🤖 Практическая работа

 1Основание (база):
 2- Обеспечивает устойчивость
 3- Содержит главный привод поворота
 4- Массивное для компенсации нагрузок
 5
 6Плечо (первое звено):
 7- Главный несущий элемент
 8- Рычаг 2-го рода для подъема грузов
 9- Мощный редуктор для усиления
10
11Предплечье (второе звено):
12- Рычаг 3-го рода для точности
13- Легче плеча для скорости
14- Обеспечивает точное позиционирование
15
16Захват (рабочий орган):
17- Адаптируется к форме предмета
18- Использует рычажные механизмы
19- Контролирует усилие сжатия

 1    ←─ F ─→
 2    │     │
 3  ┌─┴─┐ ┌─┴─┐
 4  │ A │ │ B │
 5  └───┘ └───┘
 6  
 7Преимущества:
 8+ Равномерное сжатие
 9+ Простота управления
10+ Хорошо для плоских предметов
11
12Применение: сборочные линии

 1    ╱ ╲
 2   ╱   ╲
 3  A ─●─ B
 4     │
 5     F
 6  
 7Преимущества:
 8+ Большой ход захвата
 9+ Подходит для круглых предметов
10+ Механически простой
11
12Применение: упаковочное оборудование

 1    ╱│╲
 2   ╱ │ ╲
 3  A  B  C
 4   ╲│╱
 5    ●
 6    │
 7    F
 8    
 9Преимущества:
10+ Адаптивность к форме
11+ Высокая надежность захвата
12+ Имитация руки человека
13
14Применение: роботы-андроиды

1Общая высота: H = 35 см
2Длина плеча: L₁ = 20 см  
3Длина предплечья: L₂ = 15 см
4Размах захвата: 8 см
5Масса конструкции: ~500 г

 1Условие равновесия манипулятора:
 2M_противовес ≥ M_груз
 3
 4Для плеча (рычаг 2-го рода):
 5F_мотор × l_мотор ≥ (F_груз + F_предплечье) × L₁
 6
 7Где:
 8F_мотор - сила мотора (известна)
 9l_мотор - плечо приложения силы мотора
10F_груз - вес поднимаемого груза (ищем)
11F_предплечье - вес предплечья с захватом
12L₁ - длина плеча

 1Дано:
 2F_мотор = 20 Н
 3l_мотор = 5 см
 4F_предплечье = 2 Н
 5L₁ = 20 см
 6
 7Найти: F_груз
 8
 9Решение:
1020 × 5 ≥ (F_груз + 2) × 20
11100 ≥ 20 × F_груз + 40
1260 ≥ 20 × F_груз
13F_груз ≤ 3 Н = 300 г
14
15Наш манипулятор сможет поднять 300 г!

1Размер базы: 15×15 см (минимум)
2Высота: 8-10 см
3Материал: максимально тяжелые детали
4Форма: квадратная или круглая для устойчивости

 1Материалы:
 2- Балки LEGO Technic 16×1 (4 шт)
 3- Балки LEGO Technic 8×1 (4 шт)  
 4- Соединительные элементы
 5- Угловые крепления
 6
 7Инструкция:
 81. Соберите квадратную раму 16×16 отверстий
 92. Добавьте диагональные связи для жесткости
103. Установите вертикальные стойки по углам
114. Проверьте прочность конструкции

 1Компоненты:
 2- Поворотная платформа или крупная шестерня
 3- Ось вращения (длинная)
 4- Подшипники или втулки
 5- Стопорные кольца
 6
 7Сборка:
 81. Установите ось вращения в центр рамы
 92. Наденьте поворотную платформу
103. Зафиксируйте подшипниками
114. Проверьте легкость вращения

1Установка:
21. Закрепите мотор на раме
32. Соедините с поворотной платформой
43. Настройте передаточное отношение
54. Проверьте плавность поворота

 1Проблема: Основание неустойчиво
 2Решение: Добавить груз, увеличить базу
 3
 4Проблема: Заедание при повороте  
 5Решение: Проверить соосность, смазать
 6
 7Проблема: Слабый мотор
 8Решение: Добавить редуктор, уменьшить нагрузку
 9
10Проблема: Люфт в соединениях
11Решение: Подтянуть крепления, добавить шайбы

 1      Мотор 2 (предплечье)
 2           ↓
 3    ●──────┼──────● ← Предплечье (L₂)
 4    │      │
 5    │      │
 6    │      │ ← Плечо (L₁)  
 7    │      │
 8    ●──────┼──────●
 9           ↓
10      Мотор 1 (плечо)
11           │
12         База

1Соотношение L₁:L₂ = 4:3
2Для нашего манипулятора:
3L₁ = 20 см (плечо)
4L₂ = 15 см (предплечье)
5
6Преимущества:
7- Хороший баланс между силой и скоростью
8- Достаточный радиус действия
9- Управляемость манипулятора

 1Материалы:
 2- Основная балка 16×1 (несущая)
 3- Усиливающие балки 8×1 (2 шт)
 4- Соединительные пластины
 5- Оси и втулки для шарниров
 6
 7Конструкция:
 81. Основная балка - несущий элемент
 92. Параллельные усиливающие балки
103. Треугольные связи для жесткости
114. Шарниры на концах для соединения

 1Размещение:
 2- Мотор устанавливается на основании
 3- Редуктор для увеличения силы (1:10 минимум)
 4- Передача через шестерни или червячную пару
 5- Датчик положения для точности
 6
 7Расчет редуктора:
 8Момент нагрузки: M = F × L₁ = 3Н × 0.2м = 0.6 Н⋅м
 9Момент мотора: 0.1 Н⋅м
10Нужное передаточное отношение: i = 0.6/0.1 = 6:1

 1Требования к шарнирам:
 2- Свободный ход в одной плоскости
 3- Отсутствие люфта
 4- Способность выдержать расчетную нагрузку
 5- Легкость сборки/разборки
 6
 7Конструкция:
 8- Ось через сквозные отверстия
 9- Втулки для снижения трения
10- Стопорные кольца против осевого смещения
11- Смазка подвижных частей

1Длина: 15 см (3/4 от длины плеча)
2Масса: минимальная для скорости
3Жесткость: достаточная для точности
4Material: легкие, но прочные детали

 11. Создание легкой рамы предплечья
 2   - Одна основная балка 12×1
 3   - Минимум усиливающих элементов
 4   - Треугольная ферма для жесткости
 5
 62. Установка мотора предплечья
 7   - Компактный мотор для экономии веса
 8   - Редуктор 1:5 для точности
 9   - Крепление к плечу через шарнир
10
113. Подготовка крепления захвата
12   - Стандартное крепление на конце
13   - Возможность поворота захвата
14   - Провода управления внутри конструкции

 1Максимальный изгибающий момент:
 2M_изг = F_груз × L₁ = 3Н × 0.2м = 0.6 Н⋅м
 3
 4Напряжение в балке:
 5σ = M_изг / W
 6
 7где W - момент сопротивления сечения
 8
 9Для балки LEGO Technic:
10W ≈ 0.5 см³
11σ = 0.6 / 0.5 = 1.2 Н/см² = 120 кПа
12
13Предел прочности пластика ABS: 40 МПа
14Запас прочности: 40000/120 = 333 (более чем достаточно!)

1Условие неопрокидывания:
2M_удерж ≥ M_опрокид
3
4M_удерж = m_базы × g × r_базы
5M_опрокид = (m_стрелы × g + F_груз) × L_вылет
6
7Наша конструкция устойчива при:
8m_базы ≥ (m_стрелы + m_груз) × L_вылет / r_базы

 1    F_мотор
 2       ↓
 3    ┌──●──┐
 4   ╱   │   ╲
 5  A    │    B
 6       опора
 7
 8Преимущества:
 9+ Равномерное усилие на обе стороны
10+ Простое управление одним мотором
11+ Хороший контроль силы сжатия
12
13Недостатки:
14- Ограниченный ход захвата
15- Сложность крепления мотора

 1Мотор → │─────────────● (длинное плечо)
 2        │
 3        │
 4        ●──● (короткое плечо + захват)
 5
 6Выигрыш в силе: F_захват = F_мотор × (L_длин / L_короткий)
 7
 8Пример:
 9L_длин = 8 см, L_короткий = 2 см
10Выигрыш = 8/2 = 4 раза!

 1Материалы:
 2- Балки 6×1 для пальцев (2 шт)
 3- Резиновые накладки для сцепления
 4- Оси 4×1 для шарниров
 5- Соединительные элементы
 6
 7Характеристики пальцев:
 8- Длина: 6 см
 9- Ширина захвата: 0-8 см  
10- Форма: адаптирована к кубикам
11- Покрытие: нескользящее

 1Конфигурация:
 2      8 см     │ 2 см
 3    ●─────────●──●  ← Правый палец
 4    │         │
 5    │    ●    │  ← Точка опоры
 6    │         │
 7    ●─────────●──●  ← Левый палец
 8       8 см   │ 2 см
 9              │
10           Мотор
11
12Принцип работы:
131. Мотор поворачивает ось на небольшой угол
142. Длинные плечи рычагов поворачиваются
153. Короткие плечи (пальцы) сжимаются с усилием
164. Передаточное отношение 4:1 по силе

 1Требования к мотору:
 2- Высокая точность позиционирования
 3- Контроль усилия сжатия
 4- Быстрое время отклика
 5- Компактные размеры
 6
 7Настройка:
 81. Калибровка полностью открытого положения
 92. Установка максимального усилия сжатия
103. Программирование плавности движения
114. Тестирование с разными предметами

 1Дано:
 2F_мотор = 5 Н (сила мотора)
 3L_рычаг = 8 см (длинное плечо)
 4L_палец = 2 см (короткое плечо)
 5
 6Найти: F_сжатия
 7
 8Решение:
 9F_сжатия = F_мотор × (L_рычаг / L_палец)
10F_сжатия = 5 × (8/2) = 20 Н
11
12Вывод: Захват сжимает с силой 20 Н (≈2 кг)

1Угол поворота мотора: α = 45°
2Ход длинного плеча: S_рычаг = L_рычаг × sin(α)
3S_рычаг = 8 × sin(45°) = 8 × 0.707 = 5.66 см
4
5Ход пальцев: S_палец = S_рычаг × (L_палец / L_рычаг)
6S_палец = 5.66 × (2/8) = 1.42 см
7
8Максимальное раскрытие: 2 × S_палец = 2.84 см

 11. Адаптивные пальцы:
 2   - Подвижные сегменты
 3   - Разные формы накладок
 4   - Датчики касания
 5
 62. Увеличение хода:
 7   - Больший угол поворота мотора
 8   - Изменение передаточного отношения
 9   - Телескопические пальцы
10
113. Контроль силы:
12   - Датчик тока мотора
13   - Обратная связь по усилию
14   - Защита от перегрузки

 1Геометрические параметры:
 2□ Длина плеча (L₁): _____ см
 3□ Длина предплечья (L₂): _____ см  
 4□ Размер базы: _____ × _____ см
 5□ Общая высота: _____ см
 6□ Максимальный вылет: _____ см
 7
 8Массы компонентов:
 9□ Масса базы: _____ г
10□ Масса плеча: _____ г
11□ Масса предплечья: _____ г
12□ Масса захвата: _____ г
13□ Общая масса: _____ г
14
15Характеристики моторов:
16□ Момент мотора плеча: _____ Н⋅см
17□ Момент мотора предплечья: _____ Н⋅см
18□ Момент мотора захвата: _____ Н⋅см

 1Условие равновесия для плеча:
 2M_мотор ≥ M_нагрузка
 3
 4M_мотор = F_мотор × r_редуктор × i_редуктор
 5M_нагрузка = (m_предплечье × g + m_груз × g) × L₁
 6
 7Где:
 8F_мотор - сила мотора
 9r_редуктор - радиус выходной шестерни редуктора  
10i_редуктор - передаточное отношение редуктора
11m_предплечье - масса предплечья с захватом
12m_груз - масса поднимаемого груза
13L₁ - длина плеча
14g - ускорение свободного падения (9.8 м/с²)

 1Исходные данные:
 2F_мотор = 2 Н
 3r_редуктор = 1 см  
 4i_редуктор = 10:1
 5m_предплечье = 200 г = 0.2 кг
 6L₁ = 20 см = 0.2 м
 7
 8Расчет максимального груза:
 9M_мотор = 2 × 0.01 × 10 = 0.2 Н⋅м
10
110.2 ≥ (0.2 × 9.8 + m_груз × 9.8) × 0.2
120.2 ≥ (1.96 + 9.8 × m_груз) × 0.2
131 ≥ 1.96 + 9.8 × m_груз
149.8 × m_груз ≤ 1 - 1.96 = -0.96
15
16Ошибка! Мотор слишком слабый для подъема даже предплечья!
17Нужен редуктор 1:20 или более мощный мотор.

1Максимальная грузоподъемность: 150 г
2Оптимальная нагрузка: 100 г
3Запас по мощности: 50%
4
5Факторы, влияющие на результат:
6- Трение в редукторах и шарнирах
7- Упругость конструкции
8- Точность изготовления
9- Температура окружающей среды

1Максимальный радиус: R_max = L₁ + L₂ = 20 + 15 = 35 см
2Минимальный радиус: R_min = |L₁ - L₂| = |20 - 15| = 5 см
3
4Рабочая зона:
5- Форма: кольцевой сектор
6- Внешний радиус: 35 см
7- Внутренний радиус: 5 см  
8- Угол поворота: 180° (по заданию)
9- Высота: от 0 до 30 см над базой

 1Метод 1: Увеличение передаточного отношения
 2Было: i = 10:1
 3Стало: i = 20:1  
 4Результат: Грузоподъемность ×2, скорость ÷2
 5
 6Метод 2: Облегчение предплечья
 7Было: масса = 200 г
 8Стало: масса = 150 г (замена материалов)
 9Результат: +50 г к грузоподъемности
10
11Метод 3: Перераспределение масс
12Переместить тяжелые компоненты ближе к базе
13Результат: Снижение момента нагрузки

 1Улучшение 1: Устранение люфтов
 2- Подбор осей точно по диаметру отверстий
 3- Использование втулок и шайб
 4- Предварительная затяжка соединений
 5
 6Улучшение 2: Программная компенсация
 7- Калибровка нулевых положений
 8- Компенсация упругости конструкции  
 9- Коррекция по обратной связи
10
11Улучшение 3: Демпфирование колебаний
12- Добавление массы в критических точках
13- Использование материалов с внутренним трением

 1Положительные эффекты:
 2+ Значительно выросла грузоподъемность
 3+ Улучшилась точность позиционирования  
 4+ Повысилась общая надежность
 5+ Конструкция стала более профессиональной
 6
 7Отрицательные эффекты:
 8- Снизилась скорость работы
 9- Увеличилась сложность конструкции
10- Выросло энергопотребление
11- Усложнилось программирование
12
13Общий вывод: Улучшения оправданы для точных задач

 11. Добавление датчиков:
 2   - Энкодеры для точного позиционирования
 3   - Датчики силы в захвате
 4   - Акселерометр для контроля вибраций
 5   - Камера для визуального наведения
 6
 72. Интеллектуальное управление:
 8   - Адаптивные алгоритмы управления
 9   - Машинное обучение траекторий
10   - Предиктивное обслуживание
11   - Облачная аналитика работы
12
133. Модульная архитектура:
14   - Сменные захваты под разные задачи
15   - Масштабируемая длина звеньев
16   - Универсальные соединения
17   - Быстрая переконфигурация

 1Задача: Захватить кубик и поставить в центр мишени
 2Условия:
 3- Расстояние до кубика: 25 см
 4- Размер мишени: 5×5 см
 5- Размер кубика: 3×3×3 см
 6- Время: максимум 30 секунд
 7
 8Оценка:
 9- Попадание в центр: 10 баллов
10- Попадание в мишень: 5 баллов  
11- Захват без установки: 2 балла
12- Не захватил: 0 баллов

 1Задача: Поднять и удержать максимальный груз
 2Условия:
 3- Высота подъема: 10 см
 4- Время удержания: 10 секунд
 5- Грузы: 50, 100, 150, 200, 250 г
 6
 7Оценка:
 8- За каждые 50 г: 5 баллов
 9- Бонус за 200+ г: +10 баллов
10- Штраф за падение: -5 баллов

 1Задача: Переместить 3 предмета из зоны А в зону Б
 2Условия:
 3- Расстояние: 20 см
 4- Предметы: кубик, цилиндр, параллелепипед
 5- Ограничение времени: 60 секунд
 6
 7Оценка:
 8- 1 предмет: 10 баллов
 9- 2 предмета: 25 баллов  
10- 3 предмета: 50 баллов
11- Бонус за скорость < 45 с: +15 баллов

 1Задача повышенной сложности:
 21. Взять детали LEGO из коробки
 32. Построить простую башню (3 детали)
 43. Поставить флажок на вершину
 54. Время: 90 секунд
 6
 7Особенности:
 8- Требует высокой точности
 9- Проверяет стабильность конструкции
10- Оценивает программирование
11- Демонстрирует возможности манипулятора