Универсальный мехатронный модуль для мобильного робота

На начальных этапах исследования рассмотрены теоретические аспекты построения мехатронного модуля: общее описание мобильных роботов и мехатронных модулей, принципов построения 3Д модели объекта, существующих типов датчиков положения и силы, основных функций, которыми должен обладать мехатронный модуль.
Далее была построена 3Д модель универсального мехатронного модуля в программном обеспечении Autodesk inventor 2020.
Следующим этапом был произведен расчет основных характеристик мехатронного модуля и на основе этих расчетов отбор оборудования для его сборки .
Заключительным этапом является разработка силовой схемы мехатронного модуля и чертежей деталей.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 17

1 Теоретические аспекты построения мехатроного модуля для мобильного
робота …………………………………………………………………………………………………………. 19

1.1 Сущность мехатроники и мехатронных модулей ………………………………. 19

1.2 Мобильные роботы …………………………………………………………………………… 25

1.3 Мехатронные модули ……………………………………………………………………….. 30

1.4 Датчики и их роль при построении мехатронного модуля …………………. 31

1.5 Принципы построения 3Д модели мехатронного модуля …………………… 36

1.6 Функции мехатронного модуля и его применение …………………………….. 39

2 Разработка универсального мехатронного модуля для мобильного робота 41

2.1 Разработка конструкции универсального мехатронного модуля ………… 41

2.1.1 Крепежная платформа ………………………………………………………………… 41

2.1.2 Элемент для крепления оборудования сверху и снизу …………………. 42

2.1.3 Винт клиренса …………………………………………………………………………….. 42

2.1.4 Уравновешивающая балка ………………………………………………………….. 43

2.1.5 Металлическая труба крепления колеса ………………………………………. 43

2.1.6 Подвижная платформа для оборудования ……………………………………. 44

2.1.7 Привод клиренса и поворота ……………………………………………………….. 44

2.1.8 Мотор-колесо ……………………………………………………………………………… 45

2.1.9 Датчики положения …………………………………………………………………….. 45

2.1.10 Датчики силы ……………………………………………………………………………… 46

2.1.11 Сборка 3Д элементов универсального мехатронного модуля……….. 46

2.2 Расчет мощности и выбор двигателя мотор-колеса ……………………………. 47

2.3 Расчет мощности и выбор привода клиренса …………………………………….. 54
2.4 Расчет мощности и выбор привода поворота …………………………………….. 63

2.5 Расчет емкости аккумулятора …………………………………………………………… 66

2.6 Способы управления универсальным мехатронным модулем ……………. 67

2.7 Выбор датчиков положения ……………………………………………………………… 69

2.8 Выбор датчик силы и основные принципы монтажа …………………………. 72

2.9 Выбор параметров силовой цепи ………………………………………………………. 76

3 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение … 77

3.1 Общие сведения об исследовании …………………………………………………….. 77

3.2 Цели и результаты проекта ……………………………………………………………….. 77

3.3 SWOT-анализ ……………………………………………………………………………………. 78

3.4 Организация и планирование ОКР (НИР) работ ………………………………… 80

3.5 Продолжительность этапов работ ……………………………………………………… 81

3.6 Расчет сметы затрат на выполнение проекта……………………………………… 86

3.6.1 Расчет затрат на материалы…………………………………………………………. 86

3.6.2 Расчет заработной платы …………………………………………………………….. 87

3.6.3 Расчет затрат на социальный налог ……………………………………………… 88

3.6.4 Расчет затрат на электроэнергию ………………………………………………… 89

3.6.5 Расчет амортизационных расходов ……………………………………………… 90

3.6.6 Расчет расходов, учитываемых непосредственно на основе
платежных (расчетных) документов (кроме суточных) …………………………… 92

3.6.7 Расчет прочих расходов ………………………………………………………………. 93

3.6.8 Расчет общей себестоимости разработки …………………………………….. 93

3.6.9 Расчет прибыли ………………………………………………………………………….. 93

3.6.10 Расчет НДС ………………………………………………………………………………… 94

3.6.11 Цена разработки ОКР (НИР) ……………………………………………………….. 94
3.7 Оценка экономической эффективности проекта ………………………………… 94

4 Социальная ответственность ………………………………………………………………….. 96

4.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности. …… 97

4.1.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя)
правовые нормы трудового законодательства. ………………………………………… 97

4.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя. ……………………………………………………………………………………….. 98

4.2 Профессиональная социальная безопасность…………………………………… 100

4.2.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть при
эксплуатации объекта исследования. ……………………………………………………. 100

4.2.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть на
рабочем месте при проведении исследований. ………………………………………. 103

4.2.3 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия
опасных и вредных факторов. ………………………………………………………………. 112

4.3 Экологическая безопасность …………………………………………………………… 118

4.3.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду ….. 119

4.3.2 Анализ «жизненного цикла» объекта исследования …………………… 119

4.3.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды…………. 120

4.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………… 120

4.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований ……………………………………………………………………………………….. 121

4.4.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть при проведении
исследований ……………………………………………………………………………………….. 122

4.4.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС ………………………………………. 122

Заключение ……………………………………………………………………………………………….. 125
Список публикаций ……………………………………………………………………………………. 126

Список используемых источников ……………………………………………………………… 127

Приложение А (обязательное). The essence of mechatronics and its main
characteristics …………………………………………………………………………………………….. 133

Приложение Б (обязательное). Силовая схема универсального мехатронного
модуля……………………………………………………………………………………………………….. 143

Приложение В (обязательное). Чертежи крепежных элементов и деталей
мехатронного модуля …………………………………………………………………………………. 145

В рамках данной магистерской диссертации был разработан
универсальный мехатронный модуль для мобильного робота. Он способен
работать в помещениях с небольшими неровностями пола. Также он может
управлять высотой дорожного просвета (клиренс) и поворотом мотор-колеса и
производить их мониторинг.
Универсальный мехатронный модуль может быть использован в сферах,
где работает множество роботов. Преимущество использования такого
устройства заключается в том, что можно использовать различные вариации
функциональных возможностей такого модуля.
В соответствии с поставленной целью были решены следующие задачи:
 разработана 3Д модель конструкции универсального мехатронного
модуля;
 рассчитана мощность и выбрано мотор-колесо;
 произведены расчет и выбор привода клиренса и привода поворота
колеса;
 определена емкость аккумулятора для мехатронного модуля;
 подобран по параметрам блок управления мотор-колеса;
 выбраны датчики положения клиренса и поворота;
 разработана силовая схема мехатронного модуля.
В дальнейшем будут вестись работы в следующих направлениях:
– модернизировать платформу и алгоритмы передвижения, чтобы
вывести робота на пересеченную местность;
– разработать более прочные корпусные детали для герметизации, чтобы
никакие вредные факторы не смогли оказать действия на электронику.
Планируется опробовать данный мобильный робот с универсальными
мехатронными модулями в области ликвидации последствий чрезвычайных
ситуаций совместно с другими роботами.
Список публикаций

1. Куанышев С.С. Разработка автономной мобильной тележки с
гусеничным движителем // Молодежь и современные информационные
технологии: сборник трудов XVII Международной научно-практической
конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Томск, 17–20 февраля
2020 г.) / Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского
политехнического университета, 2020. –C. 234-235;