Mehanicka Konstrukcija Robota R2D2 Za EUROBOT 2010

8/7/2019 Mehanicka Konstrukcija Robota R2D2 Za EUROBOT 2010

1/34

FTN Novi Sad, avgust 2010. godine

ZAVR NI BACHELOR RADKonstrukcija mehani kog dela robota prema zadatku EUROBOT

2010 u okviru ekipe R2D2

S r hatronika

Studijski smer: Mehatronika

Usmerenje: Mehatronika, robotika i automatizacija

Student: Sr an Savi H267

Mentor: Prof. dr Branislav Borovac


2/34

1

Sadr aj;

1. Uvod......................................................................................................................2.

2. Pravila takmi enja.................................................................................................3.

3. Strategije................................................................................................................4.

4. Prikaz i pore enje razmatranih konceptualnih re enja.......................................... 7.

5. Mehani ka konstrukcija robota............................................................... ...............9.

5.1 Odre ivanje strukture robota.............................................. ......................... ..9.

5.2 Ku i te robota..............................................................................................1 0.

5.3 Modul za kretanje robota.............................................................................1 2.

5.4 Modul za skupljanje narand i-vile............................. .................................. 19.

5.5 Modul za skupljanje kukuruza................................................ .....................20.5.6 Modul za ar iranje i istovar kukuruza.................................... .....................27.

6. Rezime ostvarenih ciljeva i zaklju ak................................ ............................... ...32.


3/34

2

1. Uvod

Tema ovog bachelor rada je mehani ka konstrukcija robota koji je je projektovao timR2D2 za takmi enje u robotici EUROBOT 2010. EUROBOT je amatersko takmi enje u

robotici, osnovano 1998. godine sa ciljem da pobudi interesovanje ire javnosti za robotikukao i da podstakne prakti nu primenu ste enih teorijskih znanja, razmenu ideja i dru enjeme u mladim ljudima.

Tema ovogodi njeg takmi enja pod nazivom ,, Feed the world (nahrani svet),naglasila je izrazitu humanisti ku dimenziju ovog jedinstvenog doga aja, i na pravi na in poslala poruku iroj javnosti da spoj mladosti, kreativnosti i znanja koje ovo takmi enjezahteva i podsti e, mo e u zna ajnoj meri doprineti re avanju ozbiljnih globalnih problema.

U ovom radu je opisana mehani ka struktura robota uz detaljan opis svih modula odkoje se ona sastoji. Dat je prikaz mogu ih tehni kih re enja koja su razmatrana u toku projektovanja i izrade uz navedene prednosti i mane usvojenih re enja. Tako e je dat i kratak opis pravila i zadatka samog takmi enja, uz osvrt na izbor strategije kao jednog od klju nihelemenata uspeha. Na kraju se nalazi i kratak prikaz eljenih i ostvarenih ciljeva, kao i predlog mogu ih pobolj anja mehani ke konstrukcije.


4/34

3

2 . Pravila takmi enja

Z adatak takmi enja EUROBOT za 2010. godinu nosi naziv Feed the world , isimboli na ideja je da roboti sakupljaju hranu, vo e, povr e i itarice, prave skladi ta sa

rezervama i obezbede distribuciju hrane do onih najugro enijih kojima je ona potrebna.Konkretno na takmi arskom stolu su raspore ene tri vrste predmeta, plasti ni cilindri crne i bele boje, narand aste i crvene lopte. Ovi objekti simbolizuju klipove kukuruza, narand e i paradajz. Cilj takmi enja je da svaki robot u roku od 90 sekundi, koliko traje me , sakupi tovi e ovih objekata i istovari ih u svoj kontejner . Svaki predmet nosi odre en broj poena,zavisno od toga koliko ga je te ko pokupiti:

- narand aste lopte 300 poena ( predstavljaju narand e ),- beli klipovi 250 poena ( predstavljaju kukuruz )- crvene lopte 150 poena ( predstavljaju paradajz ).

U o kovima stola, sa zadnje strane, nalaze se dve startne zone, za plavi i uti tim.

Kontejneri za istovar sakupljenih elemenata nalaze se sa prednje strane stola, dijagonalno odstartne pozicije. Narand aste lopte se nalaze na izdignutoj platformi na zadnjoj strani stola i postavljene su na plasti ne cevi razli itih visina koje simbolizuju drve e. Da bi robot pri aonarand ama mora da se popne na kosu ravan i savlada nagib od pribli no 15.

Dodatna, ote avaju a okolnost je to se na stolu nalaze crni cilindri, koji su u rafljeniu sto i koje nije mogu e pokupiti, koji usled velikog broja elemenata za igru i njihovoggustog rasporeda znatno ote avaju kretanje robota i su avaju prostor za manevrisanje. Nas lici 2 .1 prikazan je izgled takmi arskog stola sa ozna enim delovima i jednom od mogu ihkombinacija rasporeda elemenata za igru.

Slika 2.1 Izg led t akmi arsko g st ola


5/34

4

Raspored belih i crnih klipova nije unapred poznat i pre svakog me a se izvla i jednaod mnogobrojnih kombinacija sa kartica. Kao i svake godine za lokalizaciju robota na stolu (odre ivanje njegove pozicije i orijentacije ), kao i odre ivanje pozicije protivni kog robota,dozvoljeno je koristiti bikone.

Tako e takmi arski timovi moraju da ispo tuju sva propisana pravila i ograni enjakoja se odnose na obim i visinu robota, dozvoljene energetske izvore za napajanje, kori enjevakuumskih, laserskih i dr. sistema, fer-plej stategiju Pravila propisuju da robot u startnoj poziciji ne sme imati ve i obim od 1200 mm, dok u toku me a maksimalani obim robota sasvim izvu enim alatima i aktuatorima ni u jednom trenutku ne sme pre i 1400 mm. Visina jeograni ena na 350 mm, kako robot ne bi ometao komunikaciju svog protivnika sa bikonima.

Robot mora biti potpuno autonoman, i ne sme postojati nikakav vid daljinskogupravljanja ili bilo kakvog oblika komunikacije izme u robota i nekog spolja njeg ure aja poput kompjutera ili daljinskog upravlja a. Tako e svaki robot mora da poseduje sistem za prepoznavanje i izbegavanje prepreka kako bi se izbeglo o te enje takmi arskog stola,elemenata za igru i to je najva nije protivni kog robota.

3 . Strategije

Strategija je, pored dobro osmi ljenog mehanizma i pouzdane elektronike, jedan odklju nih faktora i preduslova za pobedu. Strategija tako e mora biti u skladu sa pravilima fer- pleja, tj. ne sme se koristiti strategija za namerno ometanje rada protivni kog robota. Prilikomrazvoja strategije za ovogodi nji zadatak prvobitno smo uzeli u razmatranje koje emo sveelemente sakupljati. Po to je zbog razli itog oblika elemenata za igru i specifi nog pristupanarand ama koje su izdignute na kosoj ravni bilo prli no te ko osmisliti jedan univerzalniaktuator koji bi mogao da skuplja sve elemente, odlu ili smo da odustanemo od skupljanja paradajza koji ina e nosi najmanje poena. Dodatni razlog za ovakvu odluku je bio i taj to suelementi prili no velikih dimenzija i smatrali smo da bi nam paradajz bespotrebno zauzeoveliki prostor za ar iranje u robotu gde bismo mogli smestiti druge elemente koji nose vi e poena, narand e i kukuruz.

Ograni avaju i faktor , koji u znatnoj meri uti e na brzinu kretanja robota, je vremekoje je potrebno senzorima da detektuju predmete a koje je kona no i nije zanemarljivo, kao iodziv i brzina rada mehani kih sklopova ije su vremenske konstante mnogo ve e odelektri nih.

Z bog velikog broja elemenata raspore enih po stolu, kao i postojanja fiksiranih

klipova, kretanje robota je bilo znatno ote ano, prostor za manevrisanje i izbegavanje protivni kog robota ograni en i su en, i postoji realna mogu nost zaglavljivanja robota nastolu. Po to nismo bili u mogu nosti da koristimo odometriju ili triangulaciju sa laserskimdaljinomerom kao najpouzdanije metode za odre ivanje i pra enje pozicije robota na stolu,ve smo se kretali na taj na in to smo pratili pre eni put broje i inkremente sa enkodera na pogonskim motorima, ta nost ostvarivanja na e eljene putanje nam je u velikoj meri zavisilaod kvaliteta povr ine stola, proklizavanja pogonskih to kova, obima i koeficijenta trenjagume na to kovima koji se menjaju njenim tro enjem i mnogo drugih detalja.


6/34

5

Najozbiljniji problem predstavlja eventualni sudar sa protivni kim robotom, to je potpuno realna situacija u me u, nakon ega je mogu e da se u potpunosti poremeti i izgubi

eljena pozicija i orijentacija robota pri emu bi se na robot do kraja me a kretao van eljenetrajektorije.

Po to smo prou avanjem strategije protivni kih timova ustanovili da se ve ina njih

bazira na sakupljanju narand i kao najvrednijih elemenata i da se njihovi roboti uglavnomdva puta penju na kosu ravan pri emu gube i vreme potrebno za silazak, okretanje i poravnavanje, odlu ili smo da se na robot samo jedanput popne, uhvati tri narand e koliko je predvi eno na im mehanizmom, a zatim iskoristi vremensku prednost da prodje sredi testola, gde je najve a mogu nost za sudar sa protivni kim robotom. Nas lici 3 .1 prikazana jena a primarna putanja koju smo odabrali za kretanje robota.

Slika 3.1 Put anja kre t anja na e g robo t a

Cilj pri izboru putanje nam je bio da u jednom prolazu pokupimo to vi e elemenata a

da pri tome to kra im putem i to br e stignemo do na eg kontejnera za istovar. eleli smoda na taj na in obezbedimo makar jedan siguran istovar i izbegnemo sudar koji bi nasskrenuo sa putanje.Z bog konstrukcije robota koja ograni ava broj pokupljenih belih klipovana etiri, birali smo putanju na kojoj se od svih mogu ih kombinacija procentualno najvi e puta mo e na i etiri ili vi e belih klipova. Od est klipova koji se nalaze na na oj putanji kakontejneru u bilo kojoj mogu oj kombinaciji ima najmanje dva a najvi e pet belih.

Sa slike se vidi da robot prvo ide na kosu ravan da pokupi 3 narand e, zatim se kre edijagonalom do korpe kupe i sve bele klipove usput i guraju i paradajzeve na koje nai e.


7/34

6

Kada stigne do korpe istovara sakupljene klipove i narand e, a zatim prelazi na paralelnudijagonalu i vra a se utom putanjom po jo jedan ili dva klipa, zavisno od vremena koje je proteklo do trenutka zavr etka prvog istovara. Kao to je ve re eno zbog vremena kaoograni avaju eg faktora na robot ne mo e da stigne da pre e du u putanju. Morali smo daostavimo odre eni vremenski interval kao toleranciju za nepredvi ene situacije, kao to je

izbegavanje protivni kog robota. Ukoliko nai e na protivnika robot eka odre eno vreme iukoliko se protivnik ne pomeri robot se vra a na alternativnu putanju na kojoj gubi veliki broj poena ali sti e do korpe. Alternativna putanja je putanja pored kose ravni do kraja stola azatim robot skre e ka korpi i ide pravo do nje da izvr i istovar. Putanje koje su uzete u obzir ali nisu prihva ene zbog sporosti ili malog broja predmeta koji mogu da se skupe su prikazane nas lici3 . 2 .

Slika 3.2 R a zma t rane put anje kre t anja robo t a

Na s lici 3 . 2 su prikazane sve putanje uzete u obzir, i po etak svake putanje je isti.Razilaze se tek kod prvog klipa na koji robot nai e. Belom bojom je prikazana alternativna putanja kojom se izbegavaju sve prepreke i ide se direktno do korpe ( na isti na in se robotkre e i sa suprotne strane ).

Pored pra enja putanje programirane su i brojne za tite jer se nismo mogli osloniti nato da e se elementi uvek nalaziti na predvi enoim pozicijama. Najve a mana robota je ta toga veoma nasilan sudar mo e poremetiti, ime robot gubi koordinaciju.


8/34

7

4 . Prikaz i pore enje razmatranih konceptualnih re enja

U po etnoj fazi projektovanja pri definisanju op teg koncepta na eg robota razmatralismo koji bi tip pogona i koju vrstu to kova bilo najbolje koristiti. Pri tome smo uzeli u obzir diferencijalni pogon, gusenice, Akermanovo upravljanje i omnidirekcione to kove. Gusenice bi imale glavnu prednost pri penjanju na stmu ravan.Z bog njihove velike kontaktne povr inedodir i trenje sa podlogom bi bili obezbe eni u svakom trenutku i ne bi moglo da se desi dado e do odvajanja jednog pogonskog to ka od podloge kao kod diferencijalnog pogona. Sadruge strane okretnost i sposobnost manevrisanja su malo lo ije nego kod diferencijalnog pogona. Omnidirekcioni to kovi pru aju najve u slobodu kretanja, omogu avaju kretanje usvim pravcima i generisanje komplikovanih putanja. Njihova mana je komplikovan dizajn,velika slo enost pri izradi i visoka cena. Akermanovo upravljanje je standardno upravljanjekoje se koristi kod automobila. Jedan motor je pogonski, on je montiran na zadnju osovinu sadva paralelna to ka koja se ne zakre u. Drugi motor se nalazi na prednjoj osovini i slu i za

zakretanje prednjih to kova. Na ovaj na in su linearna i ugaona brzina potpuno razdvojena,to olak ava upravljanje. Mana je to okretanje ne mo e da se izvr i u mestu, ve zahteva

izvesni radijus, i to pri skretanju dolazi do proklizavanja zadnjih pogonskih to kova. Mi smose odlu ili za diferencijalni pogon ija je mehanika najjednostavnija i sastoji se od dvanezavisno pogonjena paralelna to ka. Skretanje se vr i jednostavno zadavanjem razli itih brzina pogonskim motorima.Z avisno od polo aja pogonskih to kova mogu e je posti iokretanje u mestu oko sopstvene ose, a sposobnost manevrisanja je sasvim zadovoljavaju aza uslove na eg zadatka.

Prilikom projektovanja mehanizma za skupljanje narand i uzeli smo u razmatranje ikori enje vakuum sisaljki. Glavni problem je predstavljala velika masa narand i koje sute ile 300 g, i potreba za preciznim pozicioniranjem sisaljke iznad lopte. Jedna ideja je bilakori enje vakuum pumpi ili vakuum generatora, a druga ideja je bila da napravimo duplezidove robota to bi slu ilo kao izvesni rezervoar vakuuma. Problem je bio to nismo imaliovu opremu na raspolaganju kako bismo eksperimentalno utvrdili funkcionalnost ove ideje,tako da smo zbog visoke cene ovog sistema odustali od ove zamisli. Po to smo odabralitakozvanu ,, P konfiguraciju robota, odnosno robot je bio upalj po sredini, svesno smo

rtvovali deo zapremine robota zarad mogu nosti da se kre emo preko klipova kukuruza. Iztog razloga odustali smo od ideje da skladi timo narand e u robotu, ve smo se odlu ili zamehanizam nalik na vile koji bi dr ao narand e pritisnute sa spoljne strane robota.Z bogodabrane konfiguracije izgubili smo i mogu nost da napravimo gravitacioni magacin za

klipove, to bi znatno olak alo njihov istovar i smanjilo broj kori enih motora.Po to je u vreme projektovanja na eg mehanizma za skupljanje kukuruza va ilo

pravilo da klipovi ne e mo i da se obore, bilo je neophodno napraviti aktuator koji e biti ustanju da uhvati klip i izdigne ga upravno na sto. Upotrebu vakuuma smo eliminisali iz venavedenih razloga i odlu ili smo se za izradu mehanizma koji su tinski podse a na dekartovukonfiguraciju robota, samo sa mogu no u kretanja po dve a ne tri ose.


9/34

8

Slika 4.1 CAD model robo t a na kosoj ravni


10/34

9

5 . Mehani ka kons trukcija robota

5.1 O dre ivanje st r uk ture robo t a Z bog same slo enosti ovogodi njeg zadatka i konstrukcija robota je naravno slo ena.

Moralo se voditi ra una o mogu nosti robota da se popne na kosu ravan, o projektovanju posebnih mehanizama za kupljenje narand i, kukuruza i paradajza, kao i njihovomskladi tenju i istovaru.

U po etnoj fazi projektovanja u programskom paketuSolidWorks 2008 nacrtali smokompletan 3D model robota sa svim radioni kim crte ima, to je i prikazano nas lici5 .1 . Ovonam je bilo od velike koristi da pravovremeno otklonimo brojne gre ke i da steknemo pravu prostornu sliku o stvarnim dimenzijama robota, kao i o mogu nosti implementacije na ihzami ljenih mehanizama.

Trudili smo se da strukturu robota podelimo na module, nezavisne funkcionalneceline, koje bi se odvojeno projektovale i izra ivale a zatim sklopile u celinu. Celokupnumehani ku konstrukciju robota podelili smo na etiri modula:

- modul za kretanje- modul za skupljanje narand i- modul za skupljanje kukuruza- modul za skladi tenje i istovar kukuruza

Slika 5.1 CAD model robo t a i zra en u SolidWorks 2008 p ro g ramskom pake tu


11/34

10

5.2 Ku i t e robo t a

Prilikom projektovanja i izrade ku i ta robota, kao njegove nose e konstrukcije,vodili smo se idejom da ono trba da bude to manje mase, kako ne bi bespotrebnooptere ivali pogonske motore, i kako bi smanjili inerciju robota prilikom starta i ko enja.Brzo i precizno zaustavljanje nam je bilo od posebnog zna aja zbog ta nog pozicioniranjaiznad klipova kukuruza.

Sa druge strane bilo je neophodno da ku i te bude dovoljno vrsto, kako vremenomne bi do lo do njegovog uvijanja i deformacije robota, to bi poremetilo saosnost osovina i pogor alo ili ak onemogu ilo rad pojedinih mehanizama. Materijal ku i ta tako e nije smeo biti krt, zbog estih sudara sa protivni kim robotima ija masa esto dosti e i do 15-ak kg.

Iz navedenih razloga odlu ili smo se za ku i te od aluminijumskih L profila, koji suspajani argonskim zavarivanjem, ime smo dobili vrstu konstrukciju relativno male mase.Opisana konstrukcija prikazana je nas lici5 .2 .

Slika 5.2 Ku i t e robo t a


12/34

11

Ku i te robota je dosta slo eno i sastoji se od skoro 40 aluminijumskih L profila, to je u mnogome zakomplikovalo njegovu izradu. Glavne pote ko e su nam se javile prilikomzavarivanja konstrukcije. De avalo se da svaki var prilikom hla enja malo povu ekonstrukciju na neku stranu. Uz postoje e nepreciznosti nastale prilikom se enja L profilado lo je do akumulacije pomenutih gre aka to je dovelo do toga da ku i te robota nije biloidealno ravno ve je bilo blago su eno u donjem delu. Tako e pri merenju glavnih dijagonalarobota moglo se primetiti da je do lo i do izvesnog uvijanja cele konstrukcije, ali sre om tonije ostavilo traga na samu funkcionalnost robota.

Morali smo da vodimo ra una i o obliku ku i ta. Kao to se vidi sas like 5 .3 pri penjanju na kosu ravan postojala su dva potencijalna problema. Prvo da robot pri nailaskiudari prednjim delom ku i ta u samu kosinu, a drugo da se u toku penjanja osloni na prednji izadnji deo ku i ta ime bi se pogonski to kovi odvojili od podloge, i robot bi ostao nasukan.I ovde nam je 3D model bio od velike pomo i kako bismo na vreme uo ili i otklonili ove probleme.

Slika 5.3 K rit i ni polo aji robo t a pri penjanj u na kosu ravan


13/34

12

5.3 M od ul za kre t anje

Z a kretanje robota smo koristili diferencijalni pogon, sa dva paralelna pogonska to kana koje su preko reduktora montirana dva DC motora marke M axon , snage 60W saugra enim reduktorom prenosnog odnosa 23:1, i enkoderom od 1024 inc/obrt. Modul zakretanje sastoji se od aluminijumskog to ka, dva nosa a le aja, nosa a pogonskog motora, podnog nosa a, vi eprofilne eli ne osovine pre nika 8/12mm, distantnih aura i dvaradijalna kugli na le aja. Struktura pogonskog sklopa i na in njegovog montiranja vide se sas like 5 .4 gde je u preseku prikazan 3D model modula za kretanje.

Slika 5.4 P resek 3D modela mod ula za kre t anje

Skretanje robota sa diferencijalnim pogonom ostvaruje se zadavanjem razli itih brzina na pogonske to kove ili njihovim gonjenjem u suprotnim smerovima. U drugomslu aju je radijus krivine pri skretanju mnogo manji, a ako je robot simetri an i to kovi senalaze na sredini mogu e je izvesti okretanje prakti no u mestu oko sopstvene ose robota, tou na em slu aju iz konstrukcionih razloga nije bilo potpuno izvodljivo. Izgled pogonskogsklopa robota prikazan je nas lici5 .5 .


14/34

13

Slika 5.5 M od ul za kre t anje robo t a

Na prednjem kraju robota nalazila su se dva pasivna to ka koji su slu ili kao oslonac,

a koje smo realizovali pomo u radijalnih kugli nih le ajeva na koje smo navukli plasti ni prsten zbog boljeg prijanjanja na podlogu stola. Njihov polo aj i izgled su prikazani nas likama 5 .6 i 5 .7 . Pasivne to kove smo maksimalno pribli ili kako bismo to vernijesimulirali oslonac robota u tri ta ke i time izbegli klackanje robota i situaciju da se jedanoslonac, usled nesavr enosti izrade konstrukcije i podloge, odvoji od stola i dovede dozano enja robota u jednu stranu, to nam se de avalo u fazi razvoja robota tokom na iheksperimenata.


15/34


16/34


17/34

16

Slika 5. 10 R adioni ki cr t e po g onsko g t o ka


18/34

17

Slika 5. 11 R adioni ki cr t e nosa a le aja


19/34

18

Slika 5. 12 R adioni ki cr t e osovine po g onsko g sklo pa


20/34

19

5.4 M od ul za sk upljanje narand i vile

Ovaj mehanizam kao to je ve re eno mehani ki podse a na vile ali ima tri para vilai svaki par slu i za podizanje jedne narand e. Sastoji se od samih vila, dva nosa a le aja,radijalnih kugli nih le ajeva, i servo motora sa odgovaraju im nosa em.

U po etnom trenutku su vile spu tene a kada se robot popne na kosu ravan i pri estubovima, vile se podi u prihvataju i tri narand e. Narand e ostaju pritisnute uz spolja njizid robota sve do istovara, koji se obavlja jednostavnim spu tanjem vila.Z a podizanje vilakoristili smo jedan servo motor marke M odelcraf t koji poseduje moment od 96 Ncm. Izgledvila sa servo motorom je prikazan nas lici 5 .1 3 , sa koje se mo e videti raspored svake vile idr a za motor koji pokre e vile. Konstrukcija vila je pri vr ena na servo motor zavrtanjskom vezom. Cela konstrukcija vila sa injena je iz jednog komada, od elektroda 4mm, zavarivanjem.

Slika 5.13 3D model mehani zma za k up ljenje narand i

Stvarni oblik vila koji je prikazan nas lici 5 .1 4 odre en je eksperimentalno. Imali smoizvesnih pote ko a jer prilikom starta sa ute i plave pozicije nismo kupili iste tri narand e, pa je bilo te ko prona i takav oblik vila koji e da odgovara razli itim razmacima stabala nadve strane kose ravni.

Kako bismo izbegli mogu a o te enja stabala i narand i o tre vrhove vila smooblo ili termoskupljaju im bu irom.


21/34

20

Slika 5.14M od ul za sk up ljanje narand i

5.5 M od ul za sk upljanje k uk ur uza

Hvataljka je slo eni mehanizam koji ima mogu nost kretanja po dve ose, i koji pokre u dva servo motora i jedan DC motor. DC motor sa reduktorom slu i za horizontalno pomeranje hvataljke unutar robota, du linearne vo ice, ine, na koju je montirana. Ja i servomotor, sa momentom od 96 Ncm, koristili smo za spu tanje i podizanje hvataljke uvertikalnoj ravni, a slabiji servo, sa momentom od 35 Ncm za irenje i skupljanje hvataljkeradi hvatanja ili pu tanja kukuruza.

Sama hvataljka je bila montirana na kolica koja se linearno kre u po ini, klize i po

malim kuglicama ukopanim u kanale u kolicima, sa minimalnim trenjem. Kolica su bila povezana na zup asti kai T5 koji je pogonio DC motor preko kai nika sa prenosnimodnosom 1:1 i na taj na in je ostvareno horizontalno kretanje hvataljke. Kretanje hvataljke uvertikalnoj ravni ostvareno je pomo u servo motora koji je preko poluge podizao hvataljkudu etiri osovine koje su slu ile kao vo ice. Na taj na in je omogu eno izvla enje kukuruza

iji je vrh bio 9 mm upu ten u sto. Kao kotrljajnu vo icu za kretanje hvataljke po iniiskoristili smo gotovu linearnu tehnologiju marke H I W IN HG W 15 . Na s lici 5 .1 5 prikazan jestvarni izgled modula za skupljanje kukuruza dok je je nas lici5 .16 dat njegov CAD model.


22/34

21

Slika 5.15M od ul za sk up ljanje k uk ur uza

Slika 5.16 3D model mod ula za sk up ljanje k uk ur uza i zra en u SolidWorks 2008


23/34

22

Pri projektovanju ovog mehanizma bilo je neophodno odrediti broj zubaca, du inu,odnosno osno rastojanje i irinu zup astog kai a koji je pomerao hvataljku po ini, i svesti gana neku standardnu dimenziju. Odabrali smo zup asti kai T5 tipa optibelt, sa korak 5 mm imodulom 1,592 mm. Ovde je dat prikaz ura enog prora una:

- prvo se izra unava ra unska du ina kai a na osnovu slede eg obrasca:

Pri emu je: Lwr- ra unska du ina kai a- obvojni ugao malog kai nika- obvojni ugao velikog kai nika

- ugao kraka kai a

- me uosno rastojanje kai nika

Po to su u na em slu aju kai nici jednaki, odnosno prenosni odnos remenog para je1:1, stoga su i obvojni uglovi i jednaki i iznose 180, to dalje implicira da je ugaokraka jednak nuli i znatno upro tava datu jedna inu.

Kao ulazni podatak merenjem smo predvideli me uosno rastojanje kai nika od 225mm. Kinematski pre nici pogonskog i gonjenog kai nika iznose 15 mm, a broj zuba im je 10.

Na osnovu dobijene ra unske du ine kai a izra unavamo ra unski broj zubaca premaslede oj formuli:

Pri emu je:- ra unski broj zubaca kai a

korak zup astog kai a Na osnovu izra unatog broja zubaca usvajamo prvu ve u standardnu vrednost iz

tabele, a to je 102, a zatim izra unavamo stvarnu du inu kai a:

Na kraju izra unavamo stvarno osno rastojanje kai nika:


24/34

23

Z a podizanje i spu tanje hvataljke iskoristili smo sistem poluge. Po to je postojalasamo jedna poluga i mehanizam nije bio simetri an, dolazilo je do nejednakog optere ivanja pojedinih delova konstrukcije i blagog krivljenja vo ica pri podizanju. Kako bi smominorizovali uticaj ovog ne eljenog efekta i maksimalno smanjili trenje na vrh poluge smozavrtanjskom vezom pri vrstili jedan kugli ni le aj.

Tako e smo u cilju maksimalnog smanjenja trenja i habanja predvideli da ku i tekroz koje klize metalne osovine, vo ice bude od plastike. Da bismo olak ali monta unapravili smo sklop sa malo ve im zazorom, kako bismo unapred ura unali gre ke inepreciznosti pri izradi. Kod ovakvih kliznih sklopova gde je bitna saosnost vi e osovina bitno je da du ina kontakte povr ine klizanja bude to ve a.

Otvaranje i zatvaranje hvataljke je realizovano pomo u jednog cilindri nogzup anika, modula 1, povezanog na osovinu servo motora koji je bio u ljebljen sa dvezup aste letve ije je kretanje bilo ograni eno vo icama u kanalima. Na krajevima ine bili sumontirani grani ni prekida i za odre ivanje krajnjih polo aja hvataljke, dok je na plo amasame hvataljke bio montiran opti ki, infracrveni senzor za pozicioniranje hvataljke iznadklipa kukuruza. Radi lak eg razumevanja nas lici 5 .17 dat je izgle modula za skupljanje

kukuruza u preseku.

Slika 5.17 P resek 3D modela mod ula za sk up ljanje k uk ur uza


25/34

24

Slika 5.18 R adioni ki cr t e plo e sa vo icama


26/34

25

Slika 5.19 R dioni ki cr t e ine H I W IN


27/34

26

Slika 5.20 R adioni ki cr t e zup ast e let ve u hva t aljci


28/34

27

5.6 M od ul za ar iranje i ist ovar k uk ur uza

Na robotu su montirana dva ar era za kukuruze, jedan sa prednje leve strane a drugisa prednje desne strane robota. Klipovi kukuruza se skladi te u vertikalnom polo aju i sasvake strane mo e da stane maksimalno dva klipa. U cilju u tede energije i optimizacije brojakori enih motora, isprojektovali smo malo komplikovaniji sistem za prenos kretanja i pogonskog momenta sa osovine motora na osovine oba ar era.

Moment sa pogonskog motora smo zup astim kai em T2,5 preneli na osovinu na ijasmo oba kraja montirali konusne zup anike. Na taj na in smo omogu ili da se ar eri, pogonjeni istim motorom, okre u u suprotnim smerovima, tj. da oba istovremeno istovarajuklipove. Svaki ar er se sastoji od para vertikalnih osovina koje su povezane zup astimkai evima T5 sa donje i gornje strane tako da ravnomerno pritiskaju i kotrljaju pokupljenikukuruz uz aluminijumsku plo u i da ga pomeraju unapred kako bi se oslobodilo mesto zaslede i klip. Sa donje strane se nalazi eli na plo a sa prorezom u sredini kako bi izbo enivrh kukuruza mogao lako da upadne kada ga hvataljka ubaci, i da bi klip stajao ravno istabilno. Nas lici5 .2 1 prikazan je CAD model modula za ar iranje i istovar klipova.

Slika 5.21 3D model sist ema za ar iranje i ist ovar k uk ur uza


29/34

28

Prora un zup astih kai eva ura en je na isti na in kao to je prikazano u poglavlju 5.5 pa iz tog razloga ovde ne e biti ponovljen.

Sa prednje strane ar era se nalazi klapna koja ne dozvoljava kukuruzima da ispadnutokom kretanja robota, sve dok upravlja ka elektronika ne da signal servo motoru da podigneklapnu i oslobodi ar er za istovar. Servo motor preko sistema kotura e namotava kanap

vezan za klapnu i na taj na in je podi e, dok sila elasti nosti guma, zako e pri vr enih zaklapnu vra aju klapnu u spu ten polo aj.Slika stvarnog sistema za skladi tenje i istovar kukuruza data je nas lici5 . 22 . Na ovoj

slici se tako e vidi da je svaka osovina ovog sistema ule i tena na oba kraja u nos e saradijalnim kugli nim le ajevima kako bi se smanjilo trenje i to vi e rasteretio motor.

Slika 5.22 Iz dvojeni det alj mod ula za ar iranje i ist ovar k uk ur uza

Kao to se vidi nas lici 5 .22 kai evi u ar eru bili su izlepljeni malim komadi imamakane gume sa velikim koeficijentom trenja, kako bi se pospe ilo i olak alo kotrljanjeklipova kukuruza u ar erima.


30/34

29

Slika 5.23 R adioni ki cr t e velike osovine ar era


31/34

30

Slika 5.24 R adioni ki cr t e poda ar era


32/34

31

Slika 5.25 R adioni ki cr t e nosa a le aja za velik u osovin u


33/34

32

6. Rezime os tvarenih ciljeva i zaklju ak

Iako je cilj ovog projekta bio napraviti autonomnog mobilnog robota koji e biti ustanju da izvr ava zadatak propisan pravilima takmi enja EUROBOT za 2010. godinu,njegova svrha je bila pre svega edukativna. Projektovanje i pravljenje robota predstavljalo jeobiman i mukotrpan posao, ali nam je pru ilo priliku da po prvi put primenimo ste enateorijska znanja, i upoznamo se realnim problemima pri izradi i realizaciji jednog ovakoslo enog mehatroni kog ure aja. Radom na ovom projektu zna ajno smo pro irili svojaznanja iz oblasti mehanike, elektronike i ra unarstva ali smo tako e kroz vi emese nizajedni ki rad mnogo nau ili o na inu funkcionisanja tima, me usobnoj komunikaciji,efikasnoj raspodeli poslova i to je jako bitno o zna aju po tovanja zadatkom predvi enihvremenskih rokova.

Pri projektovanju mehani ke konstrukcije robota i samom izboru konceptualnogre enja bili smo svesni mana i potencijalnih pote ko a koje nam izabrano re enje mo edoneti. Sam izbor oblika konstrukcije, takozvane P konfiguracije, zantno nam je smanjioraspolo ivu zapreminu za skladi tenje elemenata, ali nam je pru io mogu nost kretanja prekoredova kukuruza, lak e pozicioniranje iznad klipa i detekciju boje u delimi no zamra enojunutra njosti robota.Z bog oblika konstrukcije bili smo prinu eni da oslanjamo robota u etirita ke to nam je zbog blage distorzije nose e konstrukcije stvaralo problem da se pri penjanjuna kosu ravan jedan pogonski to ak odvoji od podloge i dovede do zano enja robota. Jos jedan veliki problem bio je taj to su kai nici koje su nam izra ivali po narud bi bilinekvalitetni i nisu mogli lepo da se u ljebe u originalne kai eve T tipa. Ovo je dovodilo do povremenog preskakanja kai eva, zaglavljivanja, strahovitog optere enja motora to jezna ajno usporavalo obratanje ar era za istovar klipova i kretanja hvataljke, habanja ikidanja zuba plasti nih konusnih zup anika, uve ane potro nje struje i dodatnog zagrevanjaupravlja ke elektronike.

Tokom celokupnog rada na projektu bili smo svesni velikog obima problematike u

koju smo se upustili kao i nedostatka na eg prakti nog iskustva u ovoj oblasti. Glavni ciljnam je bio da zavr imo na vreme, i u potpunosti ono to smo zapo eli, i da u predvi enomvremenskom roku napravimo robota koji e biti u stanju da ostvari sve predvi ene funkcije.Iz tog razloga smo odustali od razvoja odometrije sa enkoderima na pasaivnim to kovima,kao vrlo efikasnog sistema za pozicioniranje robota o emu smo razmi ljali u po etnoj faziizrade projekta. Rad na razvoju ovih sistema bi nam tako e doneo dragoceno teorijsko znanje


34/34

i prakti no iskustvo ali bi nas udaljio od na eg glavnog cilja a mo da ak i onemogu ionjegovo izvr enje.

Uspe nim izvr avanjem ovog zadatka dokazali smo pre svega sami sebi da smosposobni za samostalno projektovanje i izradu slo enih mehatroni kih sistema, i postavali

smo dobru osnovu za na e dalje stru no usavr avanje.

Documents

Mehanicka Konstrukcija Robota R2D2 Za EUROBOT 2010