Повышение долговечности роботизированнруки с использованием композитных материалов и аддитивного производства в суровых климатических условиях.
DOI:
https://doi.org/10.31489/2025N3/91-100%20Ключевые слова:
автоматизированное проектирование, печатная плата, автоматизированное производство, телекоммуникационные релейные службы, моделирование методом наплавленияАннотация
Несмотря на суровые условия окружающей среды, такие как сильные ветра, радиационное воздействие и частые лесные пожары, которые создают серьёзные трудности для надёжной работы роботизированных систем, устойчивость аддитивно изготовленных компонентов в таких условиях остаётся недостаточно изученной. В данной работе исследуется использование композитных материалов и технологий аддитивного производства для повышения эффективности роботизированных манипуляторов в экстремальных условиях. Был разработан и испытан модульный ровер, оснащённый роботизированной рукой, полностью изготовленной из композитных элементов. Исследование сосредоточено на оценке структурной надёжности пластика PETG и углеродного волокна с точки зрения термического воздействия, статической нагрузки и радиационной стойкости. Также была представлена система управления жестами для дистанционного управления и создан функциональный прототип. Результаты исследования дают новые представления о выборе материалов и стратегиях проектирования устойчивых роботизированных систем, способствуя развитию робототехники, предназначенной для работы в суровых условиях окружающей среды.
Библиографические ссылки
Torrado A.R., Roberson D.A. (2016) Failure analysis and mechanical characterization of 3D printed ABS and PLA filaments as a function of raster orientation. Additive Manufacturing, 6, 16 – 29. https://doi.org/10.1016/ j.addma.2015.12.007
Spoerk M., Gonzalez-Gutierrez J., Sapkota J., Schuschnigg S., Holzer C. (2017) Effect of the printing bed temperature on the adhesion of parts produced by fused filament fabrication. Journal of Applied Polymer Science, 134(42), 1–9. https://doi.org/10.1002/app.45303
Han Y., Sun J., Liu Y., Liu J., Li H. (2012) Radiation effects on the thermal and mechanical properties of thermoplastic polymers. Radiation Physics and Chemistry, 81(12), 1923–1927. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem. 2012.08.004
Czarnecka-Komorowska D., Giełżecki J., Białas S. (2020) Properties and applications of PETG in additive manufacturing. Polymers, 12(12), 1–15. https://doi.org/10.3390/polym12122937
Lin K.C., Chen S.C., Wu C.S., Lin J.J. (2015) Gamma radiation resistance and mechanical properties of PETG and PLA-based polymers. Journal of Applied Polymer Science, 132(36), 1–8. https://doi.org/10.1002/app.42436
Li H., Zhang X., Wang B., Wang Y. (2019) High-temperature mechanical performance of carbon fiber reinforced composites. Composites Science and Technology, 182, 107 – 115. https://doi.org/10.1016/j.compscitech. 2019.107703
Jakubczyk K., Szewczyk A., Plichta W., Gajewska H., Ławniczak M. (2019) Additive manufacturing for extreme environments: Radiation resistance of polymers and composites. Additive Manufacturing, 60, 377 – 381. https://doi.org/10.1007/s00411-021-00892-z
Alfuraih A., Kadri O., Fakhouri F. (2023) The effect of high-intensity gamma radiation on PETG and ASA polymer-based fused deposition modelled 3D printed parts. Journal of Materials Science, 207, 111256. https://doi.org/10.1016/j.msea.2024.114256
Špitalská G., Hnatková P., Matějková J., Jirka I., Vovk M., Plichta R., Růžička J., Kočí D., Mičová E., Sedláček P. (2023) Quantitative structural investigation of thermal stability of carbon materials in air. Carbon, 206, 211 – 225. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.01.119
Li W., Guo S., Giannopoulos I.K., He S., Liu Y. (2010) Strength and stiffness of composite laminates. Composites Part B: Engineering, 236, 111916. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107703
Dodds N., Gibson A.G., Dewhurst D., Davies J.M. (2002) Fire resistance of a carbon fiber reinforced epoxy composite. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 31(7), 689–702. https://doi.org/10.1016/S1359-835X(00)00154-2
Mohamed N., Mustafa M.B. (2021) Gesture recognition: A review of the hand gesture recognition system-current progress and future directions. IEEE Access, 9, 157422–157436. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3132223
SparkFun Electronics (2021) Flex Sensor Tutorial. Available at: https://learn.sparkfun.com/tutorials/flex-sensor-hookup-guide/all (accessed: 5 September 2025).
Hu W., Li Y., Liu S. (2023) Current designs of robotic arm grippers: A comprehensive systematic review. Robotics, 12(1), 5–37. https://doi.org/10.3390/robotics12010005
