4 Описание манипулятора верхней конечности InMoove

В качестве макета для апробации алгоритма была выбрана правая рука робота InMoov[4].

Устройство внешним видом напоминает руку человека от локтевого сустава до пальцев. Технологически макет разделен на несколько частей: запястье, ладонь, предплечье. Макет приводится в движение с помощью 6 сервоприводов, 5 из которых допускают поворот на 90 градусов, последний на 180 градусов. Передача движения осуществляется с помощью плетеной лески – каждый палец соединен петлей с сервомотором, по специальным каналам внутри макета. Поворот двигателя сгибает или разгибает палец. Отклонение большого пальца происходит вручную, поскольку поворотный мотор для большого пальца входит в продолжение конструкции робота. Вращение запястья происходит благодаря конструкции и расположенному в ней сервомотору.

Таким образом, полученный макет удовлетворяет требованиям биомеханической модели руки. Благодаря сопряжению краев изделия достигается контроль допустимых углов в суставах.

4.1 Модель предплечья

Состав набора для предплечья приведен в таблице А.1 приложения А.

Для сборки требуется соединить основания попарно с помощью ацетона (поскольку для данной разработки выбран ABSпластик). После установить держатель сервоприводов на основание, укомплектовать держатель сервоприводами, установить натяжитель и локтевую насадку.

4.2 Модель запястья

Состав набора для запястья представлен в таблице А.2 приложение А.

Статор крепится к основанию предплечья с помощью клея. В статоре устанавливается сервомотор с лескодержателем и малой шестерней. Большая шестерня собирается вместе с ротором. Шестерни печатаются отдельно самого высокого качества, на которое способен принтер. Шарнир крепится к большой шестерне.

4.3 Модель ладони

Состав набора для ладони представлен в таблице А.3 приложение А.

Каждый из пальцев собранный отдельно представляет собой многосуставное тело с 3 степенями свободы. Сборка представляет собой аналог ладони человека с противостоящим большим пальцем. В процессе сборки в специальные отверстия продевается леска, обеспечивающая контроль за движением пальцев. Ладонь разделена на части для обеспечения более крепкого хвата сферических объектов (по аналогии с человеческой рукой).

Таким образом, в собранном виде рука представляет подходящий макет для тестирования благодаря наличию необходимых степеней свободы, соблюдения пропорций, и механической ременной передачи (по сути сухожилия у человека), что позволяет сконцентрировать вес руки в области предплечья.

4.4 Платформа для тестирования

В рамках проекта на лабораторном 3D– принтере была распечатана платформа для тестирования ременной передачи пальца. Платформа состоит из сервопривода, указательного пальца из ладони, ремня (лески), платыArduinoUNOи платформы для крепления частей друг к другу.

Состав набора для печати платформы представлен в таблице А.3 приложение А.

Для движения была составлена простая программа средствами Arduino. Поскольку большая часть деталей модели была распечатана на 3Dпринтере, далее будут рассмотрены модели 3Dпринтеров и особенности печатного материала.

5 Технология и материал печати

5.1 Моделирование методом послойного наплавления

Моделирование методом послойного наплавления (англ. Fuseddepositionmodeling (FDM))[5] – технология аддитивного производства, широко используемая при создании трехмерных моделей, при прототипировании и в промышленном производстве.

Технология FDM была разработана С. Скоттом Трампом в конце 1980-х и вышла на коммерческий рынок в 1990 году.

Технология FDM подразумевает создание трехмерных объектов за счет нанесения последовательных слоев материала, повторяющих контуры цифровой модели. Как правило, в качестве материалов для печати выступают термопластики, поставляемые в виде катушек нитей или прутков.

Технология FDM является одним из наименее дорогих методов печати, что обеспечивает растущую популярность бытовых принтеров, основанных на этой технологии. 3D-принтеры, работающие по технологии FDM, могут применяться для создания самых разных объектов целевого назначения, деталей, украшений и сувениров.

5.2 Материалы для печати и технические характеристики

Используя технологию FDM– печати, применяются следующие материалы [6] для печати:

• акрилонитрилбутадиенстирол (АБС);

• полилактид (ПЛА);

• нейлон;

• гибкий пластик;

• поликарбонат.

Самыми распространёнными являются АБС [7] и ПЛА [8] пластики, в виду их низкой стоимости и доступности.

Принтер имеет возможность печатать как АБС, так и ПЛА пластиком, другие пластики не рассматривались в виду их дороговизны и труднодоступности. В случае АБС пластика необходим нагрев рабочего стола до 110 градусов Цельсия. В таблице Б.1 (Приложение Б) приведены различные технические характеристики пластиков, которыми печатает 3D- принтер.