ч. 1. С. 278-280.
4. Электронный каталог компаний «Maxon motor» [Электронный ресурс]. URL: http://www. maxonmotor. com/maxon/view/product/motor/dcmotor/re/re40/148877 (дата обращения: 07. 09. 2015).
5. Электронный каталог компаний «Harmonic drive» [Электронный ресурс]. URL: http://www. harmonicdrive.net (дата обращения: 07.09.2015).
6. Электронный каталог компаний «Maxon motor [Электронный ресурс]. URL: http://www. maxonmotor. com/maxon/view/product/motor/dcmotor/ re/re35/285788 (дата обращения: 07.09.2015).
References
1. Zhidenko I., Kutlubaev I. Determination method of control signals of anthropomorphic manipulator //mechatronics, automation, Control No. 5 2014 theoretical and applied scientific and technical magazine / ed. by N. B. Filimonova, S. 41-46.
2. Bogdanov A. A., Sychkov V. B., Zhidenko I. G., Kutlubaev I. M. [Development and research of robotic systems with interactive control] //Reshetnev readings: proceedings of the XVI International Scientific Conference. (November 7- 9, 2012, Krasnoyarsk, Russia): in 2 parts / under general edition by Y. Y. Loginov; Siberian State Aerospace University. Krasnoyarsk, 2012. Part 1, pp. 230-231.
3. Bogdanov A. A., Sychkov V. B., Zhidenko I. G., Kutlubaev I. M. [Justification of choice of space robot structural scheme] // Reshetnev readings: proceedings of the XVII International Scientific Conference (November 12-14, 2013, Krasnoyarsk) : in 2 parts / under general edition by Y. Y. Loginov ; Siberian State Aerospace University. Krasnoyarsk, 2013. Part 1. pp. 278-280.
4. "Maxon motor" company electronic catalogue: the database contains information about all the company products in 2014-2015. Available at: http://www. maxonmotor.com/maxon/view/product/motor/dcmotor/ re/re40/148877 (reference date: 09/07/2015).
5. „Harmonic drive" company electronic catalogue: the database contains information about all products of companies 2014-2015. Available at: http://www. harmonicdrive. net (дата обращения: 07. 09. 2015).
6. An electronic directory of companies "Maxon motor": the database contains information about all the company products in 2014-2015. Available at: http://www.maxonmotor.com/maxon/view/product/ motor/ dcmotor/ re/re35/285788 (reference date: 07.09.2015).
© Богданов А. А., Жиденко И. Г., Кутлубаев И. М., Чунтонов Д. А., 2015
