Wojciech Kiński

1. Opis oraz główne wytyczne
   Celem omawianego raportu było stworzenie wykonalności modułów napędowych dla modularnego układu wieloczłonowego (Z-Arm). Po wstępnym zbadaniu tematyki i zakresu pracy zostały określone następujące wytyczne:
   1. napęd poszczególnych ogniw Z-Arm będzie zależny. Oznacza to, że ogniwa nie będą posiadały wbudowanego źródła napędu, a będą korzystały z napędu przekazywanego z ogniwa poprzedzającego
   2. każdy moduł musi mieć możliwość zmiany kierunku obrotów
   3. wewnątrz każdego z ogniw przewidziana jest wolna przestrzeń (pod postacią kołnierza przechodzącego przez ogniwo)
   4. możliwość zmiany przełożeń za pomocą zmiany przekładni kół zębatych
   5. wykonanie przewiduje się przy zastosowaniu drukarki 3D oraz plotera laserowego
   6. kształt zewnętrzy pojedynczego modułu nie jest określony (najważniejszy jest wewnętrzy „rękaw”.
2. Opracowane koncepcje
   W pierwszych próbach opracowania odpowiedniej koncepcji powstało kilka „wizji” wyglądu przyszłego układu wieloczłonowego. Wszystkie koncepcje są widoczne poniżej:

Powyższa koncepcja polega na tym, że pojedyncze ogniwo składa się z 3 brył: jednego pierścienia wewnętrznego oraz 2 skrajnych, kątowych. Ze względu na dużą ilość elementów i połączeń (które w przyszłości w dużym stopniu będą odpowiedzialne za zawodność) została odrzucona.

Powyższa koncepcja to pierwowzór docelowego rozwiązania. Posiada docelowy kształt. Jednak to rozwiązanie zostało usprawnione w kolejnym etapie. Cały napęd został zrealizowany wewnątrz, jednak to dyskwalifikuje stworzenia rękawa wewnątrz każdego modułu.

Jest to usprawniona wersja poprzedniej koncepcji. Część przekładni została „wyrzucona” na zewnątrz, dzięki czemu możliwe było uzyskanie wolnej przestrzeni wewnątrz każdego z modułu. Ten wariant niestety nie posiada możliwości zmiany kierunku obrotów modułu.

To docelowa konstrukcja, w której zostały wyeliminowane błędny poprzednich rozwiązań. Została ona opisana szczegółowo poniżej:
Powyższa koncepcja charakteryzuje się zastosowaniem wieńca zębatego na zewnątrz każdego modułu. Dodatkowo widzimy koło zębate (część widoku została wyłączona w celu widoczności fragmentu mechanizmu). Tak jak poprzednio, pojedyncze ogniwo składa się tak jakby z dwóch okręgów, które w połowie są „wygięte” pod odpowiednim kątem.
Ostatnia wersja, zarówno najbardziej złożona i dopracowana. Widoczne są charakterystyczne kołnierze, których celem będzie odpowiednie połączenie ogniw względem siebie ze sobą. Cześć korpusu plus kołnierze przewiduje się wykonać ze stali (w celu zwiększenia wytrzymałości i sztywności zespołu kilku członów). W celu obniżenia tarcia zaleca się zastosowanie łożysk tocznych poruszających się po okręgu na bieżni (w naszym wypadku będzie to jeden z kołnierzy modułu). Każdy z pojedynczych modułów charakteryzuje się przemyślaną proporcjonalnością (szerokość każdego modułu odniesiona do jego wysokości). Zastosowanie „szerszego” niż „dłuższego” modułu ma na celu m.in. ograniczenie wpływu bezwładności zmontowanego układu wieloczłonowego, możliwość zastosowania odpowiedniego układu przeniesienia napędu wewnątrz modułu oraz otrzymanie wewnętrznego kołnierze biegnącego przez całą długość ogniwa. Układ napędowy w każdym z modułów składa się z 2 niezależnych systemów: jeden z nich – jest odpowiedzialny tylko i wyłącznie za obrót modułu wokół jego osi, z kolei drugi – za przekazanie napędu na kolejne ogniwo.

Widoczne powyżej bieżnie zębate są odpowiedzialne za napęd. Zewnętrzna – za przekazanie napędu na kolejne ogniwo, wewnętrzna – za kierunek obrotu ogniwa. Wewnątrz widać również charakterystyczny kołnierz. Widok przekładni zębatej został częściowo wyłączony w celu pokazania tych detali. Koła zębate są umieszczone w specjalnie przygotowanej „kieszeni”. W celu wyeliminowania błędów z poprzedniego prototypu, docelowo każde koło będzie posiadało oś o przekroju kwadratowym, które będzie zapobiegało obrotowi koła zębatego na osi. Wał będzie odpowiednio ułożyskowany. Dodatkowo same koła zębate mogą zostać wykonane w dwóch wariantach: wycięte na ploterze z aluminium lub wydrukowane w technologii FDM/FFF. Jest możliwość zrobienia również odpowiednich „kaset” na przekładnię zębatą, która da możliwość zmiany przełożeń tylko i wyłącznie poprzez zmianę samego układu przeniesienia napędu.

Podsumowanie

Ostatnia koncepcja, tzn wariant nr 5 posiada wszystkie wytyczne projektu. Pozostaje tylko określenie odpowiedniego przełożenia. Po opracowaniu wariantów przełożeń całość można zbudować (na początek 3-4 sektory) w celu weryfikacji i walidacji modelu wirtualnego (model wirtualny został przebadany tzw. analizą ruchu, która potwierdziła poprawne działanie układu).