Моделювання конструкції маніпулятора робота в середовищі CAD системи
Автор: Сало Богдан Михайлович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерний інжиніринг в машинобудуванні
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Дане магістерське дослідження присвячене розробці конструкції маніпулятора робота із інтеграцією на існуючу мобільну керовану платформу ILJA. Комбінація існуючого мобільної платформи та розробленої роботизованої руки дозволить створити сервісного робота. Основним його призначенням буде переміщення дрібних предметів перед корпусом маніпулятора. Особливість маніпулятора ILJA полягає в тому, що він самохідний і може обладнуватись, як магнітним так і гусеничним шасі із можливістю в обох конфігураціях маніпулятора доповнюватись роботизованою рукою. Проектована роботизована рука має забезпечувати не лише виконання маніпуляцій із об’єктами але і для керування приладдям НК (неруйнівного контролю). Тобто, коли кінцевий ефектор замінюється тримачем для цього самого аксесуару. Питання керування об’єктами в просторі за допомогою роботів-маніпуляторів є надзвичайно актуальними на сьогодні. Такий самохідний комплекс маніпулятора робота здатен забезпечити візуальний огляд просторів куди не може дістатись людина (через габаритну недопустимість чи з питань безпеки). Базова конструкція мобільної платформи ILJA не дозволяє здійснювати переміщення об’єктів, які він може виявити в таких місцях. Тому необхідно розробити конструкцію роботизованої маніпуляційної руки спеціально для мобільної платформи ILJA. В процесі проектування руки необхідно вибрати відповідні приводи, що будуть живитись від штатної мережі маніпулятора. На сьогодні існує три основних покоління роботизованих маніпуляторів. До першого покоління відносять системи функціонування яких здійснюється згідно фіксованої програми. Вони не можуть змінювати рухи залежно від подразників з навколишнього середовища. Друге покоління роботизованих маніпуляторів здатне реагувати на подразники з навколишнього середовища завдяки інтеграції в конструкцію датчиків, що картографують навколишній простір. Найдосконаліший системи третього покоління оснащені елементами штучного інтелекту, тобто можуть адаптуватись та навчатися. Об’єкт дослідження: маніпулятор робот із серводвигунами придатний до виготовлення із використанням 3D-принтера. Предмет дослідження: геометричні, кінематичні та силові параметри маніпулятора робота із серводвигунами. Метою роботи: розроблення конструкції маніпулятора робота для встановлення на мобільну платформу. В першому розділі роботи проведено огляд особливостей конструкції та функціонування трьох роботизованих маніпуляторів. Основні конструктивні елементи цих маніпуляторів надруковані на 3D принтері, а моделі є у відкритому доступі. Розроблено концептуальний дизайн маніпулятора робота в якому деталізовано варіанти конструкції окремих елементів та обґрунтовано вибір оптимальних варіантів. В другому розділі розроблено параметричну модель маніпулятора робота та обґрунтовано основні параметри для аналізу методом скінчених елементів. Розраховано крутні моменти та обрано серводвигуни для гарантованого переміщення вантажу масою 200 г. Для усіх складових конструкції (основа, плечі, ефектор) описано будову та проведено перевірку міцності деталей друк яких передбачено на 3D принтері та алюмінієвих валів. В третьому розділі приведено результати моделювання конструкції маніплуятора робота методом скінчених елементів в CAD Autodesk Inventor 2020. Результатом виконання дослідження є структурний проект маніпулятора робота для переміщення невеликих об’єктів у просторі навколо мобільної платформи ILJA. З метою оцінки отриманого проектного рішення з економічної сторони, в магістерській роботі проведено планування виконання магістерської роботи та низку відповідних розрахунків: витрат на її виконання, експлуатаційних витрат для отриманого проектного рішення, визначення ціни споживання проектного рішення. За розрахунками, термін розробки та впровадження проектного рішення складатиме 90 днів, за витрат на розробку і впровадження проектного рішення – 45209,89 грн. Дане проектне рішення можна буде використовувати 5 років. Сума річних експлуатаційних витрат на проектне рішення дорівнюватиме 38727,50 грн./рік, денна ціна споживання проектного рішення для організації-розробника складе 146,60 грн., для організації-покупця 148,72 грн. Ключові слова: маніпулятор, мобільна платформа, Autodesk Inventor, метод скінчених елементів, серводвигун, кінцевий ефектор, максимальне напруження, 3D-друк.