Робот-колхозник: рама

Итак, мы (над проектом трудится небольшая команда энтузиастов) решили сделать колесного робота. Первый вопрос, который надо было решить — источник энергии. Тут вариантов не было совсем — робот мог быть только электрический, так как управление движением робота с ДВС сильно усложнялось. Предлагались, правда, варианты гибридного питания — на робота поставить бензиновый генератор, а привод осуществлять электромоторами. Этот вариант позволял существенно увеличить время работы робота, но на данный момент это не требовалось, к тому же появлялись сложности с установкой (генератор всё-таки относительно большой, тяжелый и создает вибрации при работе). Также непонятен был вопрос сопряжения с системой управления, в частности автоматический запуск генератора.

Потом нужно было определиться с электромоторами и приводом колес. После недолгих обсуждений мы пришли к выводу, что мотор-колесо является самым простым в реализации вариантом. Подходящие мотор-колеса быстро нашлись (в Китае, разумеется).

Мотор-колесо 14,5 дюймов

В основном китайские магазины продают мотор-колеса для разных электровелосипедов, самокатов и т.д. Эти колеса характеризуются высокими оборотами, небольшой шириной шины (не всегда, но как правило) и протектором для езды по асфальту. Нам же нужна была небольшая скорость, высокий крутящий момент и большая ширина резины с соответствующим протектором для езды по грязи. И такой мотор нашелся — 14,5 дюймов резина с относительно хорошим протектором, встроенный редуктор, мощность 300 Вт, напряжение питания 24 В. К мотору прилагался Test Report.

Характеристики мотор-колеса

Немедленно были закуплены два колеса (по отдельности, чтобы не провоцировать жадность отечественной таможни, ибо колеса недешевые).

А теперь, собственно, перейдем к конструкции корпуса. Робот первоначально задумывался для езды по картофельным бороздам. Колея должна была соответствовать ширине двух борозд (около 120 см). Вот только борозды, как оказалось, у всех разной ширины (и это в пределах одной деревни!). Значит, нужно было сделать регулируемую ширину колеи, а это не так просто. Облегчало задачу то, что менять ширину колеи на ходу не требовалось. Как обычно, сложные варианты были отринуты и родилась простая в реализации концепция.

Рама робота. Составные части

Корпус робота состоит из трех частей: центральной и двух бортов. Центральная часть представляет собой отсек (лоток) для оборудования и аккумуляторов и поперечные силовые элементы. В бортовых элементах крепятся колеса. Все элементы рамы выполнены из стальных квадратных профилей. Борта из профиля 30х30 мм, центральная часть 25х25 мм.

Рама робота. Соединение с бортом

Поперечный элемент центральной части вставляется в верхнюю часть вилки борта и фиксируется там болтами (на рисунке не показаны). Изменение ширины колеи происходит путем перемещения борта вдоль поперечного элемента с последующей фиксацией.

Конструкция получилась простая, но отнюдь не идеальная. Первым очевидным недостатком является поперечная жесткость конструкции, а точнее почти полное её отсутствие.

Робот-колхозник. Вид спереди

Как видно из картинки, единственным элементом, обеспечивающим жесткость в поперечном направлении является профиль центральной части. Решить проблему могла бы установка дополнительных силовых элементов между бортами и центральным отсеком (показано зеленым). Но это сразу сделало бы невозможным проезд по огороду при невыкопанном картофеле — нижние силовые элементы ломали бы ботву и задевали бы гребень.

Робот-колхозник. Вид сверху

Так как мы не нашли какого-то внятного и простого в исполнении решения для увеличения жесткости с сохранением высокого клиренса, то было принято решение оставить всё как есть до испытаний. Там будет видно, хватит ли нам этой жесткости или нужно будет принимать какие-то меры.

Итак, конструкция разработана. Теперь самое время пилить, сверлить, варить и т.д. Но сначала надо закупить материалы.

Закупленные матералы (все профили 3 м)

Далее нарезаем в размер и свариваем. Начинаем с бортовых вилок (группа деталей, образующих крепление колеса). Сварить надо очень точно. А так как сам я патологический рукожоп во всем, что касается механики, то работы по сварке я доверил людям более опытным:)

Сварка бортовой вилки
Сварка бортовой вилки

Вилку сварили, сделали паз для крепления оси колеса и тут нас ждало первое фиаско. Модель разрабатывали на скорую руку — время поджимало, поэтому креплению колеса уделили недостаточно внимания. Внезапно оказалось, что длина оси колеса недостаточная и закрутить гайки с внешней стороны профиля не получится. Пришлось срезать внешнюю часть профиля в районе паза, чтобы закрутить гайки с внутренней стороны профиля.

Бортовая вилка. Крепление колеса

И снова фиаско! Штатная гайка М14 с фланцем чуть-чуть не влезала внутрь профиля.

Бортовая вилка. Снова фиаско!

Тогда была немедленно вытащена из закромов Родины обычная гайка М14. Но, хотя сама она нормально входила внутрь профиля, закрутить её не представлялось возможным — никаким ключом было не подлезть (включая головки, торцевые и свечные). Слишком маленькое расстояние между гранью гайки и стенкой профиля. Всё предприятие грозило накрыться медным тазом не успев начаться.

Пришлось сделать перерыв в работе на целый день для мозгового штурма. В результате обсуждения было выработано простое решение — берем гайку М12, рассверливаем её и нарезаем резьбу М14. Так как гайка М12 меньше, то её уже вполне можно закрутить тонкостенным свечным ключом (свечной ключ от мотокосилки подошёл идеально).

Гайки: штатная (справа) и доработанная М12 (слева)

И вот, наконец, колесо установлено.

Вилка с установленным колесом

После того как методика установки колес была отработана можно было варить борт полностью. Для точной установки деталей в одной плоскости использовались сварочные магниты и удачно подвернувшийся прицеп с плоским дном.

Сварка борта

Борт сварен!

Готовый борт

Дальше всё пошло быстро — технология была уже отработана.

Две бортовые рамы

После сварочных работ образовался вот такой комплект деталей. Преимуществом такой компоновки является то, что рама легко разбирается и комплект деталей может перевозится даже на легковом автомобиле (нет объемных деталей).

Рама робота в разобранном виде

Вставляем поперечины в верхние профили вилок и получаем почти готовую конструкцию.

Рама робота собрана

Почти, потому что нам нужно ещё закрепить два уголка, которые будут образовывать центральный отсек для аккумуляторов и оборудования. Уголки устанавливаются на болты исходя из требований транспортабельности.

Полностью собранная рама

Вот так это и будет выглядеть в результате. Колеса не установлены, так как их было закуплено только два — оставшиеся не успели закупить до начала работ.

Полностью собранная рама

Все работы по сборке были проведены ещё в августе во время моего отпуска, но только сейчас дошли руки всё это описать. Работы будут продолжены как только будут докуплены оставшиеся колеса и драйверы для них.

Сейчас главная задача — разработать (или купить готовое) оборудование для управления этим чудовищем. Хотя бы просто с пульта на прямом дистанционном управлении поездить.

About the Author: admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.