🤖Любой современный робот – это единый и сложный механизм, нацеленный на выполнение определенных задач и состоящий из определенных блоков, каждый из которых имеет свое особое функциональное значение.

💡Механизм - это совокупность подвижно соединенных частей, в которой при движении одного элемента (звена) другие звенья выполняют определенные согласованные движения. Предназначен он для передачи или преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое движение других тел.

❓Звено механизма - одно или несколько соединенных абсолютно твердых тел (т.е тела деформацию которых можно не учитывать), соединенных между собой неподвижно и движущихся как единое цело. Однако, существует вид механизмов и с гибкими звеньями о которых будет упомянуто позднее. Два звена механизма могут образовывать кинематическую пару.

⚠️Все неподвижные детали механизма образуют одну устойчивую систему тел, называемую неподвижным звеном или стойкой (например, корпус чего-либо)

📣Кинематическая пара – это соединение двух звеньев, обеспечивающее определенное относительное движение (движение тела относительно подвижной системы отсчета). Она может быть высшей и низшей.

🔽🔼Низшая кинематическая пара подразумевает соприкосновение звеньев по поверхности, а высшая исключительно по линии или в определенной точке.

🔗Кинематическая цепь – это совокупность звеньев, образующих между собой кинематические пары. Таким образом, механизм состоит из подвижных и неподвижных звеньев, кинематических пар, образующих кинематические (движущиеся) цепи. 

Механизмы бывают плоскими и пространственными.

1️⃣Плоские механизмы -  это механизмы, все точки звеньев которых движутся в параллельных плоскостях.

2️⃣Пространственные механизмы – это механизмы, все точки звеньев которых движутся или по кривым траекториям, или в пересекающихся плоскостях.

Выделяют следующие основные типы механизмов:

1️⃣Рычажные механизмы – механизмы, содержащие исключительно низшие кинематические пары.

2️⃣Кулачковые механизмы – механизмы, содержащие исключительно высшие кинематические пары.

3️⃣Фрикционные механизмы – механизмы, где передача движения происходит за счет сил трения.

4️⃣Зубчатые механизмы – механизмы, содержащие зубчатые колеса.

5️⃣Механизмы с гибкими звеньями – механизмы, содержащие звенья, не являющиеся абсолютно твердыми телами.

🔔Мы уже рассмотрели понятие кинематической пары механизмов в прошлом пункте. Примечательно, что в кинематической паре следует различать ведущее и ведомое звенья. Таким образом, звено, задающее движение, называют ведущим, а получающее – ведомым.

💡Механическая передача – это механизм для преобразования (передачи) вращательного движения с ведущего звена различных машин на ведомое. Именно механическая передача обеспечивает возможность повышения или понижения скорости, силы, изменения направления движения, а также приведения в движение сразу нескольких звеньев и механизмов одним двигателем.

⚠️Большинство механических передач можно разделить на повышающие и понижающие.

🥇Повышающие механические передачи – это механизмы, где большое ведущее колесо вращает маленькое ведомое, увеличивая скорость вращения, однако уменьшая крутящий момент (сила, которую выдает двигатель) в кинематической паре.

🥈Понижающие механические передачи – это механизмы, где маленькое ведущее колесо вращает большое ведомое, уменьшая скорость вращения, однако увеличивая крутящий момент в кинематической паре.

Различают следующие основные виды механических передач:

1️⃣Зубчатая передача – это механизм, служащий для передачи вращательного движения с одного вала на другой и изменения частоты вращения посредством использования зубчатых колес и реек. Зубчатая передача состоит из двух колес, находящихся в зацеплении. Меньшее колесо из сопряженной пары называют шестерней, а большее – зубчатым колесом.  

2️⃣Ременная передача – это механизм, передающий вращательное движения от одного шкива (колеса) к другому посредством использования специального ремня. Ременная передача может быть прямой, обеспечивая вращение двух колес в одном направлении, и перекрестной, обеспечивая движение шкивов в разных направлениях.

3️⃣Коронная передача – это механизм, передающий вращательное движение посредством использования прямозубой (типичный вариант шестерни) и коронной (особый тип шестерен, их зубья находятся на боковой поверхности) шестерни. Данная передача способна изменить направление вращательного движения на 90 °.

4️⃣Червячная передача (зубчато-винтовая) – это механизм, передающий вращательное движение посредством использования зубчатого колеса и винта (червяка). Данная передача имеет возможность самоторможения, а также способна изменять направление вращательного движения на 90 °.

5️⃣Фрикционная передача – это механизм, использующий силу трения для передачи механической энергии.

🤫Основным элементом, в котором располагаются все остальные детали и механизмы роботов, является его корпус. В большинстве случаев он является также и несущей, силовой составляющей всей конструкции, т.к способен обеспечить необходимое взаимное расположение всех звеньев механизмов робота.

🛡Главная функция несущего корпуса – это защита конструкции аппарата от внешних воздействий и обеспечение связи между механизмами устройства. Корпус робота разделяют на 2 вида: внешний и внутренний (каркас).

💯В современном мире несущий корпус робота изготавливается из разных материалов в зависимости от целей и задач использования устройства. Чаще всего склоняются к использованию стали, алюминия или пластика. Стоит отметить, что в местах, где необходимо размещение электрических систем, следует использовать пластик или другие непроводящие материалы.

🔔В различных машинах используются механизмы, которые состоят из вращающихся элементов. Чтобы поддерживать необходимое вращение, инженеры внедряют в них специальные детали – валы и оси.

💡Вал – это деталь механизма, передающая крутящий момент вдоль своей оси от двигателя на другие элементы, тем самым вызывая их вращение.

⚠️Часто можно встретить понятия “ведущий вал” и “ведомый вал”: ведущий вал передает движение на передачу, а ведомый вал как раз-таки и получает это движение.

❓Ось – стержень, не передающий крутящего момента, на котором держаться вращающиеся детали. Делятся на подвижные (вращаются вместе с элементами на ней) и неподвижные.

✔️Зубчатые колеса, шкивы (колесо, имеющие обод по окружности), муфты (деталь, соединяющая два элемента многокомпонентного механизма) и другие элементы размещаются на валах и осях. Для изготовления данных деталей чаще всего используют стали Ст40 и Ст45.

🔔Прежде чем перейти к разбору следующего элемента механизмов важно упомянуть одно из важнейших физических понятий - трение.

❓Трение - это процесс механического взаимодействия физических тел, который проявляется при их относительном перемещении в плоскости контакта.

⚠️Сила трения - это сила, возникающая при соприкосновении двух тел и препятствующая их относительному перемещению.

Выделяют 3 вида трения:

1️⃣Трение покоя. Возникает между поверхностями покоящихся тел и препятствует возникновению их относительного движения.

2️⃣Трение скольжение. Возникает при движении одного тела относительно другого.

3️⃣Трение качения. Возникает, когда одно тело катится по поверхности другого тела.

В физике также выделяют 2 вида трения в зависимости от типа трущихся поверхностей:

1️⃣Сухое трение. Возникает в зоне контакта твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки.

2️⃣Вязкое трение. Возникает при движении твердого тела в жидкой или газообразной среде.

🔔В качество опор для валов и осей используются подшипники, которые способны поддерживать их с определенной жесткостью.

⚠️Главная задача подшипника - обеспечить фиксацию оси или вала в пространстве, их свободное вращение или качение, передачу нагрузки. Именно от их качества в значительной степени зависит работоспособность и долговечность машин.

По направлению воспринимаемой нагрузки подшипники делятся на 3 типа:

1️⃣Радиальные подшипники – подшипники, воспринимающие радиальную нагрузку, поперек его оси.

2️⃣Упорные подшипники – подшипники, воспринимающие осевую нагрузку, вдоль его оси.

3️⃣Упорно-радиальные подшипники – подшипники, способные воспринимать радиальную и упорную нагрузки.

По виду трения подшипники делятся на 2 типа:

1️⃣Подшипники качения (преобладает трение качения)

2️⃣Подшипники скольжения (преобладает трение скольжения)

📣Пружина – один из наиболее широко применяемых элементов в механизмах.

❓Используется для снятия вибрация, компенсации износа, проведения различных измерений, предохранения от ударов и нагрузок. Однако, все-таки главной функциональной целью пружины являются поглощение, накопление и отдача механической энергии.

💡Пружина может быть изготовлена из любого материала, имеющего необходимые упругие и прочностные свойства. Наиболее часто применяются стальные пружины общего назначения, как правило изготавливаемые из высокоуглеродистой стали, нержавейки.

По виду воспринимаемой нагрузки пружины можно разделить на 4 вида:

1️⃣Пружины сжатия, которые рассчитаны на уменьшение длины под определенной нагрузкой.

2️⃣Пружины растяжения, которые рассчитаны на увеличение длины под определенной нагрузкой.

3️⃣Пружины изгиба, которые применяются для передачи упругих деформаций при незначительных изменениях их геометрических размеров.

4️⃣Пружины кручения – тип пружин, который сопротивляется крутящему моменту (сила, вращающая тело). Они в свою очередь делятся на 2 подтипа:

1️⃣Торсионные пружины – пружины, которые работают путем скручивания своего конца вдоль своей оси, тем самым сопротивляясь крутящему моменту.

2️⃣Спиральные пружины – пружины, имеющие форму спирали и обладающие возможностью оказания сопротивления крутящему моменту (пружина подвергается скручиванию вокруг ее оси).

🔔Муфта – это делать, которая постоянно или временно соединяет элементы в многокомпонентном механизме с целью формирования непрерывного участка или передачи крутящего момента от ведущей части к ведомой.

🤫Муфты используются давно и потому нашли широкое применение в различных сферах жизни. Стыковка отдельных элементов механизма – основное назначение любой муфты, однако они могут выполнять и следующие функции:

➖Передача энергии при сохранении исходной мощности.
➖Прерывание потока тепла
➖Увеличение длины соосных валов
➖Выполнение функций амортизатора
➖Компенсирование перекосов

По назначению муфты можно разделить на следующие типы:

1️⃣Соединительные муфты, обеспечивающие соединение определенных составляющих системы.
2️⃣Стыковые муфты, предназначенные для фиксации поврежденных участков.
3️⃣Обжимные муфты, предназначенные для ликвидации повреждений в детали методом обжима, в том числе для восстановления герметизации.
4️⃣Компенсирующие муфты, ликвидирующие возможные последствия от перекосов в системе.
5️⃣Предохранительные муфты, использующиеся для контроля крутящего момента и способные разрывать соединение при превышении его допустимых значений.
6️⃣Пусковые муфты, предназначенные для плавного запуска механизма, нуждающегося в защите от чрезмерных нагрузок.

🙂Добрый день!

🔔Основная часть разделов "Робототехника: наука о роботах" и "Механизмы в роботах" подошла к концу. Материал будет дополняться в дальнейшем, однако сейчас в целях сохранения логической последовательности информации начнется публикация статей нового обширного раздела - "Устройства в роботах".

🤫Раздел "Устройства в роботах" включит описание целей и принципа работы всех основных устройств и датчиков, используемых при разработке роботизированных систем.

🔜Первая статья раздела выйдет 10 января в 10.00 по мск.

😮Все вышедшие статьи появятся в отдельном разделе на нашем сайте, csifuture.com, также 10 января.

☀️Были бы рады обратной связи, нам очень важно ваше мнение касательно публикуемого нами материала. Спасибо!

🔔С целью разработки полноценного функционального робота его активно оснащают различными устройствами и датчиками.

🆒Главная цель данных элементов в роботе - предоставить устройству возможность взаимодействовать с окружающей средой.

⚠️Таким образом, устройства, такие как двигатели, серводвигатели, аккумуляторы и другие элементы, о которых мы поговорим чуть позже, предоставляют роботу возможность выполнять различные задачи в окружающем его пространстве.

❓В свою очередь датчики, чувствительные устройства, заменяющие роботу человеческие органы чувств, обеспечивают ориентацию робота в пространстве и корректное взаимодействие с окружающей его средой.

Датчики разделяют на два основных вида:

1️⃣Внутренние датчики - датчики, предоставляющие данные о роботе, такие как его положение в пространстве, скорость и ускорение.

2️⃣Внешние датчики  - датчики, предоставляющие данные об окружающей среде, к примеру, о влажности или температуре воздуха.

😢К сожалению, по техническим причинам мы вынуждены отложить выпуск раздела CSI BASE на нашем сайте.

💯Раздел появится уже в ближайшие дни.

🔄Публикация раздела намечена на 17 января.

❓Двигатель - это устройство, которое преобразует какой-либо вид энергии в механическую работу.

🔔В современном миру существуют самые разные виды двигателей. Наиболее популярные из них:

1️⃣Пневмодвигатели -  двигатели, преобразующие энергию воздуха в механическую работу. Их разделяют на объемные (работа совершается в результате расширения сжатого воздуха в цилиндрах) и турбинные (работа совершается за счёт воздействия потока воздуха на лопатки турбины).

2️⃣Гидродвигатели - двигатели, преобразующие энергию воды в механическую работу. Гидродвигатели делят на объемные (действуют от гидростатического давления) и динамические (поток жидкости вращает лопастное колесо).

3️⃣Тепловые двигатели -  двигатели, использующие теплоту внешних источников (двигатель внешнего сгорания) или теплоту, получаемую при сгорании топлива внутри двигателя (двигатель внутреннего сгорания), для совершения механической работы.

⚠️К слову, в большинстве современных автомобилей используется именно двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Большая часть таких двигателей является четырехтактными.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех фаз:

1️⃣Впуск. Горючая смесь попадает в камеру сгорания. Поршень перемещается из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку. Выпускной клапан закрыт, впускной открыт.

2️⃣Сжатие. Поршень начинает обратное движение, тем самым сжимая горючею смесь. Оба клапана закрыты.

3️⃣Рабочий ход. В конце такта сжатия происходит поджигание горючей смеси свечой - происходит ее сгорание с выделением большого количества теплоты. Оба клапана закрыты. Поршень начинает движение вниз.

4️⃣Выпуск. Отработавшее топливо удаляется наружу через выпускной клапан. Поршень поднимается в верхнюю мертвую точку.

❗️Энергия топлива преобразуется в механическую работу.

🤫Однако в современных роботах в основном используются электрические двигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую работу.

В целом электрические двигатели делят на три вида:

1️⃣Двигатели переменного тока - двигатели, работающие от переменного тока.

2️⃣Двигатели постоянного тока - двигатели, работающие от постоянного тока.

3️⃣Универсальные двигатели - двигатели, работающие от двух видов тока.

🔍В целом принцип работы электродвигателя строится на взаимодействии ротора ( другое название - якорь, подвижная часть электродвигателя) и статора (второе название - индуктор, неподвижная часть электродвигателя). Якорь имеет обмотку, проводящую ток. Статор представляет из себя электромагнит. Вращение ротора объясняется силой Ампера, которая действует на проводник с током в магнитном поле. Явление будет описано в следующем разделе.

📣Драйвер двигателя - это электронная схема, которая выступает посредником между управляющим устройством и двигателем.

💡Основная цель драйвера двигателя - управление устройством посредством преобразования электронных сигналов. Говоря простым языком, он делает поступающие сигналы-команды понятными для устройства.

⚠️Драйверы двигателя используются для контроля и регулирования скорости, направления и других параметров двигателя.

❓Драйверы могут иметь и дополнительные функции, такие как контроль перегрузок в цепи, защита от переполюсовки и другие.

🙂CSI BASE уже доступен на нашем сайте.

Ссылка: csifuture.com/csibase

🔔Раздел "Робототехника: наука о роботах" уже готов к использованию, раздел "Механизмы в роботах" проходит техническую проверку и появится на просторах интернета в течение пары часов.

⚠️Приносим вам свои извинения за задержку публикации статей раздела "Устройства в роботах". Пункт 3.4 выйдет уже 20 января в 12.00 по мск. Сейчас раздел насчитывает 40 статей, обещаем ускорить их публикацию. Все статьи будут также паралельно публиковаться на нашем сайте уже в ближайшие дни.

❓Трансмиссия - это совокупность механизмов, передающих крутящий момент от двигателя к ведомым элементам, что позволяет роботу двигаться.

⚠️Главная цель трансмиссии - преобразование и передача крутящего момента.

По способу передачи энергии выделяют 4 основных вида трансмиссии:

1️⃣Механическая трансмиссия - трансмиссия, где передача движения осуществляется за счет взаимодействия механических элементов, таких как зубчатые колеса, ремни и т.д. Является наиболее простым и экономичным видом трансмиссии.

2️⃣Гидромеханическая трансмиссия - трансмиссия, где передача движения осуществляется за счёт давления на трансмиссионную жидкость. Данный вид трансмиссии включает в себя гидротрансформатор.

3️⃣Гидравлическая трансмиссия - трансмиссия, где передача движения происходит за счёт давления на трансмиссионную жидкость, получаемого при работе гидравлического насоса.

4️⃣Электрическая трансмиссия - трансмиссия, где передача движения осуществляется за счёт совместного использования электрогенератора и электродвигателя.

🔔Важнейшей составной частью трансмиссии является коробка передач.

Основные функции коробки передач:

▪️Передача крутящего момента
▪️Изменение скорости вращения
▪️Корректировка движения

P.S Ещё раз извиняемся за задержку.

🔔Управление двигателем – довольно сложная система, состоящая из двух основных элементов – блока управления двигателем и микроконтроллера.

❓Блок управления двигателем – это основополагающее устройство, которое регулирует работу двигателя и служит неким промежуточным звеном между блоком питания, микроконтроллером и двигателем.

🤫Блок управления двигателем обеспечивает нужный ток при требуемом напряжении, однако не может контролировать параметры работы двигателя, к примеру, его скорость вращения.

💡Для этого блок управления двигателем взаимодействует с микроконтроллером, который и отвечает за контроль параметров работы устройства.

⚠️Микроконтроллер – это небольшой компьютер, обычно расположенный на единичной микросхеме, для управления чем-либо.

🙂Совместная работа, включающая в себя сбор данных с датчиков, преобразование этих сигналов в цифровые, проводимое блоком управления, и их обработка микроконтроллером, как раз таки и позволяет контролировать все параметры работы двигателя.

CSI BASE уже доступен на нашей сайте!

🔗Ссылка: csifuture.com/csibase

📣Сейчас уже опубликованы 2 раздела статей: "Робототехника: наука о роботах" и "Механизмы в роботах".

⌛В данный момент в нашем Telegram-канале CSI BASE продолжается публикация статей раздела "Устройства в роботах".

🥸Пока CSI BASE испытывает некоторые изменения и публикация статей немного задерживается, предлагаем вам к прочтению сборник статей из цикла "История робототехники" от CSI:

▪️История создания первого промышленного робота.
▪️Unimate: как устроен первый промышленный робот?
▪️Японское робототехническое чудо: как страна стала мировым центром робототехники?
▪️История советской робототехники.
▪️История советской промышленной робототехники.
▪️Робототехника: что нас ждёт в будущем? (4 части)
▪️История развития искусственного интеллекта.

🙂Приятного чтения!

🔔Привод — один из ключевых компонентов любого робота, обеспечивающий движение его составных частей. Он преобразует поступающую энергию в механическую работу, позволяя роботам выполнять самые различные задачи.

Привод включает в себя несколько ключевых компонентов:

▪️Двигатель 
▪️Трансмиссия
▪️Система управления
▪️Источник энергии 

Виды приводов:

1️⃣Электрические приводы – приводы, преобразующие электрическую энергию в механическое движение.

2️⃣Гидравлические приводы – приводы, преобразующие энергию потока жидкости в механическое движение.

3️⃣Пневматические приводы – приводы, преобразующие энергию сжатого воздуха в механическое движение.

4️⃣Пьезоэлектрические приводы – приводы, основанные на принципе пьезоэффекта.

❓Пьезоэффект – эффект, описывающий возможность отдельных материалов при их растяжении или сжатии создавать электрические заряды и наоборот. К слову, пьезоэффект бывает прямым (изменение формы материала приводит к возникновению электрических зарядов) и обратным (когда наличие электрического поля приводит к изменению формы материала).

В автомобилестроении выделяют 3 основных вида приводов:

1️⃣Передний привод – привод, приводящий в движение исключительно переднюю ось автомобиля. (задние колеса вращаются свободно)

2️⃣Задний привод – привод, приводящий в движение исключительно заднюю ось автомобиля. (передние колеса вращаются свободно)

3️⃣Полный привод – привод, приводящий в движение обе оси автомобиля.

👀Сервопривод — это устройство, предназначенное для управления положением механического объекта с помощью системы обратной связи.

❓Главная цель сервопривода — обеспечить точное и стабильное позиционирование объекта в пространстве.

🤫Сервоприводы могут работать с различными типами задач: от простого поворота до более сложных движений с регулировкой скорости, угла и усилия.

💡Работа сервопривода основывается на системе обратной связи. Когда сервопривод получает команду от контроллера (например, переместить объект на определённый угол), он начинает вращать двигатель до тех пор, пока датчик не зафиксирует, что положение достигло заданного значения. Это обеспечивается использованием датчиков угла или положения, передающих информацию обратно в систему управления. Таким образом, сервопривод автоматически корректирует своё движение, обеспечивая необходимое позиционирование.

❓Материнская плата – это центральная плата, на которой расположены ключевые электронные компоненты робота. Она обеспечивает связь между процессорами, сенсорами, механизмами и другими компонентами робота.

Основные функции материнской платы:

1️⃣Передача сигналов между электронными компонентами робота.

2️⃣Управление исполнительными механизмами

3️⃣Обработка поступающих от датчиков данных

4️⃣Обеспечение корректного энергоснабжения

5️⃣Возможность подключения внешних модулей

💡Материнская плата в робототехнике включает несколько ключевых элементов, которые обеспечивают ее функциональность:

1️⃣Процессор – основной элемент вычислительных устройств, выполняющий обработку данных. В роботах им могут выступать микроконтроллеры или одноплатные компьютеры (компьютер, собранный на одной печатной плате), к примеру, Raspberry Pi и Arduino.

2️⃣Модули памяти – элементы, необходимые для хранения программного кода и данных. Различают оперативные запоминающие устройства (ОЗУ или RAM) и постоянные запоминающие устройства (ПЗУ или ROM). RAM используется для кратковременного хранения данных, ROM – для постоянного.

🔤Разъемы, используемые для подключения к материнской плате различных датчиков и исполнительных механизмов, используемых роботом.

4️⃣Порты, предназначенные в первую очередь для возможности взаимодействия с внешними устройствами.

5️⃣Система энергопитания – система электронных устройств, необходимая для контроля за подачей напряжения. Она может включать в себя преобразователи напряжения, защитные схемы и т.д. К примеру, на плате может располагаться схема защиты от подачи повышенного и пониженного напряжений (OVP – Over Voltage Protection / UVP – Under Voltage Protection), которая способна отключить блок питания при несоответствии значений напряжения допустимым нормам.