Построение и исследование модуля «Локтевого» узла антропоморфного манипулятора Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

3. Челомей В. Н. Парадоксы в механике, вызванные вибрациями // ДАН СССР. Механика. 1983. Т. 270,№ 1. С. 62-67.

4. Блехман И. И. Вибрационная механика. М. : Физматлит, 1994. 400 с.

5. Артюнин А. И. Исследование движения ротора с автобалансиром // Известия вузов. Машиностроение. 1993. № 1. С. 15-19.

References

1. Sommerfeld A. Beitrage zum dinamischen Ausbay der Festigkeislehre // Zeitschriff des Vereins Deutsher Jngeniere, 1904. Bd. 48(18). P. 631-636.

2. Kapitza P. L. Dynamic stability of a pendulum with oscillating point of suspension // JETP. 1951. Vol. 21. № 5. P. 588-597.

3. Chelomei V. N. Paradoxes in mechanics caused by vibrations // DAN SSSR, Mechanics. 1983. Vol. 270. № 1. P. 62-67.

4. Blekhman I. I. Vibrational mechanics. M. : Fizmatlit. 1994. 400 p.

5. Artyunin A. I. Study of the motion of the rotor with autobalancer // Proceedings of the universities. Mechanical Engineering. 1993. № 1. P. 15-19.

© Артюнин А. И., Елисеев С. В., 2014

УДК 621.865.8

ПОСТРОЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДУЛЯ «ЛОКТЕВОГО» УЗЛА АНТРОПОМОРФНОГО МАНИПУЛЯТОРА

А. А. Богданов1'2, М. Р. Иксанов1,2, О. Р. Панфилова2, И. А. Файзулин2

1ОАО «НПО Андроидная техника» Российская Федерация, 455000, г. Магнитогорск, ул. Герцена, 6. E-mail: [email protected] Магнитогорский государственный технический университет имени Г. И. Носова Российская Федерация, 455000, Челябинская обл., г. Магнитогорск, просп. Ленина, 38

Е-mail: [email protected]

Представлены результаты разработки и исследования конструкции «локтевого» узла антропоморфного робота с малыми массогабаритными характеристиками. Модуль построен с учетом требований, предъявляемых к роботам, предназначенным для применения на космических станциях. Обеспечена компактность конструкции модуля с двумя степенями свободы - поворот звена и его ротацию. Выполненные исследования определили рациональный диапазон кинематических характеристик модуля.

Ключевые слова: антропоморфный робот, привод, кинематическая схема, волновой редуктор.

DEVELOPMENT AND RESEARCH OF ANTHROPOMORPHIC MANIPULATOR «ELBOW» JOINT MODULE

A. A. Bogdanov1,2, M. R. Iksanov1,2, O. R. Panfilova2, I. A. Fajzulin2

1OJSC "Scientific Production Association "Android Technics" 6, Herzen str., Magnitogorsk, Chelyabinsk Region, 455000, Russian Federation E-mail:[email protected]

2Magnitogorsk State Technical University named after G. I. Nosov 38, Lenin Av., Magnitogorsk, Chelyabinsk Region, 455000, Russian Federation.

E-mail:[email protected]

Here the results of development and research of anthropomorphic robot «elbow» joint construction are represented. The module is constructed according to requirements applicable to space robots. Here is a realization of module construction compactness that allows the joint turn and rotation.

Keywords: anthropomorphic robot, actuator, kinematic scheme, harmonic drive.

Создание антропоморфного робота, способного выполнять полетные задания, сопряжено с необходимостью решения ряда задач, обусловленных спецификой его использования [1]. В первую очередь это снижение массы и габаритов. Общая структурная схема антропоморфного робота и основные параметры его звеньев были определены и апробированы при имитации выполнения ряда полетных заданий [2].

При этом было установлено, что конструкция модуля «локтевого» узла, обеспечивающего поворот и ротацию, должна быть существенно уменьшена в поперечных размерах. Для выполнения данного требования была разработана новая компоновочная схема приводов, в основе которой принято соосное расположение оси двигателя и выходного звена по каждой степени свободы (см. рисунок).

Решетневскуе чтения. 2014

о

J

о

oLJOiöLJ0

—■—L^,—„—rvl

а б

Модуль «локтевого» узла антропоморфного робота: а - общий вид; б - кинематическая схема; 1 - Maxon EC-45 flat; 2 - волновой редуктор CSD-17-2A-R; 3 - абсолютный магнитный энкодер RLS AksIM

В качестве требуемых к исполнению параметров были приняты следующие исходные данные: угол поворота от 0° до +150°, угол ротации от -90° до +45°, скорость поворота до 1,5 с-1, скорость ротации до 1 с-1, масса внешней нагрузки 5 кг, вылет центра тяжести внешней нагрузки от оси поворота 0,35 м. Кинематические параметры разрабатываемого варианта модуля были приняты исходя из положения его принадлежности к антропоморфному манипулятору, и, следовательно, они аналогичны соответствующим параметрам руки человека [3].

При расчете приведенных нагрузок учитывалось одновременное движение по каждой степени подвижности. С учетом кратковременности действия пусковых нагрузок были приняты к использованию: электродвигатели Maxon EC-45 flat с номинальной мощностью 50 Вт и рабочим напряжением 24 В и волновые редукторы CSD-17-2A-R с передаточным числом, равным 100. Управление двигателями осуществлялось специальными моторными драйверами.

Все элементы конструкции были изготовлены из дюралюминиевого сплава Д16Т.

В результате проведенных исследований было установлено, что при симметричном графике разгона и торможения в заданных пределах углов поворота достичь исходных скоростей по каждой свободе не удается. Максимальные зарегистрированные скорости составили: поворот - 0,72 с-1, ротация 0,27 с-1. При

увеличении части угла поворота, соответствующего периоду разгона, существенно возрастают динамические нагрузки на все элементы привода и крепления, что приводит к их поломке.

Используемые электродвигатели обеспечили стабильное положение в режиме позиционирования со статической нагрузкой 8 кг в течение 1 минуты. Контроль текущего положения производился абсолютным магнитным энкодером RLS AksIM (12 бит, 4000 точек/360°).

Принятая кинематическая схема с соосным расположением входного и выходного звеньев привода обеспечила минимально возможное число элементов в системе передачи движения. При этом редуцирование обеспечивается только одним волновым редуктором. Как следствие - привод по каждой степени подвижности обладает повышенной жесткостью. Практически точность отработки заданных углов поворота определялась упругими деформациями соединения «редуктор-выходное звено» и зазорами в подшипниках. В совокупности с контролем задаваемого положения магнитным энкодером повторная точность позиционирования составила 0,06 мм.

Анализ результатов исследования подтвердил перспективность построения схемы привода с соосным положением входного и входного вала. Вместе с тем данная схема требует дальнейшего совершенствования. Необходимо оснащение нормально замкнутым

3

1

2

2

устройством фиксации относительного положения звеньев. Кроме того, в системе управления приводами следует предусмотреть режим упругого демпфирования, что позволит снизить динамические нагрузки в режиме позиционирования при незначительном увеличении времени успокоения колебаний.

Библиографические ссылки

1. Богданов А. А., Кутлубаев И. М., Сычков В. Б. Перспективы создания антропоморфных робототех-нических систем для работы в космосе // Пилотируемые полеты в космос. 2012. № 1(3). С. 78-84.

2. Жиденко И. Г., Богданов А. А., Кутлубаев И. М, Сычков В. Б. Обоснование выбора структурной схемы роботов космического исполнения // Решетневские чтения: материалы XVII Междунар. науч. конф. (12-14 нояб. 2013, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; СибГАУ. Красноярск, 2013. Ч. 1. С. 278-280.

3. Жиденко И. Г., Кутлубаев И. М. Методика определения сигналов управления антропоморфным

манипулятором // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 5. С. 41-46.

References

1. Bogdanov A. A., Kutlubaev I. M., Sychkov V. B. Promising anthropomorphic robotic systems for using in space / Manned space mission 2012. № 1(3). С. 78-84.

2. Zhidenko I. G., Bogdanov A. A., Kutlubayev I. M., Sychkov V. B. /Explanation of structural scheme selection of space application robots // Reshetnev's readings: materials of XVI International Scientific Conference, dedicated to the member of the academy, M. F. Reshetnev (November 12-14, 2013, Krasnoyarsk) / ed. by U. U. Loginov ; Siberian State Aerospace University. Krasnoyarsk, 2013. P. 1. P. 278-280.

3. Zhidenko I. G., Kutlubayev I. М. Technique of definition of control signals anthropomorphic manipula-tor// Mechatronics, Automation. Control. 2014. № 5. С. 41-46.

© Богданов А. А., Иксанов М. Р., Панфилова О. Р., Файзулин И. А., 2014

УДК 621.865.8

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АНТРОПОМОРФНЫХ ЗАХВАТОВ С ГРУППОВЫМ ПРИВОДОМ ЗВЕНЬЕВ

А. А. Богданов , , А. С. Горбанева , , И. М. Кутлубаев , , Ю. И. Кутлубаева

:ОАО «НПО Андроидная техника» Российская Федерация, 455000, г. Магнитогорск, ул. Герцена, 6. E-mail: [email protected] 2Магнитогорский государственный технический университет имени Г. И. Носова Российская Федерация, 455000, Челябинская обл., г. Магнитогорск, просп. Ленина, 38

Е-mail: [email protected]

3Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики Российская Федерация, 119454, г. Москва, просп. Вернадского, 78

Изложены принципы построения антропоморфных захватов, основанные на использовании в приводе исполнительных звеньев кинематически зависимых систем передач движения.

Ключевые слова: антропоморфный захват, исполнительная группа звеньев, система передачи движения, кинематическая зависимость.

PRINCIPLES OF ANTHROPOMORPHIC CAPTURE CONSTRUCTIONS WITH FUNCTION ELEMENT GROUP DRIVE

А. А. Bogdanov1,2, А. S. Gorbaneva1,2, I. М. Kutlubayev1,2, U. I. Kutlubayeva3

1OJSC "Scientific Production Association "Android Technics" 6, Herzen str., Magnitogorsk, Chelyabinsk Region, 455000, Russian Federation E-mail:[email protected] 2Magnitogorsk State Technical University named after G. I. Nosov 38, Lenin Av., Magnitogorsk, Chelyabinsk Region, 455000, Russian Federation. E-mail: [email protected] 3Moscow State Institute of Radio Engineering, Electronics and Automation 78, prosp. Vernadskogo, Moscow, 119454, Russian Federation

Here are the principles of anthropomorphic capture constructions based on the use of function elements of kine-matically dependent motion transmission systems in a drive.

Keywords: anthropomorphic capture, function elements, motion transmission system, kinematic dependence.