Өнеркәсіптік робот-манипулятор: менің қолымнан бәрі келеді және менің қолымнан бәрі келеді. Сервожетектері бар плексигластан жасалған, өз бетімен жасалатын үстел үсті робот қолы Материалдар мен құралдар

Бәріне сәлем!
Бірнеше жыл бұрын uFactory компаниясының өте қызықты жобасы kickstarter-де пайда болды - uArm жұмыс үстелі роботтық қолы. Олар жобаны уақыт өте келе ашық дереккөзге айналдыруға уәде берді, бірақ мен күте алмадым және фотосуреттерден кері инженерия жасай бастадым.
Осы жылдар ішінде мен осы манипулятор туралы көзқарасымның төрт нұсқасын жасадым және соңында осы дизайнды әзірледім:
Бұл бес серво арқылы басқарылатын біріктірілген контроллері бар роботтық қол. Оның басты артықшылығы мынада: барлық бөлшектерді не сатып алуға болады, не арзанға және лазердің көмегімен плексиглассты тез кесуге болады.
Шабыт көзі ретінде ашық бастапқы жобаны алғандықтан, барлық нәтижелеріммен толық бөлісемін. Сіз барлық дереккөздерді мақаланың соңындағы сілтемелерден жүктей аласыз және қажет болса, бірдейсін жинай аласыз (барлық сілтемелер мақаланың соңында).

Бірақ оның не екенін ұзақ уақыт айтқаннан гөрі оны бір рет іс жүзінде көрсету оңайырақ:

Сонымен, сипаттамаға көшейік.
Техникалық сипаттамалар

1. Биіктігі: 300 мм.
2. Жұмыс аймағы (қолды толық созған кезде): негіз айналасында 140 мм-ден 300 мм-ге дейін
3. Қолдың ұзындығында максималды жүк көтергіштігі, кем емес: 200г
4. Ағымдағы тұтыну, артық емес: 6А

Мен сондай-ақ кейбір дизайн ерекшеліктерін атап өткім келеді:

1. Манипулятордың барлық қозғалатын бөліктеріндегі мойынтіректер. Олардың барлығы он бір: 3 мм білік үшін 10 дана және 30 мм білік үшін біреуі.
2. Құрастыру оңай. Мен манипуляторды жинаудың осындай дәйектілігі болуын қамтамасыз етуге көп көңіл бөлдім, онда барлық бөлшектерді бұрап қою өте ыңғайлы болады. Бұл әсіресе базадағы қуатты сервожетекті қондырғылар үшін қиын болды.
3. Барлық қуатты серволар базада орналасқан. Яғни, «төменгі» серволар «жоғарғыларды» сүйреп апармайды.
4. Параллель ілмектердің арқасында құрал әрқашан жерге параллель немесе перпендикуляр болып қалады.
5. Манипулятордың орнын 90 градусқа өзгертуге болады.
6. Arduino-үйлесімді дайын бағдарламалық құрал. Дұрыс жиналған қолды тінтуірмен басқаруға болады және код мысалдарын пайдалана отырып, сіз өзіңіздің қозғалыс алгоритмдеріңізді жасай аласыз.

Дизайн сипаттамасы
Манипулятордың барлық бөліктері қалыңдығы 3 және 5 мм болатын плексигластан кесілген:

Айналмалы негіз қалай құрастырылғанына назар аударыңыз:
Ең қиыны - манипулятордың төменгі жағындағы түйін. Алғашқы нұсқаларда оны құрастыру маған көп күш жұмсады. Ол үш сервоны қосып, күштерді тұтқаға жібереді. Бөлшектер диаметрі 6 мм түйреуіштің айналасында айналады. Қысқыш қосымша шыбықтар арқасында жұмыс бетіне параллель (немесе перпендикуляр) ұсталады:

Төмендегі фотода иық пен шынтақ орнатылған манипулятор көрсетілген. Ол үшін әлі де тырнақ пен таяқтарды қосу керек:

Тырнақ мойынтіректерге де орнатылады. Ол өз осінің айналасында кішірейе және айнала алады:
Тырнақты тігінен де, көлденеңінен де орнатуға болады:

Барлығы Arduino-үйлесімді тақтамен және оған арналған қалқанмен басқарылады:

Ассамблея
Манипуляторды құрастыру үшін шамамен екі сағат және бірнеше бекіткіш қажет болады. Мен құрастыру процесінің өзін фотосуреттердегі нұсқаулар түрінде құжаттадым (абай болыңыз, қозғалыс!) Әрбір операция туралы егжей-тегжейлі түсініктемелер. Мен қарапайым және тегін SketchUp бағдарламасында егжей-тегжейлі 3D үлгісін жасадым. Сондықтан сіз оны әрқашан көз алдыңызда айналдырып, бейтаныс жерлерге қарай аласыз:


Электроника және бағдарламалау
Мен серво және қуат қосқыштарынан басқа, айнымалы резисторларды орнатқан тұтас қалқан жасадым. Түзетуді жеңілдету үшін. Шын мәнінде, сигналдарды қозғалтқыштарға нан тақтасын пайдаланып қосу жеткілікті. Бірақ соңында мен осы қалқанмен аяқталдым, ол (дәл солай болады) мен зауыттан тапсырыс бердім:

Жалпы, мен Arduino үшін үш түрлі бағдарлама жасадым. Біреуі компьютерден басқаруға арналған, біреуі демонстрациялық режимде жұмыс істеуге арналған, екіншісі түймелер мен айнымалы резисторларды басқаруға арналған. Олардың ішіндегі ең қызықтысы, әрине, біріншісі. Мен мұнда толық кодты бермеймін - ол онлайн режимінде қол жетімді.
Басқару үшін компьютерге арналған бағдарламаны жүктеп алу керек. Оны іске қосқаннан кейін тінтуір қолмен басқару режиміне өтеді. Қозғалыс XY бойымен қозғалуға жауап береді, дөңгелек биіктікті өзгертеді, LMB/RMB - түсіру, RMB+дөңгелегі - манипуляторды айналдырады. Және бұл шын мәнінде ыңғайлы. Бұл мақаланың басындағы бейнеде болды.
Жоба көздері

MeArm роботтық қолы өнеркәсіптік қолдың қалталы нұсқасы болып табылады. MeArm – құрастыру және басқару оңай робот, механикалық қол. Манипулятордың төрт еркіндік дәрежесі бар, бұл әртүрлі ұсақ заттарды ұстауды және жылжытуды жеңілдетеді.

Бұл өнім құрастыруға арналған жинақ ретінде ұсынылған. Келесі бөліктерді қамтиды:

• механикалық манипуляторды жинауға арналған мөлдір акрил бөлшектерінің жиынтығы;
• 4 серво;
• Arduino Pro микроконтроллері және Nokia 5110 графикалық дисплейі орналасқан басқару тақтасы;
• екі екі осьті аналогтық джойстиктен тұратын джойстик тақтасы;
• USB қуат кабелі.

Механикалық манипуляторды жинамас бұрын, серволарды калибрлеу қажет. Калибрлеу үшін Arduino контроллерін қолданамыз. Біз серволарды Arduino тақтасына қосамыз (сыртқы 5-6В 2А қуат көзі қажет).

Серво ортаңғы, сол, оң, тырнақ; // 4 Servo нысанын жасаңыз

Жарамсыз орнату()
{
Serial.begin(9600);
middle.attach(11); // платформаны айналдыру үшін 11 түйреуішке серво бекітеді
left.attach(10); // сол жақ иықтағы 10 түйреуішке сервоны бекітеді
right.attach(9); // сервоны оң иықтағы 11 түйреуішке бекітеді
claw.attach(6); // 6 тырнағына сервоны қосады (түсіру)
}

жарамсыз цикл()
{
// серво орнын магнитудасы бойынша орнатады (градуспен)
middle.write(90);
left.write(90);
right.write(90);
claw.write(25);
кешіктіру(300);
}
Маркерді пайдаланып сервомотор корпусы мен шпиндель арқылы сызық жасаңыз. Жинаққа кіретін пластикалық рокерді серво орнату жинағына кіретін кішкене бұранданы пайдаланып төменде көрсетілгендей сервоға жалғаңыз. MeArm механикалық бөлігін құрастыру кезінде біз оларды осы күйде қолданамыз. Шпиндель орнын жылжытпау үшін абай болыңыз.


Енді сіз механикалық манипуляторды жинай аласыз.
Негізді алып, аяқтарын оның бұрыштарына бекітіңіз. Содан кейін төрт 20 мм болтты және оларға бұранда гайкаларын орнатыңыз (жалпы ұзындықтың жартысы).

Енді біз орталық сервоны екі 8 мм болтпен кішкене пластинаға бекітеміз және алынған құрылымды 20 мм болттарды пайдаланып негізге бекітеміз.

Біз құрылымның сол жақ бөлігін жинаймыз.

Біз құрылымның дұрыс бөлігін жинаймыз.

Енді сол және оң жақ бөліктерді қосу керек. Алдымен мен адаптер тақтасына барамын

Содан кейін дұрыс, және біз аламыз

Құрылымды платформаға қосу

Біз «тырнақты» жинаймыз

Біз «тырнақты» бекітеміз

Құрастыру үшін келесі нұсқаулықты (ағылшын тілінде) немесе ұқсас манипуляторды құрастыру бойынша нұсқаулықты (орыс тілінде) пайдалануға болады.

Пинот диаграммасы

Енді Arduino кодын жазуды бастауға болады. Манипуляторды басқару үшін джойстик арқылы басқаруды басқару мүмкіндігімен қатар манипуляторды декарттық координаталардағы (x, y, z) белгілі бір нүктеге бағыттау жақсы болар еді. Github сайтынан жүктеп алуға болатын тиісті кітапхана бар - https://github.com/mimeindustries/MeArm/tree/master/Code/Arduino/BobStonesArduinoCode.
Координаталар айналу центрінен мм-мен өлшенеді. Бастапқы ұстаным нүктеде (0, 100, 50), яғни негізден 100 мм алға және жерден 50 мм.
Декарттық координаттардың белгілі бір нүктесінде манипуляторды орнату үшін кітапхананы пайдалану мысалы:

#қосу "meArm.h"
#қосу

Жарамсыз орнату() (
arm.begin(11, 10, 9, 6);
arm.openGripper();
}

Жарамсыз цикл() (
// жоғары және солға
arm.gotoPoint(-80,100,140);
// ұстау
arm.closeGripper();
// төмен, зиян және дұрыс
arm.gotoPoint(70,200,10);
// тұтқаны босатыңыз
arm.openGripper();
// бастапқы нүктеге оралу
arm.gotoPoint(0,100,50);
}

meArm сыныбының әдістері:

жарамсыз БАСТА(int pinBase, int pinShoulder, int шынтақ, int pinGripper) - meArm іске қосыңыз, ортаңғы, сол жақ, оң жақ, тырнақ серволары үшін қосылу түйреуіштерін көрсетіңіз. Setup();
жарамсыз openGripper() - тұтқаны ашу;
жарамсыз closeGripper() - басып алу;
жарамсыз GotoPoint(жүзу x, жүзу ж, жүзу z) - манипуляторды декарттық координаталар (x, y, z) орнына жылжыту;
жүзу getX() - ағымдағы Х координатасы;
жүзу getY() - ағымдағы Y координатасы;
жүзу getZ() - ағымдағы Z координатасы.

Құрастыру нұсқаулығы (ағылшынша)

Алдымен жалпы мәселелер талқыланады, содан кейін нәтиженің техникалық сипаттамалары, егжей-тегжейлері және соңында құрастыру процесінің өзі.

Жалпы және жалпы

Бұл құрылғыны тұтастай жасау ешқандай қиындық тудырмауы керек. Тек механикалық қозғалыстардың мүмкіндіктерін мұқият қарастыру қажет, оны физикалық тұрғыдан жүзеге асыру өте қиын болады, сондықтан манипуляциялық қол оған жүктелген міндеттерді орындайды.

Нәтиженің техникалық сипаттамалары

Сәйкесінше ұзындығы/биіктігі/ені параметрлері 228/380/160 миллиметр болатын үлгі қарастырылады. Өз қолыңызбен жасалған манипулятордың салмағы шамамен 1 килограмм болады. Басқару үшін сымды қашықтан басқару құралы қолданылады. Тәжірибеңіз болса, құрастырудың болжалды уақыты шамамен 6-8 сағатты құрайды. Егер ол жоқ болса, онда манипулятордың тұтқасын жинауға күндер, апталар, тіпті айлар қажет болуы мүмкін. Мұндай жағдайларда сіз мұны өз қолыңызбен тек өз мүддеңіз үшін жасауыңыз керек. Компоненттерді жылжыту үшін коммутатор қозғалтқыштары қолданылады. Жеткілікті күш-жігермен сіз 360 градусқа айналатын құрылғы жасай аласыз. Сондай-ақ, жұмысты жеңілдету үшін дәнекерлеу үтік және дәнекерлеу сияқты стандартты құралдардан басқа, сізге мыналарды жинақтау керек:

1. Ұзын мұрын қысқышы.
2. Бүйірлік кескіштер.
3. Филлипс бұрағыш.
4. 4 D типті батареялар.

Қашықтан басқару пультін түймелер мен микроконтроллердің көмегімен жүзеге асыруға болады. Қашықтан сымсыз басқаруды жасағыңыз келсе, манипулятордың қолында әрекетті басқару элементі де қажет болады. Қосымшалар ретінде тек конденсаторлар, резисторлар, транзисторлар қажет болады, олар тізбекті тұрақтандыруға және ол арқылы қажетті шамадағы токты қажетті уақытта беруге мүмкіндік береді.

Ұсақ бөлшектер

Айналым санын реттеу үшін адаптер дөңгелектерін пайдалануға болады. Олар манипулятор қолының қозғалысын тегіс етеді.

Сондай-ақ, сымдар оның қозғалысын қиындатпауын қамтамасыз ету керек. Оларды құрылымның ішіне орналастыру оңтайлы болар еді. Сіз бәрін сырттан жасай аласыз, бұл әдіс уақытты үнемдейді, бірақ жеке құрамдастарды немесе бүкіл құрылғыны жылжыту кезінде қиындықтарға әкелуі мүмкін. Ал енді: манипуляторды қалай жасауға болады?

Жалпы жиналыс

Енді манипулятор қолын жасауға тікелей кірісейік. Негізінен бастайық. Құрылғыны барлық бағытта бұруға болатынын қамтамасыз ету қажет. Жақсы шешім оны бір қозғалтқышпен басқарылатын дискілік платформаға орналастыру болады. Ол екі бағытта да айналуы үшін екі нұсқа бар:

1. Екі қозғалтқышты орнату. Олардың әрқайсысы белгілі бір бағытқа бұрылу үшін жауапты болады. Біреуі жұмыс істесе, екіншісі демалуда.
2. Бір қозғалтқышты екі бағытта айналдыра алатын схемасы бар орнату.

Ұсынылған нұсқалардың қайсысын таңдау толығымен сізге байланысты. Әрі қарай, негізгі құрылым жасалады. Ыңғайлы жұмыс үшін екі «буын» қажет. Платформаға бекітілген ол әртүрлі бағыттарда еңкейе алуы керек, бұл оның негізінде орналасқан қозғалтқыштардың көмегімен қол жеткізіледі. Басқа біреуді немесе жұпты шынтақ иілісіне қою керек, сондықтан тұтқаның бір бөлігі координаталар жүйесінің көлденең және тік сызықтары бойымен қозғалуы мүмкін. Әрі қарай, максималды мүмкіндіктерге қол жеткізгіңіз келсе, білекке басқа қозғалтқышты орнатуға болады. Келесі - ең қажет, онсыз қолды манипуляциялау мүмкін емес. Түсіру құрылғысын өз қолыңызбен жасауға тура келеді. Мұнда көптеген іске асыру нұсқалары бар. Сіз ең танымал екі кеңес бере аласыз:

1. Тек екі саусақ қолданылады, олар бір уақытта ұсталатын нысанды қысып, ашады. Бұл ең қарапайым іске асыру, бірақ ол әдетте айтарлықтай жүк көтергіштігімен мақтана алмайды.
2. Адам қолының прототипі жасалды. Мұнда барлық саусақтар үшін бір қозғалтқышты қолдануға болады, оның көмегімен иілу/ұзарту жүзеге асырылады. Бірақ дизайнды күрделірек етуге болады. Сонымен, сіз әр саусаққа қозғалтқышты қосып, оларды бөлек басқара аласыз.

Әрі қарай, қашықтан басқару құралын жасау қалады, оның көмегімен жеке қозғалтқыштар мен олардың жұмыс жылдамдығы әсер етеді. Ал сіз өзіңіз жасаған робот-манипуляторды пайдаланып тәжірибе жасай бастай аласыз.

Нәтиженің мүмкін схемалық көріністері

DIY манипуляциялық қол шығармашылық үшін кең мүмкіндіктер береді. Сондықтан біз сіздің назарларыңызға ұқсас мақсатта өз құрылғыңызды жасау үшін негіз болатын бірнеше іске асыруды ұсынамыз.

Кез келген ұсынылған манипулятор схемасын жақсартуға болады.

Қорытынды

Робототехниканың маңыздылығы - функционалды жақсартуға іс жүзінде ешқандай шектеулер жоқ. Сондықтан, егер қаласаңыз, нағыз өнер туындысын жасау қиын болмайды. Әрі қарай жетілдірудің ықтимал жолдары туралы айта отырып, кран туралы айту керек. Мұндай құрылғыны өз қолыңызбен жасау бір уақытта қиын болмайды, ол балаларды шығармашылық жұмысқа, ғылымға және дизайнға үйретеді. Ал бұл өз кезегінде олардың болашақ өміріне оң әсер етуі мүмкін. Өз қолыңызбен кран жасау қиын болады ма? Бұл бірінші көзқараста көрінетіндей проблемалық емес. Кабель және ол айналатын дөңгелектер сияқты қосымша ұсақ бөлшектердің болуы туралы қамқорлық қажет болмаса.

Байланыс:

Егер сіз манипулятордың бөліктерін нұсқауларға сәйкес жинаған болсаңыз, электронды схеманы жинауды бастауға болады. Біз манипулятор серволарын Arduino UNO жүйесіне Trerma-Power Shield арқылы қосуды және Trema потенциометрлері арқылы серволарды басқаруды ұсынамыз.

• Бірінші Trema потенциометрінің тетігін бұру негізді айналдырады.
• Екінші Trema потенциометрінің тетігін бұру сол қолды айналдырады.
• Үшінші Trema потенциометрінің тұтқасын бұру оң қолды айналдырады.
• Төртінші Trema потенциометрінің тұтқасын бұру тұтқаны жылжытады.

Бағдарлама коды (эскиз) серволарды қорғауды қамтамасыз етеді, ол олардың айналу диапазоны еркін ойнату интервалымен (екі бұрышпен) шектелетіндіктен тұрады. Минималды және максималды айналу бұрыштары әрбір серво үшін map() функциясының соңғы екі аргументі ретінде көрсетілген. Және бұл бұрыштардың мәні манипулятормен жұмысты бастамас бұрын орындалуы керек калибрлеу процесінде анықталады.

Бағдарлама коды:

Егер калибрлеуден бұрын қуат қолдансаңыз, манипулятор орынсыз қозғала бастауы мүмкін! Алдымен барлық калибрлеу қадамдарын орындаңыз.

#қосу // Servo servo1 серволарымен жұмыс істеу үшін Servo кітапханасын қосыңыз; // Servo servo2 негізгі сервожетегімен жұмыс істеу үшін servo1 нысанын жариялау; //Сол жақ иық серво Servo servo3-пен жұмыс істеу үшін servo2 нысанын жариялау; //Оң жақ қолмен жұмыс істеу үшін servo3 нысанын жариялау Servo servo4; //Сергеу servo int valR1, valR2, valR3, valR4 жұмыс істеу үшін servo4 нысанын жариялау; //Потенциометр мәндерін сақтау үшін айнымалы мәндерді жариялау //Prins тағайындау: const uint8_t pinR1 = A2; // Басқару потенциометрінің шығыс нөмірінен тұрақты мәнді анықтаңыз. base const uint8_t pinR2 = A3; // Басқару потенциометрінің шығыс нөмірінен тұрақты мәнді анықтаңыз. сол жақ иық const uint8_t pinR3 = A4; // Басқару потенциометрінің шығыс нөмірінен тұрақты мәнді анықтаңыз. оң иық const uint8_t pinR4 = A5; // Басқару потенциометрінің шығыс нөмірінен тұрақты мәнді анықтаңыз. түсіру const uint8_t pinS1 = 10; // Тұрақтыны негізгі сервожетегінің пин нөмірімен анықтаңыз const uint8_t pinS2 = 9; // Тұрақтыны сол жақ сервожетектің пин нөмірімен анықтаңыз const uint8_t pinS3 = 8; // Оң жақ тұтқаның сервожетегінің пин нөмірімен тұрақтыны анықтаңыз const uint8_t pinS4 = 7; // Түсіру серводискінің PIN нөмірімен тұрақты мәнді анықтаңыз void setup())( // Орнату функциясының коды бір рет орындалады: Serial.begin(9600); // Серво1.attach мониторының сериялық портына деректерді тасымалдауды бастау (pinS1); // Servo1-ді 1-серво2.attach(pinS2) басқаруын тағайындау // Servo3.attach(pinS3); 3-диск servo3 нысанына servo4.attach(pinS4); // 4-серво-дискінің басқару элементін servo4 цикл())( // цикл функциясының коды үздіксіз орындалады: valR1=map(analogRead(pinR1)). , 0, 1024, 10, 170); 0, 1024, 80, 170); // Сол жақ иықты басқару Бұл жолда көрсетілген бұрыштар: 80 және 170 өзгерту (калибрлеу) қажет болуы мүмкін ) valR3=map(analogRead(pinR3), 0, 1024, 60, 170) ); // Оң жақ иықты басқару Бұл жолда көрсетілген бұрыштар: 60 және 170 өзгерту (калибрлеу) қажет болуы мүмкін valR4=map(analogRead(pinR4), 0, 1024, 40, 70); servo4.write(valR4); // Түсіруді басқару Осы жолда көрсетілген бұрыштар: 40 және 70 өзгерту (калибрлеу) қажет болуы мүмкін Serial.println((String) "A1 = "+valR1+",\t A2 = "+valR2+",\t A3 = "+valR3+ ", \t A4 = "+valR4); // Монитордағы бұрыштарды көрсету)

Калибрлеу:

Манипулятормен жұмыс істеуді бастамас бұрын, оны калибрлеу керек!

Калибрлеу бөлшектер олардың қозғалысына кедергі келтірмейтіндей етіп, әрбір серво үшін айналу бұрышының экстремалды мәндерін көрсетуден тұрады.
• Trema-Power Shield-тен барлық серволарды ажыратыңыз, эскизді жүктеп салыңыз және қуатты қосыңыз.
• Сериялық порт мониторын ашыңыз.
• Монитор әрбір сервоның айналу бұрыштарын көрсетеді (градуспен).
• Бірінші сервоны (негіздің айналуын басқаратын) D10 түйреуішіне қосыңыз.
• Бірінші Trema потенциометрінің (A2 істікшесі) тұтқасын бұру бірінші сервоны (D10 істікшесін) айналдырады және монитор осы сервоның ағымдағы бұрышын өзгертеді (мәні: A1 = ...). Бірінші сервоның экстремалды позициялары 10-нан 170 градусқа дейінгі аралықта болады (цикл кодының бірінші жолында жазылғандай). Бұл ауқымды цикл кодының бірінші жолындағы map() функциясының соңғы екі аргументінің мәндерін жаңаларымен ауыстыру арқылы өзгертуге болады. Мысалы, 170-ті 180-ге ауыстыру сервоның берілген бағыттағы экстремалды орнын арттырады. Ал 10-ды 20-ға ауыстыру арқылы сіз сол сервоның басқа шеткі орнын азайтасыз.
• Мәндерді ауыстырсаңыз, эскизді қайта жүктеп салу керек. Енді серво сіз көрсеткен жаңа шектерде айналады.
• Екінші сервоны (сол қолдың айналуын басқаратын) D9 түйреуішіне қосыңыз.
• Екінші Trema потенциометрінің (A3 істікшесі) тұтқасын бұру екінші сервоны (D9 істікшесін) айналдырады және монитор осы сервоның ағымдағы бұрышын өзгертеді (мәні: A2 = ...). Екінші сервоның экстремалды позициялары 80-ден 170 градусқа дейінгі диапазонда болады (цикл нобайының екінші жолында жазылғандай). Бұл диапазон бірінші сервоға ұқсас өзгереді.
• Мәндерді ауыстырсаңыз, эскизді қайта жүктеп салу қажет.
• Үшінші сервоны (оң қолдың айналуын басқаратын) D8 түйреуішіне қосыңыз. және оны дәл солай калибрлаңыз.
• Төртінші сервоны (ұстағышты басқаратын) D7 түйреуішіне қосыңыз. және оны дәл солай калибрлаңыз.

Манипуляторды жинағаннан кейін бір рет калибрлеуді орындау жеткілікті. Сіз енгізген өзгерістер (шектеу бұрыштарының мәндері) эскиз файлында сақталады.

Муниципалдық бюджеттік мекеме

қосымша білім беру «Жас техниктер станциясы»

Каменск Шахтинский қаласы

Облыстық байқаудың қалалық кезеңі

«Үшінші мыңжылдықтағы Донның жас дизайнерлері»

«Робототехника» бөлімі

« Arduino манипуляторының қолы»

қосымша білім беру мұғалімі

MBU DO "SYUT"

Кіріспе 3

Зерттеу және талдау 4

Агрегаттарды дайындау және манипуляторды құрастыру кезеңдері 6

1. Материалдар мен құралдар 6

   Манипулятордың механикалық құрамдас бөліктері 7

   Манипуляторды электронды толтыру 9

Қорытынды 11

Ақпарат көздері 12

13-қосымша

Кіріспе

Роботтық манипулятор – тірі тіршілік иесінің кеңістігіне сәйкес келетін үш өлшемі бар үш өлшемді машина. Кең мағынада манипуляторды адамды алмастыра алатын немесе оған әртүрлі тапсырмаларды орындауға көмектесетін техникалық жүйе ретінде анықтауға болады.

Қазіргі уақытта робототехниканың дамуы алға жылжымай, уақытынан озып келеді. ХХІ ғасырдың алғашқы 10 жылында ғана 1 миллионнан астам роботтар ойлап табылып, қолданысқа енгізілді. Бірақ ең қызығы, бұл саладағы әзірлемелерді тек ірі корпорациялар ұжымдары, ғалымдар мен кәсіби инженерлер тобы ғана емес, сонымен қатар бүкіл әлем бойынша қарапайым мектеп оқушылары да жүзеге асыра алады.

Мектепте робототехниканы оқу үшін бірнеше кешен жасалды. Олардың ең танымалдары:

Robotis Bioloidi;

LEGO Mindstorms;

• Arduino.

Arduino конструкторлары робот құрастырушылар үшін үлкен қызығушылық тудырады. Arduino тақталары - бұл радио конструктор, өте қарапайым, бірақ Виринг тілінде (шын мәнінде C++) өте жылдам бағдарламалауға және техникалық идеяларды жүзеге асыруға жеткілікті функционалды.

Бірақ тәжірибе көрсеткендей, жаңа буынның жас мамандарының жұмысы практикалық мәнге ие болып отыр.

Балаларды бағдарламалауға үйрету әрқашан өзекті болып қала береді, өйткені робототехниканың қарқынды дамуы, ең алдымен, ақпараттық технологиялар мен коммуникация құралдарының дамуымен байланысты.

Жобаның мақсаты – манипулятор қолына негізделген оқу радиоконструкторын құру, балаларға Arduino ортасында бағдарламалауды ойын түрінде үйрету. Мүмкіндігінше көп балаларға робототехникадағы дизайн әрекеттерімен танысуға мүмкіндік беру.

Жобаның мақсаттары:

шетелдік аналогтардан кем түспейтін, минималды құны бар манипулятор – оқу құралын әзірлеу және құрастыру;

манипулятор механизмдері ретінде серволарды пайдалану;

Arduino UNO R 3 радиожинағын пайдаланып манипулятор механизмдерін басқару;

Серволарды пропорционалды басқару үшін Arduino бағдарламалау ортасында бағдарламаны әзірлеу.

Жобамыздың алға қойған мақсаты мен міндеттеріне жету үшін қолданыстағы манипуляторлардың түрлерін, осы тақырып бойынша техникалық әдебиеттерді және Arduino аппараттық және есептеу платформасын зерттеу қажет.

Зерттеу және талдау

Оқу.

Өнеркәсіптік манипулятор - өндіріс процесінде қозғалтқыш және басқару функцияларын орындауға арналған, яғни манипулятордан және манипулятордың атқарушы органдарының қажетті қозғалыстарын орнататын басқару әрекеттерін генерациялайтын қайта бағдарламаланатын басқару құрылғысынан тұратын автоматты құрылғы. Ол өндіріс элементтерін жылжыту және әртүрлі технологиялық операцияларды орындау үшін қолданылады.

ТУРАЛЫ
қарқынды конструктор - манипулятор қысатын және ашатын роботты қолмен жабдықталған. Оның көмегімен шахматты қашықтан басқару арқылы ойнауға болады. Сондай-ақ визиткаларды тарату үшін робот қолды пайдалануға болады. Қозғалыстарға мыналар жатады: білек 120°, шынтақ 300°, негізгі айналу 270°, негізгі айналу 180°. Ойыншық өте жақсы және пайдалы, бірақ оның құны шамамен 17 200 рубльді құрайды.

«uArm» жобасының арқасында кез келген адам өзінің жұмыс үстеліндегі шағын роботын құрастыра алады. «uArm» - бұл 4 осьті манипулятор, «ABB PalletPack IRB460» өнеркәсіптік роботының миниатюралық нұсқасы манипулятор Atmel микропроцессорымен және сервомоторлар жиынтығымен жабдықталған, қажетті бөлшектердің жалпы құны 12 959 рубльді құрайды. uArm жобасы кем дегенде негізгі бағдарламалау дағдылары мен Legos құрастыру тәжірибесін талап етеді. Шағын роботты көптеген функциялар үшін бағдарламалауға болады: музыкалық аспапта ойнаудан бастап қандай да бір күрделі бағдарламаны жүктеуге дейін. Қазіргі уақытта iOS және Android үшін қолданбалар әзірленуде, бұл смартфоннан «uArm» басқаруға мүмкіндік береді.

«uArm» манипуляторлары

Қолданыстағы манипуляторлардың көпшілігі қозғалтқыштарды тікелей буындарға орналастыруды қамтиды. Бұл дизайнда қарапайым, бірақ қозғалтқыштар тек пайдалы жүктемені ғана емес, сонымен қатар басқа қозғалтқыштарды да көтеруі керек екен.

Талдау.

Біз Kickstarter веб-сайтында ұсынылған манипуляторды негізге алдық, ол «uArm» деп аталады. Бұл дизайнның артықшылығы - ұстағышты орналастыруға арналған платформа әрқашан жұмыс бетіне параллель болады. Ауыр қозғалтқыштар базада орналасқан, күштер штангалар арқылы беріледі. Нәтижесінде манипулятордың үш сервосы (үш еркіндік дәрежесі) бар, ол құралды барлық үш ось бойымен 90 градусқа жылжытуға мүмкіндік береді.

Олар манипулятордың қозғалатын бөліктеріне мойынтіректерді орнату туралы шешім қабылдады. Манипулятордың бұл дизайны қазіргі уақытта сатылымда бар көптеген модельдерге қарағанда көптеген артықшылықтарға ие: Барлығы манипулятор 11 мойынтіректерді пайдаланады: 3 мм білік үшін 10 дана және 30 мм білік үшін біреуі.

Манипулятор қолының сипаттамалары:

Биіктігі: 300 мм.

Жұмыс аймағы (қолды толық созған кезде): негіз айналасында 140 мм-ден 300 мм-ге дейін

Қолдың ұзындығында максималды жүк көтергіштігі: 200г

Ағымдағы тұтыну, артық емес: 1А

Құрастыру оңай. Манипуляторды жинаудың осындай дәйектілігі болуын қамтамасыз етуге көп көңіл бөлінді, онда барлық бөлшектерді бұрап қою өте ыңғайлы болады. Бұл әсіресе базадағы қуатты сервожетекті қондырғылар үшін қиын болды.

Басқару айнымалы резисторлар, пропорционалды басқару арқылы жүзеге асырылады. Ядролық ғалымдар мен «Аватар» фильміндегі үлкен роботтың кейіпкері сияқты пантограф түріндегі басқару құралын жасай аласыз, оны тінтуірмен де басқаруға болады және код мысалдарын пайдалана отырып, өзіңіздің қозғалыс алгоритмдеріңізді жасай аласыз.

Жобаның ашықтығы. Кез келген адам өз құралдарын (сорғыш немесе қарындаш қыстырғыш) жасай алады және контроллерге тапсырманы орындау үшін қажетті бағдарламаны (эскизді) жүктей алады.

Компоненттерді дайындау және манипуляторды құрастыру кезеңдері

Материалдар мен құралдар

Манипулятордың тұтқасын жасау үшін қалыңдығы 3 мм және 5 мм болатын композиттік панель пайдаланылды. Бұл қалыңдығы 0,21 мм, термопластикалық полимер қабатымен қосылған екі алюминий парағынан тұратын материал, қаттылығы жақсы, салмағы жеңіл және өңдеуге оңай. Интернеттегі манипулятордың жүктелген фотосуреттері Inkscape компьютерлік бағдарламасымен (векторлық графикалық редактор) өңделген. Манипулятор иінінің сызбалары AutoCAD бағдарламасында (компьютер көмегімен жасалған үш өлшемді жобалау және сызу жүйесі) сызылған.

Манипулятордың дайын бөлшектері.

Манипулятор негізінің дайын бөліктері.

Манипулятордың механикалық құрамы

Манипулятордың негізі үшін MG-995 серволары қолданылды. Бұл металл тісті доңғалақтар мен шарикті мойынтіректері бар цифрлық серволар, олар 4,8 кг/см күш береді, дәл орналастыру және қолайлы жылдамдықты қамтамасыз етеді. Бір сервожетектің салмағы 55,0 грамм, өлшемдері 40,7 x 19,7 x 42,9 мм, қоректену кернеуі 4,8-ден 7,2 вольтке дейін.

Қолды ұстау және айналдыру үшін MG-90S серволары пайдаланылды. Бұл сонымен қатар металл тісті доңғалақтары және шығыс білігіндегі шарикті мойынтіректері бар цифрлық серволар, олар 1,8 кг/см күш пен позицияны дәл бақылауды қамтамасыз етеді; Бір сервожетектің салмағы 13,4 грамм, өлшемдері 22,8 x 12,2 x 28,5 мм, қоректендіру кернеуі 4,8-ден 6,0 вольтқа дейін.

Сервожетегі MG-995 MG90S сервожетегі

Қолдың негізінің айналуын жеңілдету үшін өлшемі 30х55х13 мойынтірек қолданылады - жүктемесі бар манипулятор.

Мойынтіректерді орнату. Айналмалы құрылғы жинағы.

Қолдың негізі - манипулятор жинағы.

Қысқышты құрастыруға арналған бөлшектер. Тұтқыш құрастыру.

Манипуляторды электронды толтыру

Arduino деп аталатын ашық бастапқы жоба бар. Бұл жобаның негізі - негізгі аппараттық модуль және арнайы тілде контроллер кодын жазуға болатын бағдарлама және бұл модульді қосуға және бағдарламалауға мүмкіндік береді.

Манипулятормен жұмыс істеу үшін біз Arduino UNO R 3 тақтасын және серволарды қосу үшін үйлесімді кеңейту тақтасын қолдандық. Онда серволарды қуаттандыру үшін орнатылған 5 вольтты тұрақтандырғыш, серволарды қосу үшін PLS контактілері және айнымалы резисторларды қосу үшін қосқыш бар. Қуат 9В, 3А блогынан беріледі.

Arduino контроллер тақтасы UNO R 3.

Arduino контроллер тақтасына арналған кеңейтудің схемалық диаграммасы UNO R 3 берілген тапсырмаларды ескере отырып әзірленді.

Контроллерге арналған кеңейту тақтасының схемалық диаграммасы.

Контроллерге арналған кеңейту тақтасы.

USB A-B кабелі арқылы Arduino UNO R 3 тақтасын компьютерге қосамыз, бағдарламалау ортасында қажетті параметрлерді орнатамыз және Arduino кітапханаларының көмегімен серволардың жұмысына бағдарлама (эскиз) жасаймыз. Біз эскизді құрастырамыз (тексереміз), содан кейін оны контроллерге жүктейміз. Arduino ортасында жұмыс істеу туралы толық ақпаратты http://edurobots.ru/category/uroki/ веб-сайтынан табуға болады (жаңадан бастаушыларға арналған Arduino. Сабақтар).

Эскизі бар бағдарлама терезесі.

Қорытынды

Манипулятордың бұл моделі 2 қозғалысты орындайтын және құны 1102 рубль тұратын қарапайым «Дюкробот» құрылыс жинағымен немесе 8429 рубль тұратын Lego «Полиция бекеті» құрылыс жинағымен салыстырғанда төмен құнымен ерекшеленеді. Біздің конструктор 5 қозғалысты орындайды және құны 2384 рубльді құрайды.

	Құрамдас бөліктер мен материал	Саны
	MG-995 сервожетегі
	MG90S сервожетегі
	Подшипник 30x55x13
	Мойынтіректер 3х8х3
	M3x27 жезден жасалған әйел-әйел тұғыры
	Мақсаты бар M3x10 бұранда. с/ж астында
	Композиттік панель мөлшері 0,6 м2
	Arduino UNO R 3 контроллер тақтасы
	Айнымалы резисторлар 100 ком.

Төмен құны манипулятордың қолына арналған техникалық конструкторды жасауға ықпал етті, оның мысалы манипулятордың жұмыс істеу принципін және берілген тапсырмаларды ойнақы түрде орындауды айқын көрсетті.

Arduino бағдарламалау ортасында жұмыс істеу принципі сынақтарда өзін дәлелдеді. Бағдарламалауды ойын түрінде басқарудың және оқытудың бұл жолы мүмкін ғана емес, сонымен қатар тиімді.

Arduino ресми веб-сайтынан алынған және бағдарламалау ортасында жөндеуден өткен эскизі бар бастапқы файл манипулятордың дұрыс және сенімді жұмысын қамтамасыз етеді.

Болашақта мен қымбат серволардан бас тартып, қадамдық қозғалтқыштарды қолданғым келеді, сондықтан ол өте дәл және тегіс қозғалады.

Манипулятор Bluetooth радиоарнасы арқылы пантографтың көмегімен басқарылады.

Ақпарат көздері

Гололобов Н.В. Мектеп оқушыларына арналған Arduino жобасы туралы. Мәскеу. 2011.

Курт Е.Д. Орыс тіліне аудармасымен микроконтроллерлерге кіріспе Т. Волковтың. 2012.

Белов А.В. AVR микроконтроллерлері бойынша құрылғыларды әзірлеушілерге арналған өздігінен нұсқаулық. Ғылым және технология, Санкт-Петербург, 2008 ж.

http://www.customelectronics.ru/robo-ruka-sborka-mehaniki/ шынжыр табанға орнатылатын манипулятор.

http://robocraft.ru/blog/electronics/660.html Bluetooth арқылы манипулятор.

http://robocraft.ru/blog/mechanics/583.html мақалаға және бейнеге сілтеме.

http://edurobots.ru/category/uroki/ Жаңадан бастаушыларға арналған Arduino.

Қолданба

Манипулятор негізінің сызбасы

Штанга мен манипулятор тұтқасының сызбасы.