Industriel robotmanipulator: Jeg kan alt, og jeg kan alt. Gør-det-selv bordplade robotarm lavet af plexiglas med servodrev Materialer og værktøj

Hej alle sammen!
For et par år siden dukkede et meget interessant projekt fra uFactory op på kickstarter - uArm desktop-robothånden. De lovede at gøre projektet open source over tid, men jeg kunne ikke vente og begyndte at lave reverse engineering fra fotografier.
Gennem årene lavede jeg fire versioner af min vision om denne manipulator og udviklede til sidst dette design:
Dette er en robotarm med en integreret controller, drevet af fem servoer. Dens største fordel er, at alle delene enten kan købes eller billigt og hurtigt skæres ud af plexiglas ved hjælp af en laser.
Da jeg tog et open source-projekt som inspirationskilde, deler jeg alle mine resultater fuldt ud. Du kan downloade alle kilderne fra links i slutningen af ​​artiklen og, hvis det ønskes, samle den samme (alle links er i slutningen af ​​artiklen).

Men det er nemmere at vise det i aktion én gang end at fortælle i lang tid, hvad det er:

Så lad os gå videre til beskrivelsen.
Specifikationer

1. Højde: 300 mm.
2. Arbejdsområde (med armen helt udstrakt): fra 140 mm til 300 mm rundt om bunden
3. Maksimal belastningskapacitet på armslængde, ikke mindre end: 200g
4. Strømforbrug, ikke mere: 6A

Jeg vil også gerne bemærke nogle designfunktioner:

1. Lejer i alle bevægelige dele af manipulatoren. Der er elleve af dem i alt: 10 stykker til et 3 mm skaft og et til et 30 mm skaft.
2. Nem at samle. Jeg var meget opmærksom på at sikre, at der var en sådan sekvens med at samle manipulatoren, hvor det ville være ekstremt praktisk at skrue alle delene. Dette var især svært for de kraftige servodrevenheder i basen.
3. Alle kraftfulde servoer er placeret i basen. Det vil sige, at de "nederste" servoer ikke trækker de "øverste".
4. Takket være parallelle hængsler forbliver værktøjet altid parallelt eller vinkelret på jorden.
5. Manipulatorens position kan ændres 90 grader.
6. Færdiglavet Arduino-kompatibel software. En korrekt samlet hånd kan styres af musen, og ved hjælp af kodeeksempler kan du oprette dine egne bevægelsesalgoritmer

Beskrivelse af design
Alle dele af manipulatoren er skåret af plexiglas med en tykkelse på 3 og 5 mm:

Vær opmærksom på, hvordan den roterende base er samlet:
Den sværeste er knudepunktet i bunden af ​​manipulatoren. I de første versioner tog det mig en masse kræfter at samle den. Den forbinder tre servoer og overfører kræfter til grebet. Delene roterer omkring en stift med en diameter på 6 mm. Griberen holdes parallelt (eller vinkelret) på arbejdsfladen på grund af ekstra stænger:

Manipulatoren med skulder og albue installeret er vist på billedet nedenfor. Vi skal stadig tilføje en klo og stænger til det:

Kloen er også monteret på lejer. Den kan krympe og dreje rundt om sin akse:
Kloen kan monteres både lodret og vandret:

Alt styres af et Arduino-kompatibelt board og et skjold til det:

Forsamling
Det vil tage omkring to timer og en masse fastgørelsesanordninger at samle manipulatoren. Jeg dokumenterede selve monteringsprocessen i form af instruktioner i fotografier (pas på, trafik!) med detaljerede kommentarer til hver operation. Jeg lavede også en detaljeret 3D-model i et simpelt og gratis SketchUp-program. Så du kan altid vende det rundt for dine øjne og se på mærkelige steder:


Elektronik og programmering
Jeg lavede et helt skjold, hvorpå jeg installerede, udover servo- og strømstikkene, variable modstande. For at lette fejlfindingen. Faktisk er det nok at forbinde signaler til motorerne ved hjælp af et brødbræt. Men til sidst endte jeg med dette skjold, som jeg bestilte fra fabrikken (tilfældigvis):

Generelt lavede jeg tre forskellige programmer til Arduino. En til styring fra en computer, en til at arbejde i demotilstand og en til styring af knapper og variable modstande. Den mest interessante af dem er selvfølgelig den første. Jeg vil ikke give hele koden her - den er tilgængelig online.
For at styre skal du downloade et program til din computer. Efter at have startet den, går musen i håndkontroltilstand. Bevægelse er ansvarlig for at bevæge sig langs XY, hjulet ændrer højden, LMB/RMB - fange, RMB+hjul - drej manipulatoren. Og det er faktisk praktisk. Det stod i videoen i begyndelsen af ​​artiklen.
Projektkilder

MeArm robotarmen er en lommeversion af en industriarm. MeArm er en let at samle og styre robot, en mekanisk arm. Manipulatoren har fire frihedsgrader, som gør det nemt at gribe og flytte forskellige små genstande.

Dette produkt præsenteres som et sæt til montering. Indeholder følgende dele:

• et sæt gennemsigtige akryldele til montering af en mekanisk manipulator;
• 4 servoer;
• kontrolkort, hvorpå Arduino Pro mikro-mikrocontroller og Nokia 5110 grafisk display er placeret;
• joystick board indeholdende to to-aksede analoge joysticks;
• USB strømkabel.

Før montering af den mekaniske manipulator er det nødvendigt at kalibrere servoerne. Til kalibrering vil vi bruge Arduino-controlleren. Vi forbinder servoerne til Arduino-kortet (en ekstern strømforsyning på 5-6V 2A er påkrævet).

Servo midt, venstre, højre, klo ; // opret 4 Servo-objekter

Ugyldig opsætning()
{
Serial.begin(9600);
midt.vedhæft(11); // fastgør en servo til stift 11 for at rotere platformen
venstre.vedhæft(10); // fastgør en servo til stift 10 på venstre skulder
højre.vedhæft(9); // fastgør servoen til stift 11 på højre skulder
klo.vedhæfte(6); // fastgør en servo til pin 6 klo (fangst)
}

void loop()
{
// indstiller servopositionen efter størrelse (i grader)
middle.write(90);
venstre.skriv(90);
højre.skriv(90);
claw.write(25);
forsinkelse(300);
}
Brug en markør til at lave en streg gennem servomotorens krop og spindel. Tilslut plastikvippen inkluderet i sættet til servoen som vist nedenfor ved hjælp af den lille skrue, der er inkluderet i servomonteringssættet. Vi vil bruge dem i denne position, når vi samler den mekaniske del af MeArm. Pas på ikke at flytte spindelpositionen.


Nu kan du samle den mekaniske manipulator.
Tag basen og fastgør benene til dens hjørner. Monter derefter fire 20 mm bolte og skru møtrikker på dem (halv af den samlede længde).

Nu fastgør vi den centrale servo med to 8 mm bolte til en lille plade, og fastgør den resulterende struktur til basen ved hjælp af 20 mm bolte.

Vi samler den venstre del af strukturen.

Vi samler den rigtige del af strukturen.

Nu skal du forbinde venstre og højre sektion. Først går jeg til adapterpladen

Så rigtigt, og vi får

Forbindelse af strukturen til platformen

Og vi samler "kloen"

Vi fastgør "kloen"

Til montering kan du bruge følgende manual (på engelsk) eller en manual til montering af en lignende manipulator (på russisk).

Pinout diagram

Nu kan du begynde at skrive Arduino-kode. For at styre manipulatoren, sammen med muligheden for at styre styringen ved hjælp af et joystick, ville det være rart at dirigere manipulatoren til et bestemt punkt i kartesiske koordinater (x, y, z). Der er et tilsvarende bibliotek, der kan downloades fra github - https://github.com/mimeindustries/MeArm/tree/master/Code/Arduino/BobStonesArduinoCode.
Koordinaterne måles i mm fra rotationscentrum. Udgangspositionen er ved punktet (0, 100, 50), det vil sige 100 mm frem fra basen og 50 mm fra jorden.
Et eksempel på brug af biblioteket til at installere en manipulator på et bestemt punkt i kartesiske koordinater:

#include "meArm.h"
#omfatte

Ugyldig opsætning() (
arm.begin(11, 10, 9, 6);
arm.openGripper();
}

Void loop() (
// op og til venstre
arm.gotoPoint(-80.100.140);
// tag fat
arm.closeGripper();
// ned, skade og ret
arm.gotoPoint(70,200,10);
// slip grebet
arm.openGripper();
// vende tilbage til udgangspunktet
arm.gotoPoint(0,100,50);
}

Metoder i meArm-klassen:

ugyldig begynde(int pinBase, int pinSkulder, int pinAlbue, int pinGripper) - start meArm, angiv forbindelsesstifter til midterste, venstre, højre, kloservoer. Skal kaldes i setup();
ugyldig openGripper() - Åbn grebet;
ugyldig closeGripper() - fangst;
ugyldig gotoPoint(flyde x, flyde y, flyde z) - flyt manipulatoren til positionen af ​​kartesiske koordinater (x, y, z);
flyde getX() - nuværende X-koordinat;
flyde fåY() - nuværende Y-koordinat;
flyde getZ() - nuværende Z-koordinat.

Monteringsvejledning (engelsk)

Først vil generelle spørgsmål blive diskuteret, derefter de tekniske karakteristika af resultatet, detaljer og til sidst selve monteringsprocessen.

Generelt og generelt

Oprettelse af denne enhed som helhed bør ikke forårsage nogen vanskeligheder. Det vil være nødvendigt omhyggeligt kun at overveje mulighederne for mekaniske bevægelser, som vil være ret vanskelige at implementere fra et fysisk synspunkt, så den manipulerende arm udfører de opgaver, der er tildelt den.

Tekniske karakteristika for resultatet

En prøve med længde/højde/bredde-parametre på henholdsvis 228/380/160 millimeter vil blive overvejet. Vægten af ​​en håndlavet manipulator vil være cirka 1 kg. En kablet fjernbetjening bruges til styring. Estimeret montagetid, hvis du har erfaring er omkring 6-8 timer. Hvis den ikke er der, så kan det tage dage, uger og med samvittighed endda måneder for manipulatorarmen at blive samlet. I sådanne tilfælde bør du kun gøre det med dine egne hænder for din egen interesse. For at flytte komponenterne bruges kommutatormotorer. Med nok indsats kan du lave en enhed, der vil rotere 360 ​​grader. For at lette arbejdet skal du ud over standardværktøjer som et loddekolbe og loddekolbe også have lager på:

1. Lang næsetang.
2. Sideskærere.
3. Stjerneskruetrækker.
4. 4 batterier af typen D.

Fjernbetjeningen kan implementeres ved hjælp af knapper og en mikrocontroller. Hvis du vil lave trådløs fjernstyring, skal du også bruge et handlingskontrolelement i manipulatorhånden. Som tilføjelser vil der kun være behov for enheder (kondensatorer, modstande, transistorer), som gør det muligt at stabilisere kredsløbet, og en strøm af den nødvendige størrelse kan transmitteres gennem det på de rigtige tidspunkter.

Små detaljer

For at regulere antallet af omdrejninger kan du bruge adapterhjul. De vil gøre manipulatorhåndens bevægelse glat.

Det er også nødvendigt at sikre, at ledningerne ikke komplicerer dets bevægelser. Det ville være optimalt at lægge dem inde i strukturen. Du kan gøre alt udefra denne tilgang vil spare tid, men kan potentielt føre til vanskeligheder med at flytte individuelle komponenter eller hele enheden. Og nu: hvordan laver man en manipulator?

Forsamling generelt

Lad os nu fortsætte direkte til at skabe manipulatorarmen. Lad os starte fra fundamentet. Det er nødvendigt at sikre, at enheden kan drejes i alle retninger. En god løsning ville være at placere den på en diskplatform, som drives af en enkelt motor. For at den kan rotere i begge retninger, er der to muligheder:

1. Installation af to motorer. Hver af dem vil være ansvarlig for at vende i en bestemt retning. Når den ene arbejder, er den anden i ro.
2. Installation af en motor med et kredsløb, der kan få den til at dreje i begge retninger.

Hvilken af ​​de foreslåede muligheder at vælge afhænger helt af dig. Dernæst laves hovedstrukturen. For behageligt arbejde er der brug for to "led". Fastgjort til platformen skal den kunne vippe i forskellige retninger, hvilket opnås ved hjælp af motorer placeret ved dens base. En anden eller et par bør placeres ved albuebøjningen, så en del af grebet kan bevæges langs koordinatsystemets vandrette og lodrette linjer. Yderligere, hvis du ønsker at få maksimale kapaciteter, kan du installere en anden motor ved håndleddet. Næste er det mest nødvendige, uden hvilken en manipulerende hånd er umulig. Du bliver nødt til at lave selve optagelsesenheden med dine egne hænder. Der er mange implementeringsmuligheder her. Du kan give et tip om de to mest populære:

1. Der bruges kun to fingre, som samtidig komprimerer og løsner den genstand, der skal gribes. Det er den enkleste implementering, som dog normalt ikke kan prale af betydelig bæreevne.
2. Der skabes en prototype af en menneskelig hånd. Her kan der bruges én motor til alle fingre, ved hjælp af hvilken bøjning/forlængelse vil blive udført. Men designet kan gøres mere komplekst. Så du kan tilslutte en motor til hver finger og styre dem separat.

Dernæst er det tilbage at lave en fjernbetjening, ved hjælp af hvilken de enkelte motorer og hastigheden af ​​deres drift vil blive påvirket. Og du kan begynde at eksperimentere med en robotmanipulator, du selv har lavet.

Mulige skematiske fremstillinger af resultatet

En gør-det-selv-manipulerende hånd giver rigelige muligheder for kreativitet. Derfor præsenterer vi dig for flere implementeringer, som du kan tage som grundlag for at skabe din egen enhed til et lignende formål.

Ethvert præsenteret manipulatorkredsløb kan forbedres.

Konklusion

Det vigtige ved robotteknologi er, at der stort set ingen grænser for funktionsforbedring. Derfor, hvis du ønsker det, vil det ikke være svært at skabe et rigtigt kunstværk. Når vi taler om mulige måder at forbedre yderligere på, er det værd at nævne kranen. At lave en sådan enhed med dine egne hænder vil ikke være svært på samme tid, det vil lære børn til kreativt arbejde, videnskab og design. Og dette kan til gengæld have en positiv indvirkning på deres fremtidige liv. Vil det være svært at lave en kran med egne hænder? Dette er ikke så problematisk, som det kan se ud ved første øjekast. Medmindre det er værd at tage sig af tilstedeværelsen af ​​yderligere små dele såsom et kabel og hjul, som det vil dreje på.

Forbindelse:

Hvis du har samlet manipulatorens dele i overensstemmelse med instruktionerne, kan du begynde at samle det elektroniske kredsløb. Vi foreslår at forbinde manipulatorservoerne til Arduino UNO via Trerma-Power Shield og styre servoerne ved hjælp af Trema-potentiometre.

• Drejning af knappen på det første Trema potentiometer vil rotere basen.
• Drejning af knappen på det andet Trema-potentiometer vil rotere venstre arm.
• Drejning af den tredje Trema-potentiometerknap vil rotere højre arm.
• Drejning af den fjerde Trema-potentiometerknap vil flytte griberen.

Programkoden (skitsen) giver beskyttelse til servoer, som består i, at rækkevidden af ​​deres rotation er begrænset af intervallet (to vinkler) af frit spil. De mindste og maksimale rotationsvinkler er angivet som de sidste to argumenter til map()-funktionen for hver servo. Og værdien af ​​disse vinkler bestemmes under kalibreringsprocessen, som skal udføres, før man begynder at arbejde med manipulatoren.

Programkode:

Hvis du tilfører strøm før kalibrering, kan manipulatoren begynde at bevæge sig uhensigtsmæssigt! Udfør først alle kalibreringstrin.

#omfatte // Tilslut Servo-biblioteket for at arbejde med servoer Servo servo1; //Erklærer et servo1-objekt til at fungere med basisservodrevet Servo servo2; //Erklærer et servo2-objekt til at fungere med venstre skulderservo Servo servo3; //Erklærer, at et servo3-objekt virker med højrearmsservoen Servo-servo4; //Erklærer et servo4-objekt til at arbejde med opsamlingsservoen int valR1, valR2, valR3, valR4; //Deklarer variabler til at gemme potentiometerværdier //Tildel pins: const uint8_t pinR1 = A2; // Bestem konstanten ud fra udgangsnummeret på kontrolpotentiometeret. base const uint8_t pinR2 = A3; // Bestem konstanten ud fra udgangsnummeret på kontrolpotentiometeret. venstre skulder const uint8_t pinR3 = A4; // Bestem konstanten ud fra udgangsnummeret på kontrolpotentiometeret. højre skulder const uint8_t pinR4 = A5; // Bestem konstanten ud fra udgangsnummeret på kontrolpotentiometeret. capture const uint8_t pinS1 = 10; // Definer konstanten med pinnummeret på basisservodrevet const uint8_t pinS2 = 9; // Definer konstanten med pinnummeret på venstre arm servodrev const uint8_t pinS3 = 8; // Definer konstanten med pinnummeret på servodrevet på højre arm const uint8_t pinS4 = 7; // Definer en konstant med pin-nummeret på capture-servodrevet void setup())( // Opsætningsfunktionskoden udføres én gang: Serial.begin(9600); // Start dataoverførsel til serielportmonitoren servo1.attach (pinS1); // Tildel servo1 til objektstyringen af ​​servo2.attach(pinS2); drev 3 til servo3-objektet servo4.attach(pinS4) // Tildel styringen af ​​servo-drev 4 til servo4-objektet())( // Løkkefunktionskoden udføres kontinuerligt: ​​valR1=map(analogRead(pinR1) , 0, 1024, 10, 170; servo1.write(valR1); 0, 1024, 80, 170; // Kontroller venstre skulder Vinklerne angivet i denne linje: 80 og 170 skal muligvis ændres (kalibreres) valR3=map(analogRead(pinR3), 0, 1024, 60, 170 ); // Styr højre skulder Vinklerne angivet i denne linje: 60 og 170 skal muligvis ændres (kalibreres) valR4=map(analogRead(pinR4), 0, 1024, 40, 70); servo4.write(valR4); // Styr optagelsen Vinklerne angivet i denne linje: 40 og 70 skal muligvis ændres (kalibreres) Serial.println((String) "A1 = "+valR1+",\t A2 = "+valR2+",\t A3 = "+valR3+ ", \t A4 = "+valR4); // Vis hjørnerne på skærmen)

Kalibrering:

Før du begynder at arbejde med manipulatoren, skal du kalibrere den!

Kalibrering består i at specificere de ekstreme værdier af rotationsvinklen for hver servo, så delene ikke forstyrrer deres bevægelser.
• Afbryd alle servoer fra Trema-Power Shield, upload skitsen og tilslut strøm.
• Åbn den serielle portmonitor.
• Skærmen viser rotationsvinklerne for hver servo (i grader).
• Tilslut den første servo (som styrer rotationen af ​​basen) til ben D10.
• Drejning af knappen på det første Trema potentiometer (ben A2) vil rotere den første servo (ben D10), og monitoren vil ændre den aktuelle vinkel på denne servo (værdi: A1 = ...). Den første servos yderpositioner vil være i området fra 10 til 170 grader (som skrevet i den første linje i sløjfekoden). Dette interval kan ændres ved at erstatte værdierne af de sidste to argumenter i map()-funktionen i den første linje af loop-koden med nye. For eksempel vil udskiftning af 170 med 180 øge servoens yderposition i en given retning. Og ved at erstatte 10 med 20, vil du reducere den anden yderposition af den samme servo.
• Hvis du har erstattet værdierne, skal du uploade skitsen igen. Nu vil servoen rotere inden for de nye grænser angivet af dig.
• Tilslut den anden servo (som styrer rotationen af ​​venstre arm) til ben D9.
• Drejning af knappen på det andet Trema-potentiometer (ben A3) vil rotere den anden servo (ben D9), og monitoren vil ændre den aktuelle vinkel på denne servo (værdi: A2 = ...). Den anden servos yderpositioner vil være i området fra 80 til 170 grader (som skrevet i anden linje i sløjfeskitsen). Dette område ændres på samme måde som for den første servo.
• Hvis du har erstattet værdierne, skal du uploade skitsen igen.
• Tilslut den tredje servo (som styrer drejningen af ​​højre arm) til ben D8. og kalibrer den på samme måde.
• Tilslut den fjerde servo (styrer griberen) til ben D7. og kalibrer den på samme måde.

Det er nok at udføre kalibrering én gang efter montering af manipulatoren. De ændringer, du foretager (værdier af grænsevinkler), vil blive gemt i skitsefilen.

Kommunal budgetinstitution

supplerende uddannelse "Station for unge teknikere"

by Kamensk Shakhtinsky

Kommunal fase af den regionale konkurrence

"Unge designere af Don i det tredje årtusinde"

Afsnit "Robotik"

« Arduino manipulatorarm"

supplerende uddannelseslærer

MBU DO "SYUT"

Indledning 3

Forskning og analyse 4

Stadier af fremstillingsenheder og montering af manipulatoren 6

1. Materialer og værktøjer 6

   Mekaniske komponenter i manipulator 7

   Elektronisk påfyldning af manipulator 9

Konklusion 11

Informationskilder 12

Bilag 13

Indledning

En robotmanipulator er en tredimensionel maskine, der har tre dimensioner svarende til et levende væsens rum. I bred forstand kan en manipulator defineres som et teknisk system, der kan erstatte en person eller hjælpe ham med at udføre forskellige opgaver.

I øjeblikket går udviklingen af ​​robotteknologi ikke fremad, men kører fremad. Alene i de første 10 år af det 21. århundrede blev mere end 1 million robotter opfundet og implementeret. Men det mest interessante er, at udviklingen på dette område ikke kun kan udføres af hold af store virksomheder, grupper af videnskabsmænd og professionelle ingeniører, men også af almindelige skolebørn rundt om i verden.

Der er udviklet flere komplekser til at studere robotteknologi i skolen. De mest berømte af dem er:

Robotis Bioloid;

LEGO Mindstorms;

• Arduino.

Arduino-konstruktører er af stor interesse for robotbyggere. Arduino boards er et radiodesignkit, meget enkelt, men funktionelt nok til meget hurtig programmering i Viring-sproget (faktisk C++) og bringe tekniske ideer ud i livet.

Men som praksis viser, er det arbejdet hos unge specialister fra den nye generation, der får stadig større praktisk betydning.

At lære børn i programmering vil altid være relevant, da den hurtige udvikling af robotteknologi først og fremmest er forbundet med udviklingen af ​​informationsteknologier og kommunikationsmidler.

Målet med projektet er at skabe en pædagogisk radiokonstruktør baseret på en manipulatorarm, for at lære børn at programmere i Arduino-miljøet på en legende måde. At give mulighed for, at så mange børn som muligt kan stifte bekendtskab med designaktiviteter inden for robotteknologi.

Projektets mål:

udvikle og bygge en undervisningsarm - en manipulator med minimale omkostninger, som ikke er ringere end udenlandske analoger;

brug servoer som manipulatormekanismer;

styre manipulatormekanismerne ved hjælp af Arduino UNO R 3 radiosættet;

udvikle et program i Arduino programmeringsmiljøet til proportional kontrol af servoer.

For at nå det fastsatte mål og målene for vores projekt er det nødvendigt at studere typerne af eksisterende manipulatorer, teknisk litteratur om dette emne og Arduino hardware og computerplatformen.

Forskning og analyse

Studere.

Industriel manipulator - designet til at udføre motor- og kontrolfunktioner i produktionsprocessen, dvs. en automatisk enhed bestående af en manipulator og en omprogrammerbar kontrolenhed, der genererer kontrolhandlinger, der indstiller de nødvendige bevægelser af manipulatorens udøvende organer. Det bruges til at flytte produktionsgenstande og udføre forskellige teknologiske operationer.

OM
den boomende konstruktør - manipulatoren er udstyret med en robotarm, der komprimerer og frigør. Med dens hjælp kan du spille skak ved at fjernstyre den. Du kan også bruge en robothånd til at dele visitkort ud. Bevægelser inkluderer: håndled 120°, albue 300°, grunddrejning 270°, grundbevægelse 180°. Legetøjet er meget godt og nyttigt, men dets omkostninger er omkring 17.200 rubler.

Takket være "uArm"-projektet kan alle sammensætte deres egen desktop mini-robot. "uArm" er en 4-akset manipulator, en miniatureversion af industrirobotten "ABB PalletPack IRB460" Manipulatoren er udstyret med en Atmel-mikroprocessor og et sæt servomotorer, de samlede omkostninger for de nødvendige dele er 12.959 rubler. UArm-projektet kræver mindst grundlæggende programmeringsfærdigheder og erfaring med at bygge lego. Mini-robotten kan programmeres til mange funktioner: fra at spille på et musikinstrument til at indlæse et komplekst program. I øjeblikket udvikles applikationer til iOS og Android, som giver dig mulighed for at styre "uArm" fra en smartphone.

"uArm" manipulatorer

De fleste eksisterende manipulatorer involverer placering af motorer direkte i leddene. Dette er enklere i designet, men det viser sig, at motorerne skal løfte ikke kun nyttelasten, men også andre motorer.

Analyse.

Vi tog udgangspunkt i den manipulator, der blev præsenteret på Kickstarters hjemmeside, som blev kaldt "uArm". Fordelen ved dette design er, at platformen til placering af griberen altid er parallel med arbejdsfladen. Tunge motorer er placeret ved basen, kræfter overføres gennem stænger. Som et resultat har manipulatoren tre servoer (tre frihedsgrader), som gør det muligt at flytte værktøjet 90 grader langs alle tre akser.

De besluttede at installere lejer i de bevægelige dele af manipulatoren. Dette design af manipulatoren har en masse fordele i forhold til mange modeller, der i øjeblikket er til salg: I alt bruger manipulatoren 11 lejer: 10 stykker til en 3 mm aksel og en til en 30 mm aksel.

Karakteristika for manipulatorarmen:

Højde: 300 mm.

Arbejdsområde (med armen helt udstrakt): fra 140 mm til 300 mm rundt om bunden

Maksimal bæreevne ved armslængde: 200g

Strømforbrug, ikke mere: 1A

Nem at samle. Der blev lagt stor vægt på at sikre, at der var en sådan sekvens af montering af manipulatoren, hvor det ville være ekstremt praktisk at skrue alle delene. Dette var især svært for de kraftige servodrevenheder i basen.

Styring implementeres ved hjælp af variable modstande, proportional kontrol. Du kan designe en strømaftager-type kontrol, ligesom atomforskerne og helten i den store robot fra filmen "Avatar", den kan også styres med en mus, og ved hjælp af kodeeksempler kan du oprette dine egne bevægelsesalgoritmer.

Åbenhed i projektet. Enhver kan lave deres egne værktøjer (sugekop eller blyantklemme) og indlæse det program (skitse), der er nødvendigt for at fuldføre opgaven i controlleren.

Stadier af fremstilling af komponenter og samling af manipulatoren

Materialer og værktøjer

Til fremstilling af manipulatorarmen blev der brugt et kompositpanel med en tykkelse på 3 mm og 5 mm. Dette er et materiale, der består af to aluminiumsplader, 0,21 mm tykke, forbundet med et termoplastisk polymerlag, har god stivhed, er let og er let at behandle. De downloadede fotografier af manipulatoren på internettet blev behandlet af computerprogrammet Inkscape (vektorgrafikeditor). Tegningerne af manipulatorarmen blev tegnet i AutoCAD-programmet (et tredimensionelt computerstøttet design- og tegnesystem).

Færdige dele til manipulatoren.

Færdige dele af manipulatorbasen.

Mekanisk indhold af manipulatoren

MG-995 servoer blev brugt til bunden af ​​manipulatoren. Disse er digitale servoer med metalgear og kuglelejer, de giver en kraft på 4,8 kg/cm, præcis positionering og acceptabel hastighed. Et servodrev vejer 55,0 gram med dimensioner 40,7 x 19,7 x 42,9 mm, forsyningsspænding fra 4,8 til 7,2 volt.

MG-90S servoer blev brugt til at gribe og rotere hånden. Disse er også digitale servoer med metalgear og et kugleleje på udgangsakslen de giver en kraft på 1,8 kg/cm og præcis positionskontrol. Et servodrev vejer 13,4 gram med dimensionerne 22,8 x 12,2 x 28,5 mm, forsyningsspænding fra 4,8 til 6,0 volt.

Servodrev MG-995 Servodrev MG90S

Et leje, der måler 30x55x13, bruges til at lette rotation af armens base - en manipulator med en belastning.

Leje montering. Roterende enhedssamling.

Bunden af ​​armen - manipulatorsamling.

Dele til montering af griberen. Griber montage.

Elektronisk påfyldning af manipulatoren

Der er et open source-projekt kaldet Arduino. Grundlaget for dette projekt er et grundlæggende hardwaremodul og et program, hvor du kan skrive kode til controlleren på et specialiseret sprog, og som giver dig mulighed for at tilslutte og programmere dette modul.

Til at arbejde med manipulatoren brugte vi et Arduino UNO R 3-kort og et kompatibelt udvidelseskort til at forbinde servoer. Den har en 5 volt stabilisator installeret til at drive servoerne, PLS-kontakter til tilslutning af servoer og et stik til tilslutning af variable modstande. Strømmen leveres fra 9V, 3A blokken.

Arduino controller board UNO R 3.

Skematisk diagram af udvidelsen til Arduino-controllerkortet UNO R 3 blev udviklet under hensyntagen til de tildelte opgaver.

Skematisk diagram af udvidelseskortet til controlleren.

Udvidelseskort til controlleren.

Vi forbinder Arduino UNO R 3-kortet ved hjælp af et USB A-B-kabel til computeren, indstiller de nødvendige indstillinger i programmeringsmiljøet og laver et program (skitse) til driften af ​​servoerne ved hjælp af Arduino-bibliotekerne. Vi kompilerer (tjek) skitsen, og indlæser den derefter i controlleren. Detaljerede oplysninger om at arbejde i Arduino-miljøet kan findes på hjemmesiden http://edurobots.ru/category/uroki/ (Arduino for begyndere. Lektioner).

Programvindue med en skitse.

Konklusion

Denne model af manipulatoren er kendetegnet ved dens lave pris sammenlignet med det enkle "Duckrobot" byggesæt, der udfører 2 bevægelser og koster 1.102 rubler, eller Lego "Police Station" byggesættet, som koster 8.429 rubler. Vores konstruktør udfører 5 bevægelser og koster 2384 rubler.

	Komponenter og materiale	Mængde
	Servodrev MG-995
	Servodrev MG90S
	Leje 30x55x13
	Leje 3x8x3
	M3x27 messing kvinde-hun stander
	M3x10 skrue med mål. under h/h
	Kompositplade størrelse 0,6m2
	Arduino UNO R 3 controller board
	Variable modstande 100 kom.

Lave omkostninger bidrog til udviklingen af ​​en teknisk konstruktør til en manipulatorarm, et eksempel på hvilket tydeligt demonstrerede princippet om driften af ​​manipulatoren og implementeringen af ​​tildelte opgaver på en legende måde.

Funktionsprincippet i Arduino-programmeringsmiljøet har bevist sig selv i test. Denne måde at styre og undervise i programmering på en legende måde er ikke kun mulig, men også effektiv.

Den indledende fil med en skitse, taget fra det officielle Arduino-websted og fejlrettet i programmeringsmiljøet, sikrer korrekt og pålidelig drift af manipulatoren.

I fremtiden vil jeg opgive dyre servoer og bruge stepmotorer, så det vil bevæge sig ret præcist og jævnt.

Manipulatoren styres ved hjælp af en strømaftager via en Bluetooth-radiokanal.

Kilder til information

Gololobov N.V. Om Arduino-projektet for skolebørn. Moskva. 2011.

Kurt E. D. Introduktion til mikrocontrollere med oversættelse til russisk af T. Volkov. 2012.

Belov A.V. Selvinstruktionsmanual til enhedsudviklere på AVR-mikrocontrollere. Science and Technology, Skt. Petersborg, 2008.

http://www.customelectronics.ru/robo-ruka-sborka-mehaniki/ crawler-monteret manipulator.

http://robocraft.ru/blog/electronics/660.html manipulator via Bluetooth.

http://robocraft.ru/blog/mechanics/583.html link til artikel og video.

http://edurobots.ru/category/uroki/ Arduino for begyndere.

Anvendelse

Manipulator base tegning

Tegning af bom og manipulatorgreb.