Обґрунтування конструкції робота з 6-ти ступенями вільності
Автор: Зінчук Ілля Олександрович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерний інжиніринг в машинобудуванні
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Однією з основних складових систем робота є маніпулятор, який забезпечує утримування об’кту керування (інструмент, деталь, функціональний пристрій і ін.) та переміщення його у просторів до точки позиціювання за заданим законом руху. Тому для реалізації поставлених задач, робот, своєю системою маніпулювання реалізує задачу переміщення (кінематика робота) забезпечуючи силові характеристики маніпулятора в динаміці (динаміка маніпулятора), які впливають також на точність позиціювання. Механічний маніпулятор можна розглядати як розімкнутий ланцюг, що складається з кількох твердих тіл (ланок), послідовно з’єднаних обертальними або поступальними зчленуваннями, що приводяться в рух силовими приводами. Один кінець цього ланцюга з’єднаний з основою, а інший кінець вільний і з’єднаний з робочим інструментом, що дає змогу впливати на об’єкти маніпулювання або виконувати різні технологічні, наприклад збиральні, операції. Відносний рух зчленувань передається ланкам, у результаті чого захоплювач маніпулятора займає в просторі задане положення. Ця дипломна робота присвячена розробці робота з 6-ти степенями вільності, який уможливлює краще маніпулювати захоплювачем і спрощує алгоритм орієнтації захоплювача в просторі. Об’єкт дослідження: силова дія на елементи конструкції робота. Предмет дослідження: залежність конструктивних параметрів робота від силового навантаження та їх моделювання в CAD системі методом скінченних елементів. Мета дослідження: підвищити ефективність конструювання робота згідно визначеного застосування відповідно до технічних умов і параметрів. В першому розділі наведено аналіз використання роботів у світі. Також проведено кваліфікацію роботів за кількістю ступенів вільності, за їхньою кінематичною структурою. Наведений загальний вигляд роботів. Приведено характеристику захоплювальних головок, приведено їх загальний вигляд. Запропонований робот розрахований на корисне навантаження 10 кг. Для такого навантаження приведено огляд типів і виробників роботів. Також приведено загальний вигляд роботів. Розглянемо варіанти роботів, які можна виготовити в умовах кафедри проєктування машин та автомобільного інжинірингу. Для оцінки оптимального варіанту використано метод попарного порівняння, де результуючий порядок визначається на основі суми значень, які є добутком бальної оцінки та ваги заданого критерію. Розглянуто чотири варіанти. Для четвертого варіанту сумарне значення оцінки за методом багатокритеріальної оцінки становить 3,37. Сформовані задачі дослідження. В другому розділі «конструкція і розрахунок робота» розроблено конструкцію робота. Максимальна досяжність робота, виміряна від вертикальної осі основи робота, становить 1437 мм. Наведено структурні вузли робота. Проведено перевірочний розрахунок крутних моментів двигунів приводу. Виконано перевірочний розрахунок шестерні для максимальних крутних навантажень. Для максимально навантаженої осі, п’ята вісь, проведено перевірочний розрахунок валу на допустимі напруження і деформації. Також проведено перевірочний розрахунок концентратора напружень. Усі осі мають обмежене максимальне обертання через гнучкість та надмірне скручування сигнальних та силових кабелів, що йдуть до двигунів осей, або через зіткнення між двигунами та виливками. Третій розділ – аналіз робота з точки зору кінематики та динаміки. Представлено вигляд робота збоку з його розмірними ланцюгами та системами координат для створення прямої кінематики. На основі цих ланцюгів розроблено пряму кінематику, а потім описано процедуру аналізу міцності виливків. На основі систем координат та розмірних ланцюгів визначена параметрична таблиця параметрів Денавіта-Хартенбергера. Зміщення системи координат таким чином, щоб виконувалися правила параметра Денавіта-Хартенберга. Методом скінченних елементів досліджено напруження деталі виливка. Напруження досліджували на п’ятистах часових кроках, що відповідає п’ятистам записам сил, згенерованим за допомогою програмного забезпечення. Максимальні напруження у всіх шести виливках разом із розрахованою межею міцності відносно граничного стану пружності, тоді як межа текучості чавуну, з якого відлиті виливки становить приблизно 320 МПа. Отримані в роботі проєктні рішення та відповідні досліджень вказують на їх та доцільність використання на практиці. Ключові слова: робот, захоплювач, ступінь вільності, CAD система, напруження максимальне, деформація максимальна, метод скінченних елементів.