2.6 Исследование движения робота

Рассмотрим реализацию роботом одного прыжка под углом 45⁰ к горизонту при линии действия силы F₁₂, проходящей через центр масс объекта, м. По временным зависимостям рис. 8 – 12 можно выделить пять этапов движения объекта: 1,4 – поворот относительно неподвижной точки А, 2 – плоскопараллельное движение с отрывом корпуса от поверхности под действием силы F₁₂, 3 – полет, 5 – статическое положение с двумя точками опоры. Первые два этапа происходят во время фазы разгона, третий соответствует фазе полета, четвертый и пятый – фазе приземления.

Рис. 8. Графики перемещений вдоль оси Ох: – С, – А₁, – А₂, – А₃, – А₄

Рис. 9. Графики перемещений вдоль оси Оу: – С, – А₁, – А₂, – А₃, – А₄

Рис. 10. Графики угловых перемещения и скорости

Рис. 11. Графики нормальных реакций в опорных точках корпуса:

– А₁, – А₂, – А₃, – А₄

Рис. 12. Траектории движения точек робота:

– С, – А₁, – А₂, – А₃, – А₄

Привести графики для разных длин ноги и для разных значений силы

Для проектирования конструкции робота будем использовать результаты численного моделирования.

Длина полностью выдвинутой ноги – 0,15 м,

Сила, необходимая для реализации прыжка на высоту не менее 0,8 м, – 500 Н.

3 Расчетно-конструкторский раздел

Требуется разработать конструкцию ноги двуногого прыгающего робота, выполнить расчет приводов, обеспечивающих поворот звеньев ноги друг относительно друга и ноги относительно корпуса, а также привода линейного перемещения ноги.

3.1 Энергетический расчёт электроприводов

В соответствии с разрабатываемой конструкцией ноги прыгающего робота, описанной в п. 2.1, проведем расчет приводов, обеспечивающих ее позиционирование.

Энергетический расчет является важной частью процесса проектирования и направлен на рациональный выбор двигателя и преобразователя движения, которые обеспечивают заднные законы движения его выходного звена [2].

Чтобы узнать крутящий момент на валу электроприводов, необходимо рассчитать моменты инерции относительно осей их вращения.

3.1.1 Расчет электропривода поворота ноги относительно ступни

Схема для расчета привода, обеспечивающего поворот звеньев нога-стопа, показана на рисунке 3.1. Расчет будем проводить, исходя из того, что угловая скорость вращения звеньев друг относительно друга должна быть равной 45 град/с.

Рис. 5 Расчетная схема для выбора привода поворота ноги относительно ступни

Момент инерции для вала:

, где

m_Н – масса ноги, кг;

L_Н – длина ноги, м.

Запишем выражение для определения выходного момента и подставим численные значения, получим:

где - угловое ускорение, рад/с².

Отсюда найдем момент на валу двигателя:

Из полученных данных найдем выходную мощность привода:

Рассчитаем необходимую мощность двигателя:

Исходя из рассчитанной мощности, выберем электродвигатель RE 6 фирмы Maxon, мощность которого составляет 0,3 Вт.

Рис. 6 Двигатель фирмы Maxon

Рис. 7 Технические характеристики двигателя

Для подбора редуктора к данному двигателю нам необходимо перевести скорость двигателя в рад/с: рад/с.

Рассчитаем передаточное отношение редуктора:

Из каталога был выбран редуктор планетарный редуктор GP 6 A, который совместим с двигателем, что обеспечивает простую сборку привода.

Рис. 8 Размеры редуктора

Рис. 9 Характеристики редуктора

Проверим выходной момент и угловую скорость полученного привода:

Данное значение полностью удовлетворяет требуемому.