§ 2.1 Детали и узлы.

В разделе 1.3 рассматривалось устройство робота-пылесоса. Если его разобрать (рис. 1.3.1), то можно увидеть, что робот состоит из соединенных между собой отдельных частей. Они являются деталями либо узлами.

Деталь - это изделие, которое является частью машины или какой-либо конструкции. Изготавливается деталь из однородного по своим свойствам материала без применения при этом каких-нибудь сборочных операций.

Если несколько деталей соединяются между собой для выполнения конкретной функции машины и крепятся к ее общей конструкции в таком собранном виде, то такая совокупность деталей называется узлом.

Деталь и узел — это ключевые понятия любой механической конструкции. Поэтому отныне и далее они будут активно использоваться при объяснении принципов создания роботов.

Детали могут быть пластиковыми, металлическими, деревянными или быть сделанными из любого другого подходящего материала. Возможна различная форма и размеры, как того требует конструкция машины. Естественно, что у разных деталей обычно и разное назначение.

Присмотритесь повнимательнее к деталям, из которых состоит робот-пылесос (рисунки 1.3.1 и 1.3.2). Вы увидите, что они имеют относительно сложную форму. И форма каждой детали соответствует месту, куда она устанавливается и крепится. Когда все детали установлены на предусмотренных для них местах, получается собранное устройство - машина, которая в данном случае является роботом-пылесосом.

Указанные детали изготовлены именно для этого устройства. Из них можно собрать исключительно робот-пылесос и больше ничего. Попробуйте разобрать подобный пылесос и собрать из полученных деталей что-то другое. Например, манипулятор или другой тип мобильного робота (автоматический снегоуборщик или газонокосилку).

У вас ничего не получится!

Между тем, цель каждого, кто держит данную книгу в руках, заключается в том, чтобы научиться конструировать разные типы роботов: всевозможные варианты мобильных роботов, различные конструкции манипуляторов и комбинации мобильных шасси с манипуляционными конструкциями. Конструировать — это значит не просто придумывать теоретические конструкции, но и собирать модели роботов на практике, программировать их и настраивать.

Для достижения этой цели нужны универсальные и недорогие, но функциональные детали и узлы, из которых было бы возможно собирать все перечисленные робототехнические конструкции. То есть нужны такие комплектующие, которые можно использовать для сборки разных роботов. И при этом очень желательно, чтобы детали были достаточно прочными и позволяли собирать крепких роботов способных решать любые образовательные задачи.

Очевидно, что универсальность этих деталей обеспечивается только тогда, когда их форма и принцип соединения друг с другом позволяют собирать механизмы разных типов. Значит, форма должна быть простой, а способы соединения деталей максимально стандартизированы, т. е. приближены к тем стандартам, которые действуют в промышленности разных стран мира.

Именно эти принципы лежат в основе устройства деталей робототехнического конструктора «Эвольвектор» и тех конструкций, которые из них собираются. Они металлические. Изготовлены из листового алюминия, поэтому имеют малый вес, но при этом относительно высокую прочность и жесткость. Соединяются детали между собой с помощью металлического крепежа, который в таком же виде используется в промышленности. В деталях выполнено множество отверстий, и при их соединении винты проходят сквозь указанные отверстия, а с обратной стороны накручивается гайка. После затяжки гайки на винте образуется очень прочное соединение. Для соблюдения универсальности расстояния между центрами крепежных отверстий всегда кратны 8 мм, благодаря чему достигается совместимость деталей конструктора между собой.

И снова вспомним про робот-пылесос. Давайте проанализируем его конструкцию (обратимся снова к рисункам 1.3.1 и 1.3.2) и посмотрим, какие детали есть в конструкторе «Эвольвектор» для того, чтобы собрать модель, которая, например, повторяет принцип работы этого пылесоса.

1. У робота-пылесоса сверху и снизу большие плоские поверхности. Действительно, какого бы робота вы не собирали, у вас обязательно будут плоские элементы конструкции. Разумеется, для этого понадобятся различные плоские детали. К таким деталям относятся пластины. Они являются самыми простыми деталями и чаще всего используются при создании конструкций. В конструкторе «Эвольвектор» представлен очень широкий перечень пластин: от узких до широких, от малых до больших. В их обозначениях содержится информация о размерах. Она выражается в количестве отверстий по двум направлением. Примеры деталей такого типа и их обозначения приведены на рисунке 2.1.1.

 

Пластина 1х4	Пластина 3х3	Пластина 3х7	Пластина 7х9
Рис. 2.1.1. Примеры пластин с их обозначением

 

2. Робот-пылесос имеет цилиндрическую форму. Плоские верхняя и нижняя части соединены между собой круглой боковиной. И боковая часть перпендикулярна плоским. Получается, что для сборки такой конструкции необходимы детали, которые позволяют перейти от горизонтальной поверхности к вертикальной и наоборот. Проще говоря, нужны согнутые детали. Они должны быть согнуты специальным образом на прессе. Чаще всего разные части у таких деталей согнуты под углом 90 градусов. Это могут быть как уголки, так и рамы в виде буквы «П». На рисунке 2.1.2 показаны примеры деталей такого типа.

 

Уголок 1х1	Уголок 3х3	Балка 1х7	П-образный корпус мини
Рис. 2.1.2. Примеры деталей, изготовленных с помощью гибки

 

3. На рисунке 1.3.2 хорошо видны (и обозначены) моторы, которые прикреплены к корпусу робота. Для того чтобы сделать то же самое при сборке модели робота из конструктора, необходимы специальные детали. Они называются кронштейнами. Функция кронштейна — соединение узлов машины с ее корпусом, другими узлами или другими деталями. В конструкторе доступны кронштейны для крепления приводов разных типов, а также поворотные кронштейны для соединения узлов подвижных друг относительно друга (рис. 2.1.3).

 

Кронштейн для крепления мотор-редукторов с цилиндрическим редуктором	Кронштейн для крепления мотор-редукторов с червячным редуктором	Кронштейн для крепления стандартного серводвигателя	Поворотный кронштейн
Рис. 2.1.3. Образцы кронштейнов, с помощью которых к роботу крепятся приводы и подвижные узлы

 

4. Моторы в роботе-пылесосе прикручены к корпусу не просто так. Каждый мотор что-то вращает. Это может быть колесо, щетка или вентилятор всасывающего насоса. Все эти элементы или механизмы необходимо как-то крепить к валам мотор-редукторов. Для этого существуют вспомогательные детали, относящиеся к деталям вращения (показаны на рисунке 2.1.4). То есть они предназначены для вращения вокруг своей оси. При выполнении последующих практических заданий вы сможете убедиться в их незаменимости при креплении к приводам поворотных механизмов.

 

Ступица для вала серводвигателя	Ступица для вала мотор-редуктора	Муфта для установки колеса на вал мотор-редуктора
Рис. 2.1.4. Детали вращения для крепления приводимых деталей и узлов к приводам

 

5. Когда две детали соприкасаются и двигаются относительно друг друга, между ними всегда существует трение. Оно приводит к ускоренному износу деталей в месте соприкосновения, а также затрудняет движение. Приходится тратить дополнительную энергию. Для решения этой проблемы в промышленности давно придуман такой узел, как подшипник. О том, как он устроен и как работает, будет рассказано позже. Ну а пока на рисунке 2.1.5 приведены примеры подшипников качения для получения представления о том, как внешне выглядят эти устройства.

 

Радиально-упорный подшипник качения с фланцем 4х9х4	Упорный подшипник качения с фланцем 35х52х12
Рис. 2.1.5. Примеры подшипников качения, уменьшающих сопротивление при создании подвижных соединений деталей

 

6. Робот-пылесос движется сам и у него также находятся в движении механизмы, которые двигаются электромоторами. В дальнейших проектах учебного курса вы узнаете, что очень часто необходимо передавать движение от двигателя к деталям, расположенным в разных местах. И почти всегда требуется преобразовывать движение из быстрого в медленное или наоборот. В этих случаях на помощь приходят механические передачи. Конкретно у рассматриваемого робота-пылесоса передачи присутствуют в редукторах, через которые движение передается от моторов к колесам.

На рисунке 2.1.6 показаны детали конструктора с элементами зубчатой передачи, а также звездочка для передачи движения от мотор-редуктора к гусенице.

 

Зубчатые рычаги	Звездочка для привода гусеницы
Рис. 2.1.6. Элементы механических передач

 

7. В процессе рассмотрения робота-пылесоса мы постоянно говорим о движении и о моторах, которые создают это движение. На самом деле узлы, двигающие детали и узлы робота, правильнее называть приводами. Термин «привод» произошел от слова «приводить», приводить в движение. Понятие «привод» является гораздо более широким, чем просто электродвигатель или электромотор. Привод — это устройство для приведения в движение механизмов с заданными параметрами движения. То есть привод обеспечивает нужные скорость, направление и характер движения. На рисунке 2.1.7 показаны примеры приводов в виде мотор-редукторов и сервоприводов, которые будут использоваться для сборки роботов из деталей и узлов конструктора.

 

Мотор-редуктор М20-Р80	Мотор редуктор М25-Р180ЭН	Мотор-редуктор М25-РЧ24ЭН	Сервопривод 14кг*с
Рис. 2.1.7. Примеры различных типов приводов

8. У любого робота есть приводы и есть детали, которые эти приводы приводят в движение. Выше указаны примеры вспомогательных деталей и деталей механических передач, которые соединяются непосредственно с приводами. Однако всегда в исполнительных механизмах есть детали или целые узлы, которые стоят последними в цепочке движущихся элементов роботов. Их можно назвать приводными или приводимыми деталями (узлами, если это узел), т. е. элементами, которые приводятся в конечном итоге в движение и совершают основную работу робота. У робота-пылесоса такими приводными элементами являются колеса, щетки, рабочий вентилятор всасывающего насоса. А в конструкторе это могут быть те же колеса, гусеницы или узлы, собранные из стандартных деталей конструктора (рис. 2.1.8).

 

Колесо диаметром 65 мм	Колесо диаметром 130 мм	Гусеницы
Рис. 2.1.8. Примеры приводных деталей и узлов, которые приводятся в движение электроприводами

 

9. Робот-пылесос оснащен специальным бампером, который соединен с датчиками касания. Бампер имеет небольшой рабочий ход. Если по каким-то причинам оптические датчики не распознали препятствие, то робот упирается в него бампером. Бампер в свою очередь нажимает на встроенные датчики и система управления робота получает информацию о том, что дальше двигаться нельзя. Робот отъезжает назад, а установленная внутри пружина возвращает бампер в первоначальное положение. Пружина относится к классу деталей, которые можно назвать упругие элементы. К данному типу относятся детали, которые могут упруго деформироваться. Это всевозможные резиновые кольца и пружины (рис. 2.1.9).

 

Пружина	Резиновое кольцо 004-008-25
Рис. 2.1.9. Упругие элементы способные упруго сжиматься под давлением и принимать первоначальную форму без нагрузки

 

10. Процесс разборки робота-пылесоса начинается с того, что необходимо выкрутить винты, скрепляющие корпус с крышкой и бампер с корпусом. Винт — это деталь, которая является ярким представителем класса крепежных элементов или, проще говоря, крепежа. Помимо винтов в эту категорию деталей входят гайки, шайбы и втулки. Крепеж — это важнейшая часть конструкции робота, поскольку именно с помощью него выполняются все виды соединений деталей и обеспечивается сборка всей конструкции робота.

 

Винт	Гайка	Шайба	Втулка
Рис. 2.1.10. Образцы крепежных изделий, с помощью которых соединяются между собой детали конструкции робота

 

 

Написать отзыв

Ваше Имя:


Ваш отзыв: Внимание: HTML не поддерживается! Используйте обычный текст.

Оценка: Плохо           Хорошо

Введите код, указанный на картинке: