Μηχανολογικός σχεδιασμός και κατασκευή ρομποτικού οχήματος

Abstract

Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και κατασκευή αυτόνομου ρομποτικού οχήματος διαφορικής οδήγησης. Αρχικά γίνεται παρουσίαση των τελευταίων εξελίξεων στο χώρο των αυτόνομων ρομποτικών οχημάτων. Από τους πολλούς διαφορετικούς κατασκευαστικούς σχεδιασμούς που υπάρχουν, παρουσιάζονται τα αυτόνομα τροχήλατα ρομποτικά οχήματα εσωτερικού χώρου (autonomous indoor vehicles, AIV), με σκοπό να συλλέξουμε πληροφορίες για το σχεδιασμό τους και την εργασία που επιτελούν. Στην συνέχεια ορίσαμε τεχνικές προδιαγραφές που πρέπει να πληροί το ρομποτικό όχημα που θα κατασκευάσουμε και με βάση τις οποίες αξιολογούμε τον σχεδιασμό μας καθώς αναπτύσσεται. Ακολουθεί η κινηματική ανάλυση του ρομποτικού οχήματος κατά την οποία περιγράφεται το ρομπότ διαφορικής οδήγησης με τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του. Προσδιορίζεται ο αριθμός των βαθμών ελευθερίας, καταγράφονται οι κινηματικές εξισώσεις και επιλύονται τα κινηματικά προβλήματα( ευθύ – αντίστροφο). Ο έλεγχος αντοχής του οχήματος πραγματοποιήθηκε με την βοήθεια του λογισμικού πακέτου Ansys. Στο πρώτο μέρος υπολογίστηκε το βάρος της κατασκευής μας όταν χρησιμοποιούμε είτε α)ανοξείδωτο χάλυβα είτε β)αλουμίνιο. Στην συνέχεια λαμβάνοντας υπόψη την προδιαγραφή για ικανότητα φόρτισης 50Kg ωφέλιμου φορτίου έγινε ο έλεγχος αντοχής του ρομπότ και για τα δύο υλικά με συγκριτικά αποτελέσματα των δύο υλικών. Η σχεδίαση όλων των εξαρτημάτων έγινε με την βοήθεια του σχεδιαστικού πακέτου Solid Works και ακολούθησαν κατεργασίες κοπής laser και κάμψης για τα ελάσματα ανοξείδωτου χάλυβα. Η βάση του τροχού κατασκευάστηκε από αλουμίνιο σε ψηφιακό κέντρο κατεργασίας CNC και ακολούθησε η συναρμολόγηση του ρομποτικού οχήματος. Συμπερασματικά φαίνεται ότι το ρομποτικό όχημα πληροί όλες τις προδιαγραφές που τέθηκαν αρχικά και ιδιαίτερα τη στιβαρότητα και το χαμηλό κόστος κατασκευής.

The aim of this diploma thesis is the design and construction of an autonomous robotic differential drive vehicle. Initially, the latest developments in the field of autonomous robotic vehicles are presented. Of the many different manufacturing designs that are available, ten autonomous indoor vehicles (AIV) are presented in order to collect information about their design and the work they perform. Then we set technical specifications that the robotic vehicle should satisfy. We evaluate our final design against these specifications. Then, the kinetic analysis of the robotic vehicle with its geometrical characteristics is described. The number of degrees of freedom is determined, kinematic equations are recorded and kinematic problems (straight - reverse) are solved. Vehicle endurance testing was carried out with the help of the Ansys package software. The first part calculated the weight of our construction when we use either (a) stainless steel or (b) aluminum. Subsequently, taking into account the specification for a load capacity of 50Kg of payload, the robot endurance test for both materials was compared. All components were designed with the help of the SolidWorks design package, followed by laser and bending cuts for stainless steel plates. The wheel base was made of aluminum in a digital CNC machining center followed by the assembly of the robotic vehicle. In conclusion, it appears that the robotic vehicle meets all the specifications originally laid out, and in particular the robustness and low manufacturing cost.