Обґрунтування конструкції та параметрів коліс при проєктуванні шасі роботизованої платформи засобами Solidworks Simulation

ОБҐРУНТУВАННЯ КОНСТРУКЦІЇ ТА ПАРАМЕТРІВ КОЛІС ПРИ ПРОЄКТУВАННІ ШАСІ РОБОТИЗОВАНОЇ ПЛАТФОРМИ ЗАСОБАМИ SOLIDWORKS SIMULATION

JUSTIFICATION OF THE DESIGN AND PARAMETERS OF THE WHEELS DURING THE DESIGN PROCESS OF THE CHASSIS OF A ROBOTIC PLATFORM USING SOLIDWORKS SIMULATION

Сторінки: 255-262. Номер: №6, 2022 (315)  
Автори:
ХАРЖЕВСЬКИЙ Антон
Хмельницька гімназія №1 ім. В.Красицького
 ORCID ID: 0000-0003-0911-7881
e-mail: a.kharzhevskyi@gmail.com
ГОРЯЩЕНКО Сергій
Хмельницький національний університет
 ORCID ID: 0000-0001-6623-2523
e-mail: gsl7@ukr.net
ХАРЖЕВСЬКИЙ В’ячеслав
Хмельницький національний університет
 ORCID ID: 0000-0003-4816-2781
e-mail: kharzhevskyi@khmnu.edu.ua
KHARZHEVSKYI Anton
Khmelnytskyi Gymnasium No. 1 named after V. Krasytskyi
HORIASHCHENKO Serhiy, KHARZHEVSKYI Viacheslav
Khmelnytskyi National University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2022-315-6-255-262

Анотація мовою оригіналу

В роботі розглядаються питання проєктування роботизованої платформи для ближньої розвідки територій, зокрема – питання вдосконалення конструкції коліс та науково-обґрунтований вибір їх параметрів. Задача була розв’язана шляхом перевірки запропонованої в роботі конструкції на міцність, що для випадку деталей з пластику вимагає проведення нелінійного статичного аналізу та попереднього визначення величин сил, що діють на колеса у випадку падіння машинки з певної висоти. Показано забезпечення коефіцієнту запасу міцності за критерієм максимальних нормальних напружень. Конструкція реалізована у вигляді комп’ютерної 3D-моделі та виготовлена на 3D-принтері.
Ключові слова: роботизована платформа, розвідка територій, автоматизоване проєктування, комп’ютерне моделювання, нелінійний аналіз.

Розширена анотація англійською  мовою

The design of robotic platform for close reconnaissance of territories is a topical scientific and engineering task, that obviously has a dual purpose – both civilian and military. Despite the fact that leading global companies are engaged in the development of such technical systems, it is important to ensure operation in difficult conditions, in particular in the conditions of the need for increased passability that requires the development of an improved design of wheels and a scientifically based choice of their parameters – which was an aim of the paper. The problem was solved by calculating the strength of the design proposed in the work, that for plastic parts requires to conduct a non-linear static analysis, determination of the forces acting on the wheels in case of its falling from a certain height. It was established that the safety factor is sufficient according to the criterion of maximum normal stresses.
The developed new design of wheels for a robotic machine differs from existing designs by an increased diameter and the presence of a tread that significantly increases the passability compared to known prototypes. As a result of the conducted research, it is shown that the cellular structure of the wheel generally increases the strength and rigidity of the wheels. It was also established that despite the increase in the mass of the wheels to ensure the increased passability of the robotic vehicle, the stress value during impact (falling from a height) is reduced due to the proposed rational design of the wheels, while the minimum safety factor according to the criterion of maximum normal stresses is increased. The design is implemented as a computer 3D model and was manufactured using a 3D printer.
Key words: robotic platform, reconnaissance of territories, automated design, computer modeling, nonlinear analysis.

References

1. Reza N. Jazar. Theory of applied robotics : kinematics, dynamics, and control [Third ed.], Springer, 2022. – 836 с.
2. Boston Dynamics. LEGACY ROBOTS. The robots that built the groundwork for today’s portfolio [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: https://www.bostondynamics.com/legacy.
3. US Army funds horrifying morphing robot cockroach [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: https://www.wired.co.uk/article/robot-cockroach-study
4. Howard W., Musto J. Introduction to Solid Modeling Using SOLIDWORKS 2022 [18 ed.], McGraw Hill, 2022. – 432 с.
5. Georgia State University. Department of Physics and Astronomy. HYPERPHYSICS [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/flobi.html.
6. Mustapha K. Practical Finite Element Simulations with SOLIDWORKS 2022: An illustrated guide to performing static analysis with SOLIDWORKS Simulation, Packt Publishing, 2022. – 480 с.
7. Verma G. SolidWorks Simulation 2017 Black Book [4th ed.], 2016. – 479 с.
8. Kurowski P. Engineering Analysis with SOLIDWORKS Simulation 2018, CRC Press. – 600 с.
9. Coward C. A Beginner’s Guide to 3D Modeling: A Guide to Autodesk Fusion 360, No Starch Press, 2019. – 152 с.
10. Sachidanand J. Autodesk Fusion 360 Exercises – 200 Practice Drawings For Fusion 360 and Other Feature-Based Modeling Software, University of KwaZulu-Natal, 2019. – 113 с.