Как сделать манипулятор


Рука-манипулятор (см. рис. 15.1) имеет три степени свободы движения. Локтевое сочленение может перемещаться вертикально вверх-вниз по дуге примерно 135°. Плечевой «сустав» перемещает захват вперед и назад по дуге примерно 120°. Рука может поворачиваться на основании по часовой стрелке или против часовой стрелки на угол примерно 350°. Захват руки робота может брать и удерживать объекты до 5 см в диаметре и поворачиваться вокруг в кистевом сочленении примерно на 340°.

Рис. 15.1. Кинематическая схема движений и поворотов руки-робота

Для приведения руки в движение компания OWI Robotic Arm Trainer использовала пять миниатюрных двигателей постоянного тока. Двигатели обеспечивают управление рукой при помощи проводов. Такое «проводное» управление означает, что каждая функция движения робота (т. е. работа соответствующего двигателя) управляется отдельными проводами (подачей напряжения). Каждый из пяти двигателей постоянного тока управляет своим движением руки-манипулятора. Управление по проводам позволяет сделать блок контроллера руки, непосредственно реагирующий на электрические сигналы. Это упрощает схему интерфейса руки робота, который подключается к порту принтера.


Рука изготовлена из легкого пластика. Большинство деталей, несущих основную нагрузку, также выполнены из пластика. Двигатели постоянного тока, использованные в конструкции руки, представляют собой миниатюрные высокооборотные двигатели с низким крутящим моментом. Для увеличения крутящего момента каждый мотор соединен с редуктором. Двигатели вместе с редукторами установлены внутри конструкции руки-манипулятора. Хотя редуктор увеличивает крутящий момент, рука робота не может поднять или нести достаточно тяжелые предметы. Рекомендуемый максимально допустимый вес при поднятии составляет 130 г.

Набор для изготовления руки робота и его компоненты представлены на рисунках 15.2 и 15.3.

Рис. 15.2. Набор для изготовления руки-робота

Рис. 15.3. Редуктор перед сборкой

Следующая глава >

Источник: tech.wikireading.ru

Описание конструкции

За основу мы взяли, манипулятор представленный на сайте Kickstarter, который назывался uArm. Авторы этого проекта обещали, что после завершения компании выложат все исходники, но этого не произошло. Их проект представляет собой отличное сочетание качественно сделанного как аппаратного, так и программного обеспечения.
охновившись их опытом мы решили сделать подобный манипулятор самостоятельно.
Большинство существующих манипуляторов предполагают расположение двигателей непосредственно в суставах. Это проще конструктивно, но выходит, что двигатели должны поднимать не только полезную нагрузку, но и другие двигатели. В проекте с Kickstarter’а этого недостатка нет, так как усилия передаются через тяги и все двигатели расположены у основания.
Второе преимущество конструкции в том, что площадка для размещения инструмента (захвата, присоски и т.д.) всегда расположена параллельно рабочей поверхности.

В итоге манипулятор имеет три сервопривода (три степени свободы), которые позволяют ему перемещать инструмент по всем трем осям.

Сервоприводы

Для нашего манипулятора мы использовали сервоприводы Hitec HS-485. Это достаточно дорогие цифровые сервомашинки, но за свои деньги они обеспечивают честное усилие 4,8кг/см, точную отработку позиции и приемлемую скорость.
Их можно заменить на другие с такими же размерами

Разработка манипулятора

Для начала мы составили модель в SketchUp. Проверили конструкцию на собираемость и подвижность.

Нам пришлось немного упростить конструкцию. В оригинальном проекте использовались подшипники, которые сложно купить. Еще мы решили на начальном этапе не делать захват. Для начала мы планируем сделать из манипулятора управляемый светильник.
Изготавливать манипулятор мы решили из оргстекла. Оно достаточно дешево, хорошо выглядит и легко режется лазером. Для резки достаточно нарисовать требуемые детали в любом векторном редакторе. Мы сделали это в NanoCad:

В конце статьи мы дадим ссылку на файл в формате *.dwg, для тех кто захочет повторить наш опыт.

Резка оргстекла


Мы заказываем резку оргстекла в компании, находящейся недалеко от Екатеринбурга. Они делают быстро, качественно и не отказываются от небольших заказов. Стоить резка таких деталей будет около 800 рублей. В результате вы получите вырезанные детали с обоих сторон которых находится полиэтиленовая пленка. Эта пленка нужна для защиты материала от образования окалины.

Эту пленку необходимо удалить с обоих сторон.

Еще мы заказали гравировку на поверхности некоторых деталей. Для гравировки достаточно просто нарисовать изображение на отдельном слое и указать это при заказе. Места гравировки необходимо зачистить зубной щеткой и затереть пылью. Получилось очень неплохо:

В итоге после удаления пленки и затирки у нас получилось вот это:

Сборка манипулятора

Для начала необходимо собрать пять частей:
Плечо манипулятора
Локоть и окончание

Часть манипулятора
В основании необходимо использовать винты с готовкой в потай. Придется немного рассверлить отверстия, чтобы рука могла поворачиваться.

Основание манипулятора
После того как эти части собраны остается только прикрутить их к качалкам сервоприводов и накинуть тяги для позиционирования инструмента. Достаточно трудно прикрутить именно два привода в основании:

Сначала необходимо установить шпильку длиной 40мм (показана желтой линией на фото), а затем прикрутить качалки.
Для шарниров мы использовали обычные винты М3 и гайки с нейлоновой вставкой для предотвращения самораскручивания. Эти гайки хорошо видно на конце манипулятора:

Пока это просто плоская площадка на которую мы для начала планируем приделать лампочку.

Итоги

Сейчас мы работаем над электроникой и программным обеспечением и скоро расскажем вам о продолжении проекта, так что пока у нас нет возможности продемонстрировать его работу.
В перспективе мы планируем оснастить манипулятор захватом и добавить подшипники.
Если у Вас возникло желание сделать свой манипулятор — вы можете скачать файл для резки здесь.
Список крепежа, который потребуется:


  1. М4х10 винт с головкой под внутренний шестигранник, 12шт
  2. М3х60 винт, 1шт
  3. М3х40 шпилька, 1шт (возможно придется немного укоротить напильником)
  4. М3х16 винт с гол. под в/ш, 4шт
  5. М3х16 винт с головкой в потай, 8шт
  6. М3х12 винт с гол. под в/ш, 6шт
  7. М3х10 винт с гол. под в/ш, 22шт
  8. М3х10 винт с головкой в потай, 8шт
  9. М2х6 винт с гол. под в/ш, 12шт
  10. М3х40 стойка латунная мама-мама, 8шт
  11. М3х27 стойка латунная мама-мама, 5шт
  12. М4 гайка, 12шт
  13. М3 гайка, 33шт
  14. М3 гайка с нейлоновым фиксатором, 11шт
  15. М2 гайка, 12шт
  16. Шайбы

UPD1

С момента публикации этой статьи прошло много времени. Первая ее формация была желтой и она была предельно ужасна. Красную руку уже было не стыдно показать на сайте, но без подшипников она все еще работала не достаточно хорошо, а еще ее было трудно собирать.
Мы сделали прозрачную версию с подшипниками, которая стала работать уже гораздо лучше и лучше был продуман процесс сборки. Эта версия манипулятора даже успела побывать на нескольких выставках:

Делая прозрачную руку мы понимали, что это не финальная версия. Поработав с ним, мы немного изменили чертежи, увеличили прочность, отработали сборку и недавно собрали окончательную, белую версию:

Сейчас мы готовим все материалы для публикации исходников проекта, так что добавляйте наш сайт в RSS-ридер — скоро будет весело!

UPD2

Ура! Мы закончили работу над манипулятором! Вы можете познакомиться с ним здесь.

Мы будем очень рады, если вы поддержите наш ресурс и посетите магазин наших товаров shop.customelectronics.ru.

Источник: www.customelectronics.ru

Шаг 1: Список материалов

Нам понадобится:


  1. Плата Ардуино. Я использовал Уно, но любая из разновидностей одинаково хорошо справится с задачами проекта.
  2. Сервоприводы, 4 самых дешевых, что вы найдёте.
  3. Материалы для корпуса на ваш вкус. Подойдёт дерево, пластик, метал, картон. Мой проект собран из старого блокнота.
  4. Если вы не захотите заморачиваться с печатной платой, то понадобится макетная плата. Подойдёт плата небольшого размера, поищите варианты с джамперами и блоком питания — они бывают достаточно дешевы.
  5. Что-то для основания руки — я использовал банку от кофе, это не самый лучший вариант, но это всё, что я смог найти в квартире.
  6. Тонкая нить для механизма руки и иголка для проделывания отверстий.
  7. Клей и изолента, чтобы скрепить всё воедино. Нет ничего, что нельзя было бы скрепить изолентой и горячим клеем.
  8. Три резистора на 10K. Если у вас не найдётся резисторов, то в коде на такие случаи есть обходной манёвр, однако лучшим вариантом будет купить резисторы здесь.

Шаг 2: Как всё работает

На приложенном рисунке изображен принцип работы руки. Также я объясню всё на словах. Две части руки соединены тонкой нитью. Середина нити соединена с сервоприводом руки. Когда сервопривод тянет нить — рука сжимается. Я оснастил руку пружиной из шариковой ручки, но если у вас есть более гибкий материал, можете использовать его.

Шаг 3: Модифицируем джойстик

Предположив, что вы уже закончили сборку механизма руки, я перейду к части с джойстиком.

Для проекта использовался старый джойстик, но в принципе подойдёт любой устройство с кнопками. Аналоговые кнопки (грибы) используются для управления сервоприводами, так как по сути это просто потенциометры. Если у вас нет джойстика, то можете использовать три обычных потенциометра, но если вы, как и я, модифицируете старый джойстик своими руками, то вот что вам нужно сделать.

Я подключил потенциометры к макетной плате, у каждого из них есть по три клеммы. Одну из них нужно соединить с GND, вторую с +5V на Ардуино, а среднюю на вход, который мы определим позже. Мы не будем использовать ось Y на левом потенциометре, поэтому нам нужен только потенциометр над джойстиком.

Что касается переключателей, соедините +5V с одним его концом, а провод, который идёт на другой вход Ардуино со вторым концом. Мой джойстик имеет общую для всех переключателей линию на +5V. Я подключил всего 2 кнопки, но затем подключил еще одну, так как в ней появилась необходимость.

Также важно обрезать провода, которые идут к чипу (черный круг на джойстике). Когда вы завершите всё вышеописанное, можно приступить к проводке.

Шаг 4: Электропроводка нашего устройства


На фотографии изображена электропроводка устройства. Потенциометры — это рычажки на джойстике. Локоть (Elbow) — это правая ось Y, Основа (Base) — это правая ось X, Плечо (Shoulder) — это левая ось X. Если вам захочется поменять направление движения сервоприводов, просто смените положение проводов +5V и GND на соответствующем потенциометре.

Шаг 5: Загрузка кода

На этом этапе нам нужно скачать приложенный код на компьютер, а затем загрузить его на Ардуино.

Заметка: если до этого вы уже загружали код на Ардуино, то просто пропустите этот шаг — вы не узнаете ничего нового.

  1. Откройте ИДЕ Ардуино и вставьте в него код
  2. В Tools/Board выберите вашу плату
  3. В Tools/Serial Port выберите порт, к которому подключена ваша плата. Скорее всего, выбор будет состоят из одного пункта.
  4. Нажмите кнопку Upload.

Вы можете изменить диапазон работы сервоприводов, в коде я оставил заметки о том, как это осуществить. Скорее всего, код будет работать без проблем, вам нужно будет лишь поменять параметр сервопривода руки. Этот параметр зависит от того, как вы настроили нить, поэтому я рекомендую точно подобрать его.

Если вы не используете резисторы, то вам нужно будет модифицировать код в том месте, где я оставил об этом заметки.

Файлы

  • RoboArm.txt

Шаг 6: Запуск проекта

Робот контролируется движениями на джойстике, рука сжимается и разжимается при помощи кнопки для руки. На видео показано, как все работает в реальной жизни.

Вот способ, которым можно запрограммировать руку:

  1. Откройте Serial Monitor в Ардуино ИДЕ, это позволить проще следить за процессом.
  2. Сохраните начальную позицию, кликнув Save.
  3. За один раз двигайте лишь одним сервоприводом, например, Плечо вверх, и жмите save.
  4. Активируйте руку также только на её шаге, а затем сохраняйте нажатием save. Деактивация также производится на отдельном шаге с последующим нажатием save.
  5. Когда закончите последовательность команд, нажмите кнопку play, робот перейдёт в начальное положение и затем начнёт двигаться.
  6. Если вы захотите остановить его — отсоедините кабель или нажмите кнопку reset на плате Ардуино.

Если вы всё сделали правильно, то результат будет похож на этот!

Надеюсь, урок был вам полезен!

Источник: masterclub.online


Leave a Comment

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.