В статье представлены разработка и испытания легкой, недорогой роботизированной манипуляторной руки с расширенным вертикальным диапазоном. Прототип может манипулировать полезной нагрузкой 3 кг при радиусе горизонтального вылета 0.5 м, весит всего 4.5 кг, стоит 1200 долларов США и потребляет максимум 11.1 Вт мощности. Экспериментальные результаты показывают, что этот подход снижает требуемый крутящий момент двигателя в 30 раз.
Чтобы минимизировать вес, шесть суставов запястья и захвата являются тросовыми, с переносом всех приводов в узел плечевого сустава. В результате запястье и захват весят всего 222 г и 113 г соответственно, что значительно снижает инерцию на исполнительном органе. Конструкция имеет 9 степеней свободы — 6 для руки и 3 для захвата. Рука движется по вертикальной башне в SCARA-конфигурации, что дает расширенный вертикальный диапазон работы. Ключевая инновация — рама замкнутого сечения, которая крепит руку к башне и позволяет напрямую передавать изгибающие и крутильные нагрузки от полезной нагрузки на статичную конструкцию. В отличие от традиционной конструкции, эта конструкция не требует, чтобы плечевой мотор принимал изгибающую нагрузку напрямую. Вместо этого мотору нужно только преодолеть трение качения реакции опоры.
В отличие от обычных роботизированных рук, где тяжелые приводы распределены на запястье и локте, в новой конструкции приводы сосредоточены у проксимального плечевого сустава. Это уменьшает плечо силы и снижает требования к крутящему моменту двигателя, а также предназначено для снижения инерции подвижных звеньев, что может помочь уменьшить ударные силы при столкновении и повысить безопасность для совместной работы с человеком. В отличие от обычных роботов SCARA с только 1 степенью свободы на запястье и 1 на захвате, новая конструкция имеет в общей сложности 3 степени свободы на запястье и еще 3 на захвате. Конструкция включает полую трубку, установленную внутри конического зубчатого колеса, что позволяет трем кабелям проходить напрямую через сустав и соединяться с дистальными звеньями. Для преодоления этого препятствия предложен тросовый захват с 3 степенями свободы. С 3 степенями свободы захват может захватывать объекты без сильной зависимости от силы трения. В сравнимых условиях подхода каждый объект был испытан с захватом с 1 степенью свободы, зависящим от трения, и с предложенным тросовым пальцем с 3 степенями свободы. Результаты показывают, что палец с 3 степенями свободы достиг успешных захватов в большем числе случаев, чем базовый с 1 степенью свободы.
Тем не менее, общая ошибка повторяемости (с тремя стандартными отклонениями) составляет менее ±0.1 мм. С учетом количества моторов в плечевом суставе, конструкция модуля вертикального подъема обеспечивает преимущество в полезной нагрузке в 30 раз по сравнению с шарнирной рукой робота. При подъеме груза 3 кг пиковая мощность достигала 11.1 Вт на локтевом шарнире, что укладывается в номинал мотора ROBS-802 (17.6 Вт). Система использует механизм декаплинга в локтевом шарнире на основе Jiang, который поддерживает постоянное натяжение троса при движении суставов — это достигается комбинированием путей прокладки тросов, где изменения длины компенсируют друг друга.
Источник новости и обложки: www.mdpi.com