Двухзвенный манипулятор

Двухзвенный манипулятор

Автор: Немов Андрей

ФМЛ №30

Санкт-Петербург, 2015 год.

Оглавление

Цель:        2

Задачи:        2

Устройство манипулятора:        2

Материалы:        3

Моторы:        3

Выбор балок:        3

1: Составление примерных расчётов.        5

3: Разработка 3D модели и финальные расчёт.        6

Цель:

Создание робота-манипулятора, на основе платы Arduino Uno, способного переносить некий груз из точки в точки A в точку B, указанную пользователем.

Задачи:

1)Составление примерных расчётов длин и плеч балок, а также расчётов моментов сил у моторов необходимых для поднятие данного участка конструкции.
2) Расчёт геометрии манипулятора: расчет операционного окна.
3)Разработка 3D модели манипулятора в программе Creo Parametrics, а также финальные расчёты плеч балок и их масс и вычисления максимальной массы, поднимаемого груза, исходя из 3D модели.
4)Сборка манипулятора из полученных деталей.
5)Написание программы для управление манипулятором.
6)Финальные испытание.

Устройство манипулятора:

Манипулятор состоит из двух звеньев, одно звено A длинной примерно 250 мм, а второе звено B длинной примерно 200 мм. Звено A и  B закреплены между собой серво мотором. В свою очередь звено установлено на круглой платформе и закреплено двумя серво моторами, также на краю платформы установлен двигатель переменного тока с колесом. На противоположном конце звена B, от закрепление со звеном A, установлен захват, так же с помощью серво мотора. Круглая платформа установлена на площадке(Рисунок 0.1).

Рисунок 0.1

Материалы:

Балки, площадка, схват и платформа сделаны из пластика толщиной 3 мм и плотностью 1.2 г/см3. Также в конструкции используются различные винты и саморезы.

Моторы:

Для соединения платформы с балкой A используются два серво мотора MG996R(Крутящий момент: 9.4 кг*см (при напряжение в 6 В), масса: 55 г). Для соединения балки A и B также используется серво мотор MG996R. Для соединения схвата и балки B используется серво мотор MG90S(Крутящий момент: 1.8 кг*см (при напряжение в 6 В), масса: 13.4 г). Серво моторы, используемые в схвате, - два FS90 (Крутящий момент: 1.3 кг*см (при напряжение в 6 В), масса: 9 г).

Выбор балок:

В данной конструкции в качестве балки A и B использовался двутавр, так как по отношению к другим балкам она относительна легкая, но в тоже время достаточна прочная, также по сравнение с другими балками двутавр легче собирать(Таблица 0.2).

Форма сечения	Площадь поперечного сечения (также показатель массы ), мм2	Момент сопротивления плоского сечения, мм3
Вокруг X	Вокруг Y	Полярный
Кольцо	349	3226	3226	5967
Полый квадрат	444	6400	6400	9051
Тавр	231	3224(1240)	804	1794
Двутавр	342	4607	1604	4392
Корыто	342	3906(2217)	4607	4587
Крест	231	804	804	1604

Таблица 0.2

Сразу же от бросились варианта кольца, так как  такую конструкцию не вырезать на предоставленном лазерном станке, полый квадрат, так как он тяжёлый,  тавр, из-за того что его сложно закрепит, и крест, так как он не прочный, в итоге рассматривались двутавр и корыто. Исходя из данной выше схемы можно заметить, что масса корыта такая же, как и у двутавра, но момент сопротивление плоского сечения вокруг оси Y у корыта и оси X у двутавра одинаковые, а вокруг оси X у корыта больше чем вокруг оси Y у двутавра. Но в соответствие с крепежом в платформе основное напряжение будет вокруг оси X (Рисунок 0.3, 0,4).

Рисунок 0.3

Рисунок 0.4

Решающем фактором в выборе между корытом и двутавром стало простота сборки, так как для сборки двутавра потребуется три части, а для корыта понадобилось бы больше частей.(Рисунок 0.5)

Рисунок 0.4

Для облегчения конструкции были проделаны отверстия в некоторых частях конструкции. Для укрепления конструкции были использованы стягивающие болты(Рисунок 0.6).

1: Составление примерных расчётов.

			Масса, г	Плечо1, мм	Плечо 2, мм	Плечо 3, мм	k		Момент, кг*см
a, mm	250	Груз	30,00	550	300	100	1,5	Серво 3	1,155
b, mm	200	Серво 45	24,00	500	250	50		Серво 2	6,3312
с, mm	100	Cхват	70,00	500	250	50		Серво 1	18,83295
		Серво 3	15,00	450	100
		Балка b	82,08	350	100
		Серво 2	55,00	250
		Балка a	102,60	125
		Серво 1	55,00

За эталон балок были взяты балки длинной 200 мм (балка B) и 250 мм (балка A) и шириной 40 мм. В соответствие с этими данными, а также массой серво моторов была составлена следующая таблица(Таблица 1.0)

Таблица 1.0

В этой таблице рассмотрен наихудший случай, когда балка A с балкой B образует угол 180o, балка B с платформой образует угол 90o, а балка B со схватом образует угол 180o. Балка C обозначает примерную длину схвата в зжатом состояние. Коэффициент k нужен для расчёта динамических нагрузок. Как видно из таблицы при такой конфигурации манипулятор может поднять груз массой 30 г. 

3: Разработка 3D модели и финальные расчёт.

3D модель разрабатывалась в САПР программе Creo Parametrics (Рисунок 3.0). Модель создавалась  с учётом на то, что в дальнейшем эти детали будут вырезать из плоских пластиковых листов толщиной 3 мм, шириной и высотой 300 мм и 400 мм соответственно.

Первыми были разработаны балки A и B в соответствие с  эталоном. Затем было разработано соединение балок A и B(Рисунок 2.0). Как видно из картинке 2.0 высота балки B увеличилась до []. Также для облегчения конструкции были проделаны отверстия в некоторых частях конструкции. Для укрепления конструкции были использованы стягивающие болты. Отверстие под серво мотор было сделано с допуском на вставку мотора.