В своем проекте я рассмотрел несколько различных видов планетоходов,разработал и изготовил собственную модель робота,доказав, что в домашних условиях можно изготовить достойного конкурента для роботов Boston Dynemics и NASA.


Введение

«Становление человечества мульти планетарным видом» такую цель себе поставил Илон Маск. Для этого он создал ракетоноситель Falcon 9, способный доставить полезный груз на орбиту и вернуться обратно на Землю в целостности и сохранности. В будущем он планирует сделать ракетоноситель FalconHevy, который будет являться межпланетным челноком, который будет доставлять людей и различные грузы на Марс и обратно. Но для того что бы полететь на другую планету необходимо постоянно проводить мониторинг той планеты, на сейсмическую активность, извержения вулканов, химический состав атмосферы. На данный момент на Марсе находится только один планетоход-Curiosity, в одиночку он не способен отследить всё, что происходит на Марсе. Его цена составляет 2,5 млрд. долларов. Я же предлагаю использовать целый комплекс недорогих роботов планетоходов, способных полностью отследить все, что происходит с «Красной планетой».

Объектом исследования в данной работе является технология создания планетоходов

Предметом исследования – технология создания роботов планетоходов

Цель работы: Исследование технических возможностей планетохода по изучению планеты на которой он находится, передвижению по местности этой планеты, и контролю за ее климатом.Из этой цели вытекает гипотеза исследования можно ли при неболшой стоимости робота планетохода сделать его характеристики схожими с характеристиками дорогих зарубежных образцов.

Теоритическая часть

1.Исследование принципов работы планетоходов

Планетоход — это космичесский аппарат, предназначенный для передвижения по поверхности другой планеты. Конструкция планетохода зависит от условий небесного тела, на котором он будет использоваться, объема предусмотренных работ, его требуемого срока службы. Особенность исследовательских планетоходов — наличие на борту аппаратуры для проведения научных исследований.

Планетоход должен обладать стойкостью к перегрузкам, низким и высоким температурам, давлению, пылевому загрязнению, химической коррозии космичесской радиации, сохраняя работоспособность без ремонтных работ в течение требуемого для выполнения исследований времени.

Объём космических кораблей ограничен, поэтому в конструкции планетоходов и при их укладке уделяется внимание экономии пространства. Может складываться ходовая часть планетохода, либо аппарат в целом.Исследовательские планетоходы предназначены для выполнения научных исследований поверхности исследуемой планеты. Такие планетоходы могут быть дистанционно управляемыми, частично или полностью автономными.

Шагоходы — разнообразные машины, передвигающиеся при помощи сгибающихся или вращающихся на шарнире опорных конструкций («ног»), методом их синхронизированной поступательной перестановки С колесным и гусеничном ходу- для передвижения планетоходы используют колеса или гусеницы, такой метод передвижения более прост в изготовлении и управлении, но не дает свободы передвижения, достойной проходимости.

Микромоторы и сервоприводы

Микро моторы и сервоприводы по сути, это одно и то же, и в микромоторах и серво приводах используются очень маленькие моторчики( зачастую с понижающими редукторами, имменно из-за редукторов они имеют маленькую скорость вращения и большой крутящий момент), но они очень сильно отличаются, т.к. микромотор может только вращаться в ту или иную сторону в зависимости от полярности, и не может удерживать определённую скорость вращения или определенный угол поворота,а сервопривод может, поскольку в нем установлена своя миниатюрная плата контролирующая (в зависимости от сервопривод этот постоянного вращения или «градусный») скорость вращения за секунду или удерживать оределенный градус поворота.

Понижающие и повышающие преобразователи

Понижающие и повышающие преобразователи используются для преобразования напряжения и тока. Преобразователи представляют устройство(не являются трансформаторами) которое с помощью инвертора(например lm 385) производят изменение напряжения и тока.В отличии от трансформатора(который может преобразовывать только переменный ток, с определенным коэффициентом например 240/12=20, ток зависит от сопративления в цепи) могут с высокой точностью изменять входные и выходные характеристики (например: понижающий входное 35 вольт постоянного тока, а навыходе от 1.25 до 35 вольт постоянного тока, с возможностью ограничения от 0.5 А до 7.5 А)( рис ).

Практическая часть

1.Описание модели

Прототипом для моего робота пленетохода являлся робот TARS из фильма «Интелстеллар» который помогал людям в изучении планет и осуществлял различную помощь героям фильма. Изготовить точную копию модели у меня не получилось, тогда взяв за основу корпус от TARS, я стал искать альтернативные методы передвижения, для этого я нашел в интернете различные разработки роботов BostonDynamicsи NASA, и стал искать в них то, что на мой взгяд подходит для моего проекта. Все части моего планетахода разработаны и изготовлены лично мной.

2.Инструкция по сборке

Изготовление каркаса

Для того чтобы изготовить и собрать раму проекта,мне потребовалось

Дюралевый профиль 30х30х2000 в количестве 5 штук из которого я выпилил четыре каркасные стойки (рис 1) , а также перегородки между секциями так называемые «этажи» (рис 2),состоящие из двух передних балок размерами, и двух боковых, таких перегородки необходимо сделать в количестве трех штук, для секции с платой управления и крепления для ног размеры остаются прежними,чертеж( рис 3).

Изготовление ног.

Изготовление внешней части ног.

Для изготовления ног необходимо отлить из эпоксидной смолы лист с размерами, затем из него , с помощью ножовки по металлу (т.к. она оставляет после себя довольно аккуратный пропил, ни в коем случае нельзя использовать болгарку или электро-лобзик) вырезать четыре одинаковых детали (рис 4), (Это ступни робота). Что бы изготовить корпус ног так же из эпоксидной смолы нужно отлить и выточить детали (рис 5) размерами, а затем склеить (с помощью этой же смолы) в детали изображенные на чертеже (рис 6).

Изготовление привода ног

Такой привод, который я использовал для удлинения конечностей актуаторный привод, устройством этого привода является червячная передача, конечно , такое устройство можно было купить уже в готовом виде ,например на AliExpress, но стоимость такого аппарата колеблется в раёне 1500 рублей, имеет огромный вес, и не подходящие габариты. По этому я решил изготовить такой привод самостоятельно. Для изготовления потребовалось:1 микромотор с редуктором 1:150 и крутящим моментом 9 кг/см, крепеж для мотора, две гайки м5, и шпилька тоже на 5 мм, далее все собирается по чертежу (рис 7),фото прилагается.

Установка электроники

В моем проекте используются различные электронные компоненты, которые управляют навигацией, передачей данных, передвижением электромоторов, сервоприводов, управлением эрана, которые в свою очередь совершают перемещение и координирование шагохода TARS.

Первым и самым главным элементом шагохода является его центральная плата в моем случае это Arduinouno (рис 8), она устанавливается на специальную платформу (рис 9),через специальные нейлоновые винты м3.

Сверху на Arduinounoнадевается MotorShield,эта плата расширения позволяет Arduinoс помощью напряжения 5 Вольт и током 40 милиАмпер, управлять напряжениями до 24 Вольт и током до 3 Ампер на 2 канала (то есть можно управлять сразу двумя нагрузками, моторами)

Сверху одевается ProtoShield(рис 10), у этого расширения, нет ни крутого процессора, ни мощного n моста , с бешенными характеристиками, но именно он позволяет подключать большое количество переферийных устройств, за счет удобных штекеров с приведенным питанием для датчиков.

Установка датчиков

На борту шагохода у становлены:2 датчика температуры (цифровой и аналоговый, для повышения точности измерений),датчик влажности, акселерометр, барометр, гироскоп, компас, датчик влажности почвы,4 датчика расстояния, датчик освещенности. Все они позволяют роботу ориентироваться в пространстве, чувствовать темперетуру, проводить исследования. (рис 11-16).Каждый из них находится на своем определенном месте.

Электрика

Выбор источника питания

Для питание своего шагохода я выбрал аккумуляторы 18650 RoHS , т.к. в отличии от 18650 li-on, они имеют большую токоотдачу до 40 А, высокую энергоемкость 2600 mah, напряжение заряженного аккумулятора 4,2 Вольта.

В своем проекте я соединил их последовательно и выходное бортовое напряжение составляет, в зависимости от заряда аккумуляторов от 7,2 до 8,4. Такое напряжение идеально подходит для понижающего преобразователя, который понижает это напряжение до 5,55 вольта, что обеспечивает стабильную работу сервомоторов.

Распределение питания

Плату распределения питания я спаял сам. Такая плата если ее покупать в магазине стоит порядка 250 рублей. Она представляет собой разветвлитель (макетную плату с 5 клемниками и одним диодом Шоттке защищающи от переполюсовки).В плату входит напряжение с аккумуляторов, и с первого выхода уходит на MotorShield, с другого напрямую в Arduino(в нее уже встроен свой собственный понижающий преобразователь), а с третьего на понижающий модуль, а с него на ServoShield(так же спаянный мной).

Меры безопастности

После полной сборки необходимо проверить работоспособность электорнно вычислительных систем концепта, после чего проверить правильность подключения электропитания, проводов коммутации, на правильность подключения и на наличие отсутствия короткого замыкания.Т.к. система питания робота расчитана на пиковый ток в 40 Ампер, то короткое замыкание приведет к пожароопастной ситуации, а так же полностью выведет всю электроннику из строя.Запуск TARS

Для запуска комплекса необходимо установить на управляющую плату программу управления TARS. После установки программы необходимо подключить питание. Через несколько секунд плата запустится и установит соединение с управляющим пультом, после чего можно управлять TARS.

Калибровка модели...

Калибровка модели произойдет в автоматическом режиме, после чего сообщение об это так же будет выведено на экран

Испытания модели

После изготовления модели были проведены испытания

Испытания на прочность.

В результате проведенных мной испытаний на прочность, было выяснено что корпус робота легко выдерживает падение с высоты 180 сантиметров, так же выдерживает вертикальную нагрузку 10-12 кг, без критических разрушений и пиковая нагрузка может составлять 25-30 кг.

Рама робота стабильно выдерживает нагрузку в 30-35 кг, и падение с 4 метров, без критичесских потерь, испытания с более высокого расстояния не проводились.

Испытания на грузоподъемность

Каждая нога робота способна поднять около 6 кг, при мощности мотора в 6 Вт и 10 кг при мощности в 12 Вт, со скоростью 4-5 мм/сек.

Испытания на пыле и влагозащиту.

Данный робот в режиме проектирования защищен по стандарту iP57 (средний дождь), в конечном же виде он будет иметь защиту iP100(полная пыле и влаго защита)

Заключение

1.В данной работе были рассмотрены принципы передвижения планетоходов, их виды и отличия.

2.Рассмотрены некоторые радиоэлектронные компоненты.

3.Был изготовлен прототип робота планетохода.

4.Былипроведены его технические и механические испытания.

Гипотеза исследования доказана.

Список используемой литературы

Конспект хакера стр.25-79. Амперка

wiki.amperka.ru

www.robocraft/forum.com

Ссылка на полную версию работы

https://yadi.sk/d/U69N9Z5B3Gj4nL

https://yadi.sk/i/2O_vwLaF3GmMq2

Ссылка на чертежи

https://yadi.sk/d/6t9eVxEY3Gj52E

0
Объявления
Начинается проектный практикум для студентов УрФУ

проектный практикум 2 курса

проектный практикум 3 курса

проектный практикум 4 курса

Партнеры:

ИнФО УрФУ - Генеральный партнер в проведении проектной практики в июне-июле 2017 года

Роботология - Российское оборудование для программирования и конструирования роботов

Уральский клуб нового образования - общественная организация, которая разрабатывает и реализует социально-образовательные проекты

Архив событий:

Проектная практика для студентов Института фундаментального образования УрФУСобытие

Молодежный космический форум - 2017 (Четвертые Семихатовские чтения)Конкурс

Выбор темы работы для участия в IV Семихатовских чтенияхО Форуме-2017

Подписка на новости
Контакты

Адрес: г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка 145, к. 1119 (на карте)

Тел.: +7 (343) 355-93-88

info@cosmoport.club