Перевозчик свинца или как возить тяжести

Всем привет 👋 Недавно (почти месяц назад) проходила "Олимпиада робототехников Волгодонска на изоляции", где в номинации "Доставка гречки" мне удалось занять 1 место. Задача состояла в том, чтобы перевезти максимально тяжёлый груз на роботе, имеющем размер 25x25x25 см. В этой статье я расскажу о том, как мне не только удалось собрать робота, но и перевезти на нём 30 килограммов.

 

Сразу после объявления заданий я начал разрабатывать идею робота. Необходимо было понять, какие критерии важны при перевозке тяжёлого груза. Я решил, что, во-первых, нагрузка должна распределяться равномерно, во-вторых, робот должен иметь как можно больше точек опоры, чтобы нагрузка опять же распределялась равномерно. Также робот не должен прогибаться под весом тяжести, соответственно, иметь прочную конструкцию, которая позволит осям и балкам не проломиться под весом тяжести.

Вооружившись этими знаниями, я пошёл делать робота. Так как робот должен не просто стоять, но и ехать, опираться он должен скорее всего на колёса (или на гусеницы), и, вероятно, оно должно быть не одно.  Поэтому, я собрал все свои колёса вместе и начал думать, какие из них подойдут идеально для этого случая. Лучшим решением стали обычные колёса из наборов Lego, которые идут вместе с основными конструкторами (EV3 и NXT). Во-первых, их было много (спойлер: не достаточно), а также они не были слишком большими или слишком маленькими. Затем надо было разработать какой-то базовый элемент, из которого бы состояла вся конструкция. Он должен быть компактным, прочным и хорошо соединяемым с другими такими же элементами. Также необходимо было учитывать, что оси имеют удивительное свойство - они могут и будут гнуться сильнее, чем балки. Поэтому оси, на которых держаться колёса, должны во многих местах соединяться с конструкцией. Также оси имеют ограничение по длине. Идеальным оказался вариант базового элемента с двумя колёсами, по краям и между которыми стояли балки, соединяющие ось с конструкцией. Вот фото такого элелемента:

Такой вариант имеет много вариантов крепления с другими элементами во всех осях, а также является практически максимально компактным. Исходя из количества колёс и деталей, таких элементов было сделано 10 штук. Они были соединены в ряды по 2 элемента и эти ряды были соединены между собой. Впоследствии было создано ещё 2 элемента, на которые не хватило 1 колеса. В итоге снизу это стало выглядеть вот так:

А сверху вот так:

Как видно все элементы соединились между собой, образовав плоскую платформу, которая выдерживает даже 50 килограмм.

 

Но, к сожалению, груз нужно не просто выдержать, но и перевезти, а это не так просто.

Необходимо было сделать редуктор на мощность, который желательно должен быть компактным. Здесь пригодилась червячная передача, ведь, как известно, на "червяке" всего 1 зубец, а это позволяет делать отношение количества зубцов довольно большим. Также я решил делать свою машину почти полноприводной и провести передачу с помощью шестерёнок на 2 ряда колёс. Вот, что из этого получилось

Вся эта конструкция работает за счёт 1 среднего мотора. Такой же редуктор установлен с другой стороны робота. Если я всё посчитал верно, то передаточное число в этом редукторе составляет 1 к 216 (или 216 к 1). В итоге выходит неплохая мощность, способная сдвинуть с места 30 килограммов, однако, как минус мы получаем ОЧЕНЬ медленную скорость передвижения, что и видно на видео.

Думаю, у этой конструкции гораздо больший предел. Самое простое, что можно сделать, это:

  1. Сделать передачу на все колёса.
  2. Везти груз по более твёрдой поверхности, чем линолеум. (ведь колёса под тяжестью груза продавливали его, а из-за этого им приходилось как бы выезжать из ямы)
  3. Поставить больше моторов! А потом ещё больше!
  4. Сделать редуктор более прочным. (поставить в некоторых местах по две шестерни, а также укрепить оси, ведь после видео и оси, и шестерни были не в лучшем состоянии)

Если кто-то захочет сделать нечто подобное и увеличить рекорд, я могу прислать модель в Lego Digital Designer (пишите в ВК, комментариях или в Discord). Также пишите свои идеи, как можно увеличить грузоподъёмность конструкции.

Кстати, скоро (максимум через месяц) будет статья о моей башне с недавних соревнований ФТК.


Робототехника Соревнования
18 июня 2020