Разработка и создание робота высокой проходимости с управляемой балансирной подвеской

Поделиться:
Разработка и создание робота высокой проходимости с управляемой балансирной подвеской



Введение
В настоящее время мобильная робототехника всё чаще работает в outdoor условиях, где высокая проходимость является основополагающим для успешного выполнения поставленной задачи. Наземные робототехнические платформы имеют самые различные конструкции, каждой из которых присущи свои достоинства и недостатки.
Анализ аналогов
Проанализировав конструкции роботов outdoor-типа, было выявлено, что все виды конструкций роботов имеют существенные недостатки. Гусеничные платформы, имеют низкую скорость, а также плохое сцепление на скользкой поверхности. Шагающие платформы сложны, медлительны и неустойчивы.
Колесные роботы лишены этих недостатков, однако их проходимость определяется гибкостью и правильной работой подвески. На сложном рельефе, с перепадами высот, хорошо показала себя колёсная платформа 6x6 с так называемой “балансирной подвеской”. Однако было замечено что данная конструкция подвески снижает маневренность робота, т.к. при поворотах и резком изменении скорости балансиры приходят в движение под действием высокого крутящего момента одного из колес, вследствие этого, противоположное колесо балансира отрывается от земли, что очень негативно сказывается на мобильности и управляемости платформы.
Разработка
За основу робота была взята полноприводная шестиколёсная платформа с передней подвеской балансирного типа. Компенсацию паразитного крутящего момента балансира будет осуществлять сервопривод (рис. 1), связанный с балансиром посредством тяг. Сервопривод будет фиксировать балансир в нужном положении, тем самым все колёса будут иметь сцепление с поверхностью и маневренность платформы не будет уступать аналогичным конструкциям формулы 6x6.

Рис. 1. Модель передней подвескиВ программе Autodesk Inventor была смоделирована конструкция робота на основе которой построена платформа (рис.2).
Робот имеет модульную конструкцию. В качестве рамы выступили два алюминиевых профиля 10х20 мм, соединённых шпилькой М10, выступающей в роли оси балансира. К раме посредством болтового соединения крепится защитный каркас, задняя независимая подвеска, манипулятор и прочее. Балансир крепится к оси с помощью двух шарика-подшипников.

Рис. 2. Модель роботаБалансиры выполнены из двухмиллиметрового алюминия повышенной твердости, а фиксаторы двигателей и подшипников целиком напечатаны на 3D принтере.
Рычаг задней независимой подвески также изготовлен с использованием 3D печати. Демпфирование неровностей обеспечивается колесами с высоким профилем и сдвоенными масляными амортизаторами, расположенными горизонтально, для экономии пространства.
Каркас защищающий электронику выполнен из композитных материалов, с преобладанием легкого и прочного стеклопластика. Пластиковые элементы каркаса были разработаны в программе Autodesk Inventor с учетом моделирования различных ударных нагрузок (рис. 3 и 4).

Рис. 3. Моделирование горизонтального удара

Рис. 4. Моделирование распределённой вертикальной нагрузкиДля увеличения функциональности роботизированной платформы, был установлен манипулятор, позволяющий производить захват различных предметов. Клешни приводятся в движение мотором-редуктором. Вертикальное вращение манипулятора осуществляется посредством сервопривода.

Рис. 5. Демонстрация возможностей манипулятораПрактика
Испытания показали, что возможность изменять геометрию платформы даёт большое преимущество на сложном рельефе, а жесткая фиксация балансиров в разы увеличивает маневренность робота на ровных поверхностях. Преодолеть ров без системы управление подвеской не представляется возможным. Фиксируя балансир в среднем положении, робот способен преодолеть ров шириной 15 сантиметров, при диаметре колес 10 см.

Рис. 6. Преодоление “рва” с отключённой системой управления подвеской

Рис. 7. Преодоление “рва” с системой управления подвескойБуду рад ответить на ваши вопросы.
Источник: 3dtoday.ru
2018 3dtrands.ru - самые последние тренды в 3D мире.