Как и раньше, за основную “философскую” идею каркаса туловища, было взято то, что именно он и будет несущим. Т.е., все основные узлы и агрегаты, какими бы они не оказались в туловище у робота – все должно крепиться именно к каркасу. А не к обшивке, например или друг к другу. Обшивка ничем в этом плане не отличается от прочего. Просто еще один “узел”, независимо крепящейся к каркасу. Как и все остальное, может быть свободно снят без ущерба для функционала остальных внутренних органов.


Точно так, же, как и в случае с каркасом головы, все началось с поиска вертикальных сечений, максимально прямо проходящих по основной полости туловища:

Т.о., все, что оказывалось между этими сечениями, становилось основной несущей частью конструкции каркаса. Все, что выходит за пределы этих сечений – вторичная конструкция, не принимающая на себя основной нагрузки.


Определившись, в общих чертах, с пространством под каркас, начал выбирать для него материал.

3D-принтер мне тут мало чем мог помочь. Ни одна из частей каркаса не могла быть отпечатана одним куском. Просто тупо не хватало размеров рабочей области принтера. Пришлось бы делать каждую деталь из кусков и как-то их потом соединять, что делало конструкцию слабой и ненадежной.

А это, все же, несущая конструкция.

Скажем, каркас головы несет только голову. И там печать по кускам прокатывала. Голова, хоть и тяжелая, но все же, не настолько, чтобы приблизится к пределу прочности составной конструкции из пластика на болтах и клее.

Другое дело – туловище. Его каркас несет на себе вообще ВСЕГО робота. Включая и голову. И тут уже речь идет о нагрузках, сопоставимых с массой покоя живой упитанной собачки среднего размера. Не ротвака, конечно, с его 120-150 фунтами, но какойнть лабрадуры в 50-70 фунтов. И эту всю массу надо не только держать на себе в состоянии покоя, но и двигать, испытывая весь букет инерциальных нагрузок разной направленности.

Тут надо уже что-то покрепче пластика на винтиках и клее…


Алюминий, например…

Это вполне очевидное решение. Но просто “алюминий” – слишком абстрактно. В каком виде алюминий? Пространственная объемная отливка, фрезерованные панели, профиль того или иного сечения… Пришлось изрядно покурить тему в интернетах и посовещаться с голосами в голове.

Голоса в голове сходу предложили т.н. “конструкционный алюминиевый профиль”. Или, как его обзывают местные рукотворцы – T-slot extrusion:

Магапопулярная сейчас штука, встречающаяся в огромном количестве не только самоделок, но и промышленных изделий. Те же 3D-принтеры, почти все собраны из такого профиля в своей основе. Всякие настольные и не очень ЧПУ-станки. Стеллажи для офисов, мебель для дома вполне приличного вида. Да, блин, что угодно, ваще! Не удивительно, что это стало первым, что пришло и в мою голову.

Но есть нюанс… Два нюанса…

Во-первых, так подумать, у меня, вот прямо сейчас, ваще совсем полностью отсутствует необходимость в основной фишке этого рода профиля. На кой хрен мне его универсальность и модифицируемость?

Все уже и так проработано на моделях и признано годным. Не нужно ничего менять. Не нужно ничего перестраивать и переконфигурировать. Ни в процессе постройки, ни потом. Сложившийся каркас являет собой константу, а не переменную.

И, так получается, что в данном конкретном случае, этот плюс профиля почти полностью теряет свою значимость.

Во-вторых, другой немаловажный плюс конструкционного профиля, благодаря которому он стал столь популярен – минимальный набор инструментов и навыков для работы с ним.

В общем случае, там, реально хватает всего одной отвертки, простой ручной ножовки по металлу и одной руки (можно, даже, растущей из задницы). На выходе будете получать надежные, профессионально выглядящие конструкции.

И, так получается, что в ситуации, когда у вас есть своя полноценная мастерская, есть обширный опыт и навык использования имеющихся в ней станков и инструментов, то и этот плюс профиля почти полностью теряет свою значимость.

В итоге, после почти полного “обесценивания” двух основных плюсов конструкционного профиля, на поверхности остается только его конская стоимость и громоздкость хитровыдолбанного крепежа, стоимость которого тоже далеко не адекватна, обычно.

Вывод: а ну его нахрен, при таком то раскладе. Обычная алюминиевая прямая палка без всяких T-slots справится с задачей ровно с тем же успехом, но за втрое меньшую стоимость. А крепежа виде обычных болтов и гаек у меня в каждом углу по ведру, ваще нахаляву.


По итогам размышлений и экспериментов (см. P.S. в конце статьи), выкристаллизовалась идея композитного каркаса, включающего в себя, как пластиковые детали, так и самый обычный алюминиевый профиль квадратного/углового сечения без всяких извращейний и специализированного крепежа. Выходило прочно, просто, надежно и по цене шоколадно.

Пара недель с штангенциркулем, линейкой, клавиатурой и мышкой – конструкция готова.

В основе каркаса лежит основная рама из алюминума:

Для укрепления соединений используются отпечатанные пластиковые вкладыши (показаны пунктиром, внутри модели):

Ну и, само-собой, годзилион болтов/гаек – в ассортименте.


Всю конструкцию в целом, условно можно разбить на три основные части. “Основную”, “хвостовую” и “поддерживающую”:

К каждой из частей выдвинуты собственные требования.

Так, например, “основная” должна быть максимально прочной, жесткой и надежной. На ней висит весь робот целиком! К ней же крепится и ведущее шасси. Основные внутренние органы так же расположены именно в ней: от мозга с экранами, до кнопочной консоли и контроллера ходовой части. Т.е. она должна быть не только самой прочной и жесткой, но еще и самой просторной частью каркаса.

“Хвостовая” часть – не столь критична в плане прочности и внутреннего пространства. По сути, она просто катается за “основной” на опорных роликах и ничего серьезнее хвоста на себе не носит… Ну, аккумуляторы еще. Однако их она носит совместно с “основной” частью, честно разделяя с ней их вес. Тут уже можно строить из чего попроще, не обращая сильно внимание на внутренний объем или удобство размещения вторичного крепежа под органы. Как уже было сказано – место нужно только под батарейки.

“Поддерживающая” часть – самая некритичная. Она вообще нужна исключительно ради дополнительного “армирования” пластиковых частей каркаса.


Пластиковые части каркаса навешиваются поверх алюминиевых. И вот тут уже подключается 3D-принтер, как основной инструмент производства.

Предназначена эта часть каркаса, в основном, для крепления панелей внешней обшивки и поддержки мелких внутренних органов типа контроллеров и их проводов. Но так же, сам по себе, этот обвес существенно укрепляет наиболее ключевые сочленения алюминиевой “силовой” части, дополнительно связывая их вместе.


Еще должна быть “донная” часть каркаса. И, в общих чертах, она есть на уровне модели. Так, что знаю, какой она должна быть с точностью до дырки. Но пока еще нахожусь в поиске материала под нее. Даже, не в поиске, а в стадии ожидания. Когда оно окажется у меня на руках и будет понятно, что это оно и есть – тогда покажу. Там, вообще, вся эта “донная” часть на отдельный здоровенный пост потянет… Частью, основного каркаса оно в любом случае не является, поэтому не буду сейчас на это буквы тратить.

В общем и целом, так обстоят дела на уровне проекта. Теперь нужно вынуть всю эту красоту из монитора и поставить на стол… Вообще – нет. На стол оно уже не влезает. Придется ставить на пол…


Установка на пол началась с двух основных вертикальных рамок:

Изготавливаются они из квадратного профиля, как и любая обычная рамка. В этой части ничего особо интересного: разметка, распил, сведение углов и все такое:

Сборка – уже интереснее. Все углы рамок собираются на пластиковых вкладышах. Прям, вот такие блоки, отпечатанные с большим числом периметров и чуть ли не монолитные внутри:

Разрабатывались эти вкладыши так, чтобы быть чуть большего размера, чем нужно. В трубки они не столько вкладываются, сколько запрессовываются (при помощи длинных струбцин). Так, что это формально не “вкладыши”, а “впрессовыши”… Мнда…

После сборки, все соединения засверливаются прямо сквозь алюминий и пластик, после чего стягиваются болтами:

Никакой, там “резьбы на три витка в алюминии”. Все почеснаку: болт насквозь, шайбы, гайка, “локтайт” – по вкусу. И соединения эти получаются очень прочными! Пластиковые вкладыши не только задают раме четкие углы строго под 90 градусов, но так же и не дают алюминиевому профилю сминаться под болтами и т.о. их можно затянуть от души, воттакенным гаечным ключом.

У меня нет возможности измерить прочность соединения в точных попугаях. Могу сказать только, что руками я все это разломать не смог. Т.е. прочность всего этого где-то между “дофига” и “задолбаешся”… На полностью собранном каркасе я стоял ногами во весь рост и, даже, прыгал. Ему похрен. Ни разбалтывается, ни деформируется. Сейчас это все “высокоточные измерения прочности” к которым я могу апеллировать. А так, оно, конечно, время покажет насколько на самом деле оно прочно получилось.

Две, собранные подобным образом рамы стали основой всей конструкции:

Разумеется, в них так же были заранее заготовлены все отверстия, необходимые для дальнейшей сборки.


Дальнейшая сборка подразумевала объединение этих рам в некое подобие параллелепипеда. Посредством вот таких перекладин:

Эти перекладины так же снабжались вкладышами. Но на этот раз только для того, чтобы оцентровать проходящий сквозь всю перекладину стягивающий резьбовой стержень (1/4×20):

Без вкладышей оно болтается в этих трубках и протяжка стержня сквозь всю конструкцию превращается в цирк с матюгами:

Ну и после сборки основной несущей параллелепипедной части, начинается обвес более легкими частями каркаса, изготовленными уже не из квадратного алюминиевого профиля, а из простых уголков:

Во время общей сборки, наравне с болтовыми соединениями активно применялись и вытяжные заклепки:

Правило в выборе крепежа было простым “это может быть разобрано” или “это не нужно будет разбирать никогда”.

Разборка понадобится в случае необходимости просверлить какое внезапное крепежное отверстие, проделать которое заранее я забыл или вообще не учел его необходимость на уровне модели. Что и случилось пару раз в процессе постройки…

Впрочем, я на этот счет иллюзий не строил и с самого начала закладывал возможность разобрать каркас на более менее удобные фрагменты, влезающие на стол сверловочного станка. Вся то раскоряку целиком туда не влазит. Да и отверстия иногда могут оказаться в таких местах, добраться до которых сквозь прочие части каркаса будет невозможно.

Позже, в репертуар крепежа были включены и “резьбовые” вытяжные заклепки.

Они не принимают участия в “силовой” части конструкции каркаса и предназначены только для крепления всяких внутренних органов. Об этом будет позже…


Последним этапом работ шло обвешивание алюминиевых частей каркаса пластиковыми.

Пока я возился с железом несколько дней, принтер параллельно пытался успеть заготовить все нужное для этого этапа. Он реально работал нонстопом в режиме 24/7. Не успел… Руки из мяса управились со своей частью работы быстрее. Поэтому, еще несколько дней пришлось прикручивать по три гайки за вечер, бить копытом, бегая вокруг принтера и ждать, пока он соизволит неспешно насморкать в стекло ту или иную пластиковую деталь каркаса.

С этого периода работы у меня осталась куча фоток в духе:

Детали проектировались таким образом, чтобы участвовать в процессе укрепления конструкции наравне со своими железными собратьями. Печаталось все из пластика PETG. С учетом общей высокой плотности печати, с учетом всяких подкосов и “выштамповок” (увеличивающих длину сплошных периметров в слоях), с учетом 50% внутреннего заполнения типа “соты” (считается самым крепким вариантом заполнения)… Короче, думаю, по прочности эти детали мало чем уступают алюминию.

Если это и преувеличение, то не такое уж далекое от истины. Я реально прыгал на всем этом всеми своими двумя сотнями фунтов веса.

В части создания каркаса, это, в общем, и все…


Итог почти месяца работы по вечерам:

Вы пока не обращайте внимание на шасси. Просто некоторые его части было удобно собирать вместе с каркасом. А его основная ось так и вовсе является важной составляющей “силовой” части всей конструкции. Соответственно, два процесса шло почти параллельно и фотографий полностью собранного каркаса, но без шасси – просто не существует в природе. Сами же по себе шасси, это очень отдельная тема, речь о которой пойдет в следующих сериях…


P.S.

Когда я отказался от извращений крепежа “конструкционного профиля” в пользу обычных прямых палок, то думал соединять их вместе посредством модного нынче “бразинга“. По-человечески это просто пайка алюминием по алюминию (и не только). Кому интересно, посмотрите на ютубе по запросу “aluminum brazing”. Ну, например, хоть вот это.

Идея казалась перспективной и я посвятил ей несколько увлекательных вечеров в мастерской. Увы… Да, две пластинки спаиваются просто идеально и относительно прочно. Но с профилем квадратного сечения это не прокатит. Просто потому, что вы не имеете возможности пропаять его “изнутри”. Пайка же только по внешней стороне выходит слишком слабой. Ибо это пайка! А не сварка. Еще раз – это ПАЙКА. Сколько бы раз там на ютубах не добавляли слово welding к заголовкам видео про “бразинг”.

Но самое главное, при этом “бразинге” у вас нет ни малейших шансов собирать конструкцию по частям. Потому, что если вы где-то что-то припаяли, а потом рядом припаиваете что-то другое, то то, что вы припаяли первым – отвалится. Единственный выход – собрать сразу всю конструкцию целиком на миллионе струбцин и паять единым заходом сразу все соединения. В случае формы, количества частей и количества соединений данного каркаса, это нереально физически!

Так, что, несмотря на, в целом, удачные штучные эксперименты, от идеи пайки каркаса пришлось отказаться. Но навык был усвоен руками, а опыт сохранен в EEPROM мозга на будущее. Где-то это мне точно пригодится…

Поделиться: