Для освоения профессиональных навыков необходима не только теоретическая база, но и практическая. Создание мобильного робота позволяет на практике разобраться в особенностях проектирования конструкции, выборе комплектующих и их совместной работе. Такой опыт помогает лучше понимать принципы построения робототехнических устройств и развивать инженерные навыки.
Для учебного проекта было выбрано шестиколесное шасси с неуправляемым балансиром на одной паре осей и пассивной подвеской на амортизаторах на другой. Такая конструкция достаточно проста в изготовлении. Она не требует дополнительных сервоприводов и сложной системы управления, но при этом позволяет роботу уверенно передвигаться по неровной поверхности, например по газону, гравию или небольшим препятствиям. Кроме того, использование разных типов подвески даёт возможность получить практический опыт изготовления и сборки различных механических узлов.
Рис. 1. Конструкция робота
Основные элементы конструкции, такие как рама, детали балансира и рычаги подвески, планируется изготовить из листового алюминия толщиной 3 мм. Пластиковый бокс, крепёжные элементы, проставки и другие вспомогательные детали будут изготовлены на 3D-принтере из пластика PETG.
Сочетание алюминия и пластика позволило сделать конструкцию одновременно прочной и достаточно лёгкой. Основную нагрузку воспринимают алюминиевые элементы, а детали, изготовленные на 3D-принтере, используются для креплений, корпуса и других вспомогательных узлов. Благодаря этому удалось уменьшить массу робота без заметной потери прочности и избежать изготовления сложных цельнометаллических деталей.
3D-модель робота была разработана в программе КОМПАС-3D. Работа началась с моделирования покупных компонентов: колёс, амортизаторов, аккумулятора, платы микроконтроллера и других элементов. Это позволило заранее определить необходимые габариты конструкции и внутреннее пространство корпуса, чтобы в дальнейшем правильно разместить все детали при проектировании собственных элементов.
После этого были разработаны основные элементы рамы. Конструкция состоит из двух П-образных алюминиевых профилей, соединённых пластиковыми проставками, которые придают ей дополнительную жёсткость. Затем были спроектированы детали балансира и рычаги пассивной подвески. Их размеры и расположение крепёжных отверстий подбирались с учётом габаритов колёс и электродвигателей. При этом дорожный просвет выбирался таким образом, чтобы робот мог преодолевать небольшие препятствия, но при этом сохранял устойчивость.
Рис. 2. 3D-модель покупных компонентов и рамы робота
Следующим этапом стало проектирование трёхзвенного манипулятора. В его конструкции предусмотрены механизмы поворота, подъёма и захвата, а также шестерёнчатая передача и ременной привод, расположенный внутри трубы. Для работы с хрупкими предметами захват был оснащён губками с пружинными наконечниками, которые помогают удерживать объект без риска его повреждения.
Рис. 3. 3D-модель трёхзвенного манипулятора робота
Использование 3D-моделирования на всех этапах разработки позволяет заранее проверить, как детали будут располагаться относительно друг друга, избежать возможных ошибок при сборке и подобрать необходимые посадочные размеры для подшипников и крепёжных элементов. Кроме того, готовая модель может служить основой для создания рабочих чертежей и последующего изготовления деталей. Готовая 3D-модель робота представлена на рисунке 4.
Рис. 4. 3D-модель робота
В результате была разработана конструкция шестиколесного мобильного робота с неуправляемым балансиром, пассивной подвеской и манипулятором, а также создана его 3D-модель в системе КОМПАС-3D. Использование алюминиевых деталей совместно с элементами, изготовленными на 3D-принтере, позволило сделать конструкцию прочной, достаточно лёгкой и при этом не слишком дорогой в изготовлении. Разработанная конструкция может быть использована в учебных проектах и при изучении дисциплин, связанных автоматизацией и робототехникой.
