Manipulador de robot industrial: puedo hacer de todo y puedo hacerlo todo. Brazo robótico de mesa de plexiglás con servoaccionamientos con sus propias manos Materiales y herramientas

¡Hola a todos!
Hace un par de años, apareció en kickstarter un proyecto muy interesante de uFactory: la mano robótica de escritorio uArm. Prometieron hacer que el proyecto fuera de código abierto con el tiempo, pero no pude esperar y comencé a hacer ingeniería inversa a partir de fotografías.
A lo largo de los años, hice cuatro versiones de mi visión de este manipulador y finalmente desarrollé este diseño:
Se trata de un brazo robótico con un controlador integrado, accionado por cinco servos. Su principal ventaja es que todas las piezas se pueden comprar o cortar de plexiglás de forma económica y rápida con láser.
Como tomé un proyecto de código abierto como fuente de inspiración, comparto todos mis resultados en su totalidad. Puede descargar todas las fuentes desde los enlaces al final del artículo y, si lo desea, montar la misma (todos los enlaces se encuentran al final del artículo).

Pero es más fácil mostrarlo en acción una vez que decir durante mucho tiempo qué es:

Entonces, pasemos a la descripción.
Presupuesto

1. Alto: 300 mm.
2. Área de trabajo (con el brazo completamente extendido): de 140 mm a 300 mm alrededor de la base
3. Capacidad de carga máxima con el brazo extendido, no menos de: 200 g
4. Consumo actual, no más: 6A

También me gustaría señalar algunas características de diseño:

1. Rodamientos en todas las partes móviles del manipulador. Hay once en total: 10 piezas para un eje de 3 mm y una para un eje de 30 mm.
2. Fácil de montar. Presté mucha atención para garantizar que existiera una secuencia de ensamblaje del manipulador en la que fuera extremadamente conveniente atornillar todas las piezas. Esto fue especialmente difícil para las potentes unidades de servoaccionamiento de la base.
3. Todos los potentes servos se encuentran en la base. Es decir, los servos “inferiores” no arrastran a los “superiores”.
4. Gracias a las bisagras paralelas, la herramienta siempre permanece paralela o perpendicular al suelo.
5. La posición del manipulador se puede cambiar 90 grados.
6. Software compatible con Arduino ya preparado. Una mano correctamente ensamblada puede controlarse con el mouse y, utilizando ejemplos de código, puede crear sus propios algoritmos de movimiento.

Descripción del diseño
Todas las partes del manipulador están cortadas de plexiglás de 3 y 5 mm de espesor:

Preste atención a cómo se monta la base giratoria:
El más difícil es el nodo en la parte inferior del manipulador. En las primeras versiones me costó mucho esfuerzo montarlo. Conecta tres servos y transmite fuerzas al agarre. Las piezas giran alrededor de un pasador de 6 mm de diámetro. La pinza se mantiene paralela (o perpendicular) a la superficie de trabajo mediante varillas adicionales:

En la foto de abajo se muestra un manipulador con el hombro y el codo instalados. Aún nos queda añadirle una garra y unas varillas:

La garra también está montada sobre cojinetes. Puede encogerse y girar alrededor de su eje:
La garra se puede instalar tanto vertical como horizontalmente:

Todo está controlado por una placa compatible con Arduino y un escudo para ello:

Asamblea
Se necesitarán unas dos horas y un montón de sujetadores para montar el manipulador. Documenté el proceso de montaje en forma de instrucciones en fotografías (¡cuidado, tráfico!) con comentarios detallados de cada operación. También hice un modelo 3D detallado en un programa SketchUp sencillo y gratuito. Así siempre podrás darle la vuelta ante tus ojos y mirar lugares extraños:


Electrónica y programación
Hice un escudo completo en el que instalé, además de los conectores de servo y alimentación, resistencias variables. Para facilitar la depuración. De hecho, basta con conectar señales a los motores mediante una placa de pruebas. Pero al final terminé con este escudo, que (da la casualidad) pedí de fábrica:

En general, hice tres programas diferentes para Arduino. Uno para control desde computadora, otro para trabajar en modo demo y otro para controlar botones y resistencias variables. El más interesante de ellos, por supuesto, es el primero. No proporcionaré el código completo aquí; está disponible en línea.
Para controlarlo, necesita descargar un programa para su computadora. Después de iniciarlo, el mouse pasa al modo de control manual. El movimiento es responsable del movimiento a lo largo de XY, la rueda cambia la altura, LMB/RMB - captura, RMB+rueda - gira el manipulador. Y es realmente conveniente. Estaba en el vídeo al principio del artículo.
Fuentes del proyecto

El brazo robótico MeArm es una versión de bolsillo de un brazo industrial. MeArm es un robot de fácil montaje y control, un brazo mecánico. El manipulador tiene cuatro grados de libertad, lo que facilita agarrar y mover varios objetos pequeños.

Este producto se presenta como un kit para su montaje. Incluye las siguientes partes:

• un conjunto de piezas acrílicas transparentes para montar un manipulador mecánico;
• 4 servos;
• tablero de control en el que se ubican el microcontrolador Arduino Pro y la pantalla gráfica Nokia 5110;
• tablero de joystick que contiene dos joysticks analógicos de dos ejes;
• Cable de alimentación USB.

Antes de montar el manipulador mecánico, es necesario calibrar los servos. Para la calibración utilizaremos el controlador Arduino. Conectamos los servos a la placa Arduino (se requiere una fuente de alimentación externa de 5-6V 2A).

Servo medio, izquierda, derecha, garra; // crear 4 objetos Servo

Configuración nula()
{
Serie.begin(9600);
medio.attach(11); // conecta un servo al pin 11 para rotar la plataforma
izquierda.attach(10); // conecta un servo al pin 10 en el hombro izquierdo
derecha.attach(9); // conecta un servo al pin 11 en el hombro derecho
garra.attach(6); // conecta un servo al pin 6 garra (captura)
}

bucle vacío()
{
// establece la posición del servo por magnitud (en grados)
medio.write(90);
izquierda.write(90);
derecha.escribir(90);
garra.write(25);
retraso(300);
}
Usando un marcador, haga una línea a través del cuerpo del servomotor y el eje. Conecte el balancín de plástico incluido en el kit al servo como se muestra a continuación usando el pequeño tornillo incluido en el kit de montaje del servo. Los utilizaremos en esta posición a la hora de montar la parte mecánica del MeArm. Tenga cuidado de no mover la posición del eje.


Ahora puedes montar el manipulador mecánico.
Toma la base y une las patas a sus esquinas. Luego instale cuatro pernos de 20 mm y atornille tuercas (la mitad de la longitud total).

Ahora fijamos el servo central con dos tornillos de 8 mm a una placa pequeña y fijamos la estructura resultante a la base mediante tornillos de 20 mm.

Montamos el tramo izquierdo de la estructura.

Montamos la sección derecha de la estructura.

Ahora necesitas conectar las secciones izquierda y derecha. Primero voy a la placa adaptadora.

Entonces bien, y obtenemos

Conexión de la estructura a la plataforma.

Y recogemos la “garra”

Adjuntamos la “garra”

Para el montaje, puede utilizar el siguiente manual (en inglés) o un manual para montar un manipulador similar (en ruso).

Diagrama de distribución de pines

Ahora puedes empezar a escribir código Arduino. Para controlar el manipulador, además de poder controlar el control mediante un joystick, sería bueno dirigir el manipulador a un punto específico en coordenadas cartesianas (x, y, z). Hay una biblioteca correspondiente que se puede descargar desde github: https://github.com/mimeindustries/MeArm/tree/master/Code/Arduino/BobStonesArduinoCode.
Las coordenadas se miden en mm desde el centro de rotación. La posición inicial es en el punto (0, 100, 50), es decir, 100 mm hacia adelante desde la base y 50 mm desde el suelo.
Un ejemplo de uso de la biblioteca para instalar un manipulador en un punto específico en coordenadas cartesianas:

#incluir "meArm.h"
#incluir

Configuración nula() (
brazo.comenzar(11, 10, 9, 6);
brazo.openGripper();
}

Bucle vacío() (
//arriba e izquierda
brazo.gotoPoint(-80,100,140);
// agarrar
brazo.closeGripper();
// abajo, daño y derecho
brazo.gotoPoint(70,200,10);
// suelta el agarre
brazo.openGripper();
//volver al punto de partida
arm.gotoPoint(0,100,50);
}

Métodos de la clase meArm:

vacío comenzar(entero pinBase, entero pinHombro, entero pinCodo, entero PinGripper) - Inicie meArm, especifique los pines de conexión para los servos de garra central, izquierdo, derecho. Debe llamarse en setup();
vacío openGripper() - abrir la empuñadura;
vacío cerrarGripper() - captura;
vacío ir a punto(flotar incógnita, flotar y, flotar z) - mover el manipulador a la posición de coordenadas cartesianas (x, y, z);
flotar obtenerX() - coordenada X actual;
flotar obtenerY() - coordenada Y actual;
flotar obtenerZ() - coordenada Z actual.

Guía de montaje (inglés)

Primero se tratarán cuestiones generales, luego las características técnicas del resultado, detalles y finalmente el proceso de montaje en sí.

En general y en general

Crear este dispositivo en su conjunto no debería causar ninguna dificultad. Será necesario considerar cuidadosamente sólo las posibilidades de los movimientos mecánicos, que serán bastante difíciles de implementar desde un punto de vista físico, para que el brazo manipulador realice las tareas que se le asignan.

Características técnicas del resultado.

Se considerará una muestra con parámetros largo/alto/ancho de 228/380/160 milímetros, respectivamente. El peso de un manipulador hecho a mano será de aproximadamente 1 kilogramo. Para el control se utiliza un mando a distancia con cable. El tiempo estimado de montaje si tienes experiencia es de unas 6-8 horas. Si no está allí, pueden pasar días, semanas y, con la connivencia, incluso meses hasta que se monte el brazo manipulador. En tales casos, debe hacerlo usted mismo sólo por su propio interés. Para mover los componentes se utilizan motores conmutadores. Con suficiente esfuerzo, puedes hacer un dispositivo que gire 360 ​​grados. Además, para facilitar el trabajo, además de las herramientas estándar como un soldador y un soldador, debe abastecerse de:

1. Alicates de punta larga.
2. Cortadores laterales.
3. Destornillador Phillips.
4. 4 pilas tipo D.

El control remoto se puede implementar mediante botones y un microcontrolador. Si desea realizar un control remoto inalámbrico, también necesitará un elemento de control de acción en la mano del manipulador. Como complementos, solo se necesitarán dispositivos (condensadores, resistencias, transistores) que permitan estabilizar el circuito y transmitir a través de él una corriente de la magnitud requerida en los momentos adecuados.

Pequeños detalles

Para regular el número de revoluciones se pueden utilizar ruedas adaptadoras. Harán que el movimiento de la mano manipuladora sea suave.

También es necesario asegurarse de que los cables no compliquen sus movimientos. Lo óptimo sería colocarlos dentro de la estructura. Puede hacer todo desde el exterior; este enfoque ahorrará tiempo, pero puede ocasionar dificultades al mover componentes individuales o todo el dispositivo. Y ahora: ¿cómo hacer un manipulador?

Asamblea en general

Ahora procedamos directamente a crear el brazo manipulador. Empecemos desde la base. Es necesario asegurarse de que el dispositivo pueda girarse en todas las direcciones. Una buena solución sería colocarlo sobre una plataforma de disco accionada por un solo motor. Para que pueda girar en ambos sentidos, existen dos opciones:

1. Instalación de dos motores. Cada uno de ellos será el encargado de girar en una dirección concreta. Cuando uno está trabajando, el otro está en reposo.
2. Instalar un motor con un circuito que pueda hacerlo girar en ambas direcciones.

Cuál de las opciones propuestas elegir depende completamente de usted. A continuación, se realiza la estructura principal. Para un trabajo cómodo, se necesitan dos "articulaciones". Fijada a la plataforma, esta debe poder inclinarse en diferentes direcciones, lo que se logra con la ayuda de motores ubicados en su base. Se debe colocar otro o un par en la curva del codo para que parte del agarre se pueda mover a lo largo de las líneas horizontales y verticales del sistema de coordenadas. Además, si desea obtener las máximas capacidades, puede instalar otro motor en la muñeca. El siguiente es el más necesario, sin el cual una mano manipuladora es imposible. Tendrás que hacer el dispositivo de captura con tus propias manos. Hay muchas opciones de implementación aquí. Puedes dar un consejo sobre los dos más populares:

1. Sólo se utilizan dos dedos, que comprimen y aflojan simultáneamente el objeto a agarrar. Se trata de la implementación más sencilla, pero normalmente no puede presumir de una capacidad de carga significativa.
2. Se crea un prototipo de mano humana. Aquí se puede utilizar un motor para todos los dedos, con cuya ayuda se realiza la flexión/extensión. Pero el diseño se puede hacer más complejo. Así, puedes conectar un motor a cada dedo y controlarlos por separado.

A continuación, queda por hacer un control remoto, con la ayuda del cual se influirán en los motores individuales y el ritmo de su funcionamiento. Y puedes empezar a experimentar usando un manipulador robótico que hayas creado tú mismo.

Posibles representaciones esquemáticas del resultado.

Una mano manipuladora de bricolaje ofrece amplias oportunidades para la creatividad. Por lo tanto, presentamos a su atención varias implementaciones que puede tomar como base para crear su propio dispositivo con un propósito similar.

Cualquier circuito manipulador presentado se puede mejorar.

Conclusión

Lo importante de la robótica es que prácticamente no hay límites para la mejora funcional. Por tanto, si lo deseas, crear una auténtica obra de arte no te resultará difícil. Hablando de posibles mejoras adicionales, cabe mencionar la grúa. Hacer un dispositivo de este tipo con sus propias manos no será difícil; al mismo tiempo, enseñará a los niños el trabajo creativo, la ciencia y el diseño. Y esto, a su vez, puede tener un impacto positivo en su vida futura. ¿Será difícil hacer una grúa con tus propias manos? Esto no es tan problemático como podría parecer a primera vista. A menos que valga la pena cuidar la presencia de piezas pequeñas adicionales, como un cable y ruedas sobre las que girará.

Conexión:

Si ha ensamblado las piezas del manipulador de acuerdo con las instrucciones, puede comenzar a ensamblar el circuito electrónico. Sugerimos conectar los servos del manipulador al Arduino UNO a través de Trerma-Power Shield y controlar los servos mediante potenciómetros Trema.

• Al girar la perilla del primer potenciómetro Trema, la base girará.
• Al girar la perilla del segundo potenciómetro Trema, se girará el brazo izquierdo.
• Al girar la tercera perilla del potenciómetro Trema, se rotará el brazo derecho.
• Al girar la cuarta perilla del potenciómetro Trema se moverá la pinza.

El código del programa (sketch) proporciona protección a los servos, que consiste en el hecho de que el rango de rotación está limitado por el intervalo (dos ángulos) de juego libre. Los ángulos de rotación mínimo y máximo se especifican como los dos últimos argumentos de la función map() para cada servo. Y el valor de estos ángulos se determina durante el proceso de calibración, que debe realizarse antes de comenzar a trabajar con el manipulador.

Código de programa:

Si aplica energía antes de la calibración, ¡el manipulador puede comenzar a moverse de manera inapropiada! Complete todos los pasos de calibración primero.

#incluir // Conecta la biblioteca Servo para trabajar con servos Servo servo1; //Declarar un objeto servo1 para que funcione con el servodrive base Servo servo2; //Declarar un objeto servo2 para trabajar con el servo del hombro izquierdo Servo servo3; //Declarar un objeto servo3 para trabajar con el servo del brazo derecho Servo servo4; //Declarar un objeto servo4 para trabajar con el servo de captura int valR1, valR2, valR3, valR4; // Declarar variables para almacenar valores de potenciómetro // Asignar pines: const uint8_t pinR1 = A2; // Determinar la constante a partir del número de salida del potenciómetro de control. base constante uint8_t pinR2 = A3; // Determinar la constante a partir del número de salida del potenciómetro de control. hombro izquierdo constante uint8_t pinR3 = A4; // Determinar la constante a partir del número de salida del potenciómetro de control. hombro derecho constante uint8_t pinR4 = A5; // Determinar la constante a partir del número de salida del potenciómetro de control. capturar const uint8_t pinS1 = 10; // Definir la constante con el número de pin del servodrive base const uint8_t pinS2 = 9; // Defina la constante con el número de pin del servoaccionamiento del brazo izquierdo const uint8_t pinS3 = 8; // Definimos la constante con el número de pin del servoaccionamiento del brazo derecho const uint8_t pinS4 = 7; // Definir una constante con el número de pin del servodrive de captura void setup())( // El código de la función de configuración se ejecuta una vez: Serial.begin(9600); // Iniciar la transferencia de datos al monitor del puerto serie servo1.attach (pinS1); // Asigna el servo1 al objeto de control del servodrive 1 servo2.attach(pinS2); // Asigna el control del servodrive 2 al objeto servo2 servo3.attach(pinS3); unidad 3 al objeto servo3 servo4.attach(pinS4); // Asigna el control del servo unidad 4 al objeto servo4 loop())( // El código de la función de bucle se ejecuta continuamente: valR1=map(analogRead(pinR1), 0, 1024, 10, 170); servo1.write(valR1); // Girar con la base Es posible que sea necesario cambiar (calibrar) los ángulos indicados en esta línea: 10 y 170 valR2=map(analogRead(pinR2), 0 , 1024, 80, 170); // Controla el hombro izquierdo. Es posible que sea necesario cambiar (calibrar) los ángulos indicados en esta línea: 80 y 170) valR3=map(analogRead(pinR3), 0, 1024, 60, 170) ; // Controla el hombro derecho Los ángulos indicados en esta línea: 60 y 170 pueden necesitar ser cambiados (calibrados) valR4=map(analogRead(pinR4), 0, 1024, 40, 70); servo4.write(valR4); // Controlar la captura Los ángulos especificados en esta línea: 40 y 70 pueden necesitar ser cambiados (calibrados) Serial.println((String) "A1 = "+valR1+",\t A2 = "+valR2+",\t A3 = "+valR3+ ", \t A4 = "+valR4); // Muestra las esquinas en el monitor)

Calibración:

Antes de empezar a trabajar con el manipulador, ¡debe calibrarlo!

La calibración consiste en especificar los valores extremos del ángulo de rotación de cada servo, para que las piezas no interfieran en sus movimientos.
• Desconecte todos los servos del Trema-Power Shield, cargue el boceto y conecte la alimentación.
• Abra el monitor del puerto serie.
• El monitor mostrará los ángulos de rotación de cada servo (en grados).
• Conecte el primer servo (que controla la rotación de la base) al pin D10.
• Al girar la perilla del primer potenciómetro Trema (pin A2), se girará el primer servo (pin D10) y el monitor cambiará el ángulo actual de este servo (valor: A1 =...). Las posiciones extremas del primer servo estarán en el rango de 10 a 170 grados (como está escrito en la primera línea del código del bucle). Este rango se puede cambiar reemplazando los valores de los dos últimos argumentos de la función map() en la primera línea del código del bucle por otros nuevos. Por ejemplo, reemplazar 170 por 180 aumentará la posición extrema del servo en una dirección determinada. Y reemplazando 10 por 20, reducirás la otra posición extrema del mismo servo.
• Si reemplazó los valores, deberá volver a cargar el boceto. Ahora el servo girará dentro de los nuevos límites especificados por usted.
• Conecte el segundo servo (que controla la rotación del brazo izquierdo) al pin D9.
• Girar la perilla del segundo potenciómetro Trema (pin A3) provocará la rotación del segundo servo (pin D9), y el monitor cambiará el valor del ángulo actual de este servo (valor: A2 = ...). Las posiciones extremas del segundo servo estarán en el rango de 80 a 170 grados (como está escrito en la segunda línea del esquema del bucle). Este rango cambia de la misma manera que para el primer servo.
• Si reemplazó los valores, deberá volver a cargar el boceto.
• Conecte el tercer servo (que controla la rotación del brazo derecho) al pin D8. y calibrarlo de la misma manera.
• Conecte el cuarto servo (que controla la pinza) al pin D7. y calibrarlo de la misma manera.

Basta con realizar la calibración una vez, después de montar el manipulador. Los cambios que realice (valores de ángulos límite) se guardarán en el archivo de boceto.

Institución presupuestaria municipal

educación adicional "Estación para Jóvenes Técnicos"

ciudad de Kamensk Shakhtinsky

Etapa municipal del concurso regional

“Jóvenes diseñadores del Don para el tercer milenio”

Sección "Robótica"

« Brazo manipulador Arduino"

profesor de educación adicional

MBU DO "SYUT"

Introducción 3

Investigación y análisis 4

Etapas de fabricación de unidades y montaje del manipulador 6.

1. Materiales y herramientas 6

   Componentes mecánicos del manipulador 7.

   Llenado electrónico del manipulador 9.

Conclusión 11

Fuentes de información 12

Apéndice 13

Introducción

Un manipulador robótico es una máquina tridimensional que tiene tres dimensiones correspondientes al espacio de un ser vivo. En un sentido amplio, un manipulador puede definirse como un sistema técnico que puede reemplazar a una persona o ayudarla a realizar diversas tareas.

Actualmente, el desarrollo de la robótica no avanza, sino que avanza, antes de tiempo. Sólo en los primeros 10 años del siglo XXI, se inventaron e implementaron más de 1 millón de robots. Pero lo más interesante es que los avances en este ámbito pueden ser llevados a cabo no sólo por equipos de grandes corporaciones, grupos de científicos e ingenieros profesionales, sino también por escolares comunes de todo el mundo.

Se han desarrollado varios complejos para estudiar robótica en la escuela. Los más famosos de ellos son:

Bioloide Robotis;

Tormentas mentales de LEGO;

• Arduino.

Los constructores de Arduino son de gran interés para los constructores de robots. Las placas Arduino son un kit de diseño de radio, muy simple, pero lo suficientemente funcional como para programar muy rápidamente en el lenguaje Viring (en realidad C++) y dar vida a ideas técnicas.

Pero como muestra la práctica, es el trabajo de los jóvenes especialistas de la nueva generación el que adquiere cada vez más importancia práctica.

Enseñar programación a los niños siempre será relevante, ya que el rápido desarrollo de la robótica está asociado, en primer lugar, al desarrollo de las tecnologías de la información y los medios de comunicación.

El objetivo del proyecto es crear un radioconstructor educativo basado en un brazo manipulador, para enseñar a los niños a programar en entorno Arduino de forma lúdica. Brindar una oportunidad para que el mayor número posible de niños se familiaricen con las actividades de diseño en robótica.

Objetivos del proyecto:

desarrollar y construir un brazo didáctico: un manipulador de coste mínimo que no es inferior a sus homólogos extranjeros;

utilizar servos como mecanismos manipuladores;

controlar los mecanismos del manipulador mediante el kit de radio Arduino UNO R 3;

Desarrollar un programa en el entorno de programación Arduino para control proporcional de servos.

Para lograr la meta y los objetivos marcados de nuestro proyecto, es necesario estudiar los tipos de manipuladores existentes, la literatura técnica sobre este tema y el hardware y la plataforma informática Arduino.

Investigación y análisis

Estudiar.

Manipulador industrial: diseñado para realizar funciones motoras y de control en el proceso de producción, es decir, un dispositivo automático que consta de un manipulador y un dispositivo de control reprogramable que genera acciones de control que establecen los movimientos requeridos de los órganos ejecutivos del manipulador. Se utiliza para mover artículos de producción y realizar diversas operaciones tecnológicas.

ACERCA DE
el constructor en auge: el manipulador está equipado con un brazo robótico que comprime y afloja. Con su ayuda podrás jugar al ajedrez controlándolo de forma remota. También puedes utilizar una mano robótica para repartir tarjetas de visita. Los movimientos incluyen: muñeca 120°, codo 300°, rotación básica 270°, movimiento básico 180°. El juguete es muy bueno y útil, pero cuesta unos 17.200 rublos.

Gracias al proyecto “uArm”, cualquiera puede montar su propio minirobot de escritorio. "uArm" es un manipulador de 4 ejes, una versión en miniatura del robot industrial "ABB PalletPack IRB460". El manipulador está equipado con un microprocesador Atmel y un conjunto de servomotores, el costo total de las piezas necesarias es de 12 959 rublos. El proyecto uArm requiere al menos habilidades básicas de programación y experiencia en la construcción de Legos. El minirobot se puede programar para muchas funciones: desde tocar un instrumento musical hasta cargar algún programa complejo. Actualmente, se están desarrollando aplicaciones para iOS y Android que permitirán controlar “uArm” desde un teléfono inteligente.

Manipuladores "uArm"

La mayoría de los manipuladores existentes implican la colocación de motores directamente en las articulaciones. Este tiene un diseño más simple, pero resulta que los motores deben levantar no solo la carga útil, sino también otros motores.

Análisis.

Tomamos como base el manipulador presentado en el sitio web de Kickstarter, llamado "uArm". La ventaja de este diseño es que la plataforma para colocar la pinza siempre está paralela a la superficie de trabajo. Los motores pesados ​​​​están ubicados en la base y las fuerzas se transmiten a través de varillas. Como resultado, el manipulador tiene tres servos (tres grados de libertad), que le permiten mover la herramienta a lo largo de los tres ejes 90 grados.

Decidieron instalar cojinetes en las partes móviles del manipulador. Este diseño del manipulador tiene muchas ventajas sobre muchos modelos que están actualmente a la venta: en total, el manipulador utiliza 11 rodamientos: 10 piezas para un eje de 3 mm y una para un eje de 30 mm.

Características del brazo manipulador:

Alto: 300 mm.

Área de trabajo (con el brazo completamente extendido): de 140 mm a 300 mm alrededor de la base

Capacidad de carga máxima con el brazo extendido: 200 g

Consumo actual, no más: 1A

Fácil de montar. Se prestó mucha atención para garantizar que existiera una secuencia de montaje del manipulador en la que fuera extremadamente conveniente atornillar todas las piezas. Esto fue especialmente difícil para las potentes unidades de servoaccionamiento de la base.

El control se implementa mediante resistencias variables, control proporcional. Se puede diseñar un control tipo pantógrafo, como el de los científicos nucleares y el héroe del gran robot de la película “Avatar”, también se puede controlar con el ratón y, utilizando ejemplos de código, se pueden crear sus propios algoritmos de movimiento.

Apertura del proyecto. Cualquiera puede fabricar sus propias herramientas (ventosa o clip para lápiz) y cargar el programa (boceto) necesario para completar la tarea en el controlador.

Etapas de fabricación de componentes y montaje del manipulador.

Materiales y herramientas

Para realizar el brazo manipulador se utilizó un panel compuesto con un espesor de 3 mm y 5 mm. Se trata de un material que consta de dos láminas de aluminio de 0,21 mm de espesor, unidas por una capa de polímero termoplástico, tiene buena rigidez, es liviano y fácil de procesar. Las fotografías descargadas del manipulador en Internet fueron procesadas por el programa informático Inkscape (editor de gráficos vectoriales). Los dibujos del brazo manipulador se realizaron en el programa AutoCAD (un sistema de dibujo y diseño asistido por ordenador tridimensional).

Piezas confeccionadas para el manipulador.

Piezas terminadas de la base del manipulador.

Contenido mecánico del manipulador.

Se utilizaron servos MG-995 para la base del manipulador. Se trata de servos digitales con engranajes metálicos y rodamientos de bolas; proporcionan una fuerza de 4,8 kg/cm, posicionamiento preciso y velocidad aceptable. Un servoaccionamiento pesa 55,0 gramos con unas dimensiones de 40,7 x 19,7 x 42,9 mm y una tensión de alimentación de 4,8 a 7,2 voltios.

Se utilizaron servos MG-90S para agarrar y girar la mano. También son servos digitales con engranajes metálicos y un rodamiento de bolas en el eje de salida; proporcionan una fuerza de 1,8 kg/cm y un control de posición preciso. Un servoaccionamiento pesa 13,4 gramos y mide 22,8 x 12,2 x 28,5 mm, tensión de alimentación de 4,8 a 6,0 voltios.

Servoaccionamiento MG-995 Servoaccionamiento MG90S

Se utiliza un rodamiento de 30x55x13 para facilitar la rotación de la base del brazo, un manipulador con carga.

Instalación de rodamientos. Conjunto de dispositivo giratorio.

La base del brazo - conjunto manipulador.

Piezas para el montaje de la pinza. Conjunto de pinzas.

Llenado electrónico del manipulador.

Existe un proyecto de código abierto llamado Arduino. La base de este proyecto es un módulo de hardware básico y un programa en el que se puede escribir código para el controlador en un lenguaje especializado y que permite conectar y programar este módulo.

Para trabajar con el manipulador utilizamos una placa Arduino UNO R 3 y una placa de expansión compatible para conectar servos. Tiene instalado un estabilizador de 5 voltios para alimentar los servos, contactos PLS para conectar servos y un conector para conectar resistencias variables. La energía se suministra desde un bloque de 9V, 3A.

placa controladora arduino ONU R 3.

Diagrama esquemático de la expansión para la placa controladora Arduino. ONU-R 3 Se desarrolló teniendo en cuenta las tareas asignadas.

Diagrama esquemático de la placa de expansión del controlador.

Placa de expansión para el controlador.

Conectamos la placa Arduino UNO R 3 mediante un cable USB A-B a la computadora, configuramos los ajustes necesarios en el entorno de programación y creamos un programa (boceto) para el funcionamiento de los servos utilizando las bibliotecas de Arduino. Compilamos (verificamos) el boceto y luego lo cargamos en el controlador. Puede encontrar información detallada sobre cómo trabajar en el entorno Arduino en el sitio web http://edurobots.ru/category/uroki/ (Arduino para principiantes. Lecciones).

Ventana del programa con un boceto.

Conclusión

Este modelo de manipulador se distingue por su bajo coste en comparación con el sencillo kit de construcción "Duckrobot", que realiza 2 movimientos y cuesta 1.102 rublos, o el kit de construcción Lego "Police Station", que cuesta 8.429 rublos. Nuestro constructor realiza 5 movimientos y cuesta 2384 rublos.

	Componentes y material	Cantidad
	Servoaccionamiento MG-995
	Servoaccionamiento MG90S
	Rodamiento 30x55x13
	Rodamiento 3x8x3
	Soporte hembra-hembra de latón M3x27
	Tornillo M3x10 con portería. bajo h/w
	Tamaño del panel compuesto 0,6m2
	Placa controladora Arduino UNO R 3
	Resistencias variables 100 kom.

El bajo coste contribuyó al desarrollo de un constructor técnico para el brazo manipulador, cuyo ejemplo demostró claramente el principio de funcionamiento del manipulador y la ejecución de las tareas asignadas de forma lúdica.

El principio de funcionamiento en el entorno de programación Arduino ha demostrado su eficacia en las pruebas. Esta forma de gestionar y enseñar programación de forma lúdica no sólo es posible, sino también eficaz.

El archivo inicial con un boceto, extraído del sitio web oficial de Arduino y depurado en el entorno de programación, garantiza un funcionamiento correcto y fiable del manipulador.

En el futuro, quiero abandonar los costosos servos y utilizar motores paso a paso, para que se mueva con bastante precisión y suavidad.

El manipulador se controla mediante un pantógrafo a través de un canal de radio Bluetooth.

Fuentes de información

Gololobov N.V. Sobre el proyecto Arduino para escolares. Moscú. 2011.

Kurt E. D. Introducción a los microcontroladores con traducción al ruso por T. Volkov. 2012.

Belov A.V. Manual de autoinstrucción para desarrolladores de dispositivos en microcontroladores AVR. Ciencia y Tecnología, San Petersburgo, 2008.

http://www.customelectronics.ru/robo-ruka-sborka-mehaniki/ manipulador montado sobre orugas.

http://robocraft.ru/blog/electronics/660.html manipulador a través de Bluetooth.

http://robocraft.ru/blog/mechanics/583.html enlace al artículo y al vídeo.

http://edurobots.ru/category/uroki/ Arduino para principiantes.

Solicitud

Dibujo base del manipulador

Dibujo de la pluma y la empuñadura del manipulador.