Modulaarinen toimilaite mobiilirobottiin

Abstract

Tämän diplomityön aiheena on suunnitella ja valmistaa mobiilirobottiin soveltuva toimilaite, jota voidaan käyttää Oulun yliopiston Biomimetiikka ja älykkäät järjestelmät -tutkimusyksikön robottiprojekteissa ja ensisijaisesti suunnitteilla olevassa robottikädessä. Toimilaite suunnitellaan sopivaksi robottikäteen, joka voi korvata tutkimusyksikön mobiilirobotissa käytettävän Jaco-robottikäden. Toimilaitteen suorituskyky ja kiinnitysmahdollisuudet suunnitellaan siten, että sitä voidaan käyttää ensisijaisesti robottikäsivarren kolmessa ensimmäisessä nivelessä.

Työn teoriaosassa käydään läpi yleisesti mobiilirobotteja ja käsivarsirobotteja, sekä niissä käytettyjä toimilaitetyyppejä. Teoriaosuudessa käydään läpi myös erilaisia vaihdetyyppejä ja vaihteiden valmistuksen kannalta tärkeitä asioita. Lopuksi työn teoriaosuudessa käydään läpi työn kannalta tärkeitä materiaaleja ja yleisimpiä valmistusmenetelmiä. Käytännön osassa suunnitellaan ja valmistetaan modulaarinen toimilaite. Toimilaitteen sykloidinen vaihde valmistetaan kolmesta eri materiaalista ja lopuksi eri vaihteilla varustettuja toimilaitteita testataan dynamometrilla. Suunniteltuja toimilaitteita hyödyntävästä robottikäsivarresta esitellään myös mahdollinen kokoonpano.

Työn tuloksena syntyy modulaarinen toimilaite ja siihen kolmesta eri materiaalista sykloidiset vaihteet. Toimilaite testataan dynamometrilla eri vaihteita käyttäen ja sykloidisten vaihteiden hyötysuhteista muodostetaan kuvaajat.

The aim of this Master’s thesis is to design and manufacture an actuator that is suitable for a mobile robot and which can be used in the future robot projects of Biomimetics and Intelligent Systems research unit and primarily in the planned robotic arm. The actuator is designed to fit a robotic arm that could replace the Jaco robotic arm that is currently used in the research unit’s mobile robot. The performance and attachment capabilities of the actuator are designed so that it can be used primarily for the first three joints of the robotic arm.

The theoretical part of the thesis deals with mobile robots and robotic arms in general, as well as the types of actuators commonly used in them. The theoretical part also covers different types of gears and important issues for the manufacture of gears. Finally, the theoretical part of the thesis reviews some materials and the most common manufacturing methods that are important for the thesis. In the practical part, a modular actuator is designed and manufactured. Cycloidal drive used in the actuator is manufactured of three different materials and in the end actuator is tested with the different cycloidal drives using a dynamo-meter. A possible configuration of a robotic arm made using the actuators is also presented.

As the result of the thesis, an actuator and cycloidal drives made of three different materials were manufactured. The actuator was tested with the different cycloidal drives using the dynamo-meter and efficiencies of the cycloidal drives were plotted.