Wie man einen Roboterarm zusammenbaut. Mechanischer Arm des Robotermanipulators. Basisknoten für das Projekt des Manipulators

Verbindung:

Wenn Sie die Teile des Manipulators gemäß der Anleitung zusammengebaut haben, können Sie mit der Montage fortfahren elektronische Schaltung. Wir empfehlen, die Manipulator-Servos über Trerma-Power Shield mit dem Arduino UNO zu verbinden und die Servos mit Trema-Potentiometern zu steuern.

Durch Drehen des Knopfes am ersten Trema-Pot dreht sich die Basis.
Durch Drehen des Knopfes des zweiten Trema-Potentiometers wird die linke Schulter gedreht.
Durch Drehen des Knopfes am dritten Trema-Potentiometer dreht sich die rechte Schulter.
Durch Drehen des Knopfes am vierten Trema-Potentiometer wird der Greifer bewegt.

Der Programmcode (Skizze) bietet einen Schutz für Servos, der darin besteht, dass ihr Drehbereich durch das Intervall (zwei Winkel) des freien Spiels begrenzt ist. Minimum und maximaler Winkel Drehungen werden als die letzten beiden Argumente der Funktion map() für jeden Servo angegeben. Und der Wert dieser Winkel wird während des Kalibrierungsprozesses bestimmt, der vor Beginn der Arbeit mit dem Manipulator durchgeführt werden muss.

Programmcode:

Wenn Sie vor der Kalibrierung Strom anlegen, kann sich der Manipulator unzureichend bewegen! Führen Sie zuerst alle Kalibrierungsschritte durch.

#enthalten // Verbinden Sie die Servobibliothek, um mit Servoantrieben zu arbeiten Servo servo1; // Deklarieren Sie ein servo1-Objekt, um mit dem Basisservo Servo servo2 zu arbeiten; // Deklarieren Sie ein servo2-Objekt, um mit dem linken Armservo Servo servo3 zu arbeiten; // Deklarieren Sie ein servo3-Objekt, um mit dem rechten Armservo Servo servo4 zu arbeiten; // Deklarieren Sie ein Servo4-Objekt, um mit dem Capture-Servo zu arbeiten Int valR1, valR2, valR3, valR4; // Variablen zum Speichern von Potentiometerwerten deklarieren // Pins zuweisen: const uint8_t pinR1 = A2; // Definiere eine Konstante mit der Ausgangsnummer des Steuerpotentiometers. Basis const uint8_t pinR2 = A3; // Definiere eine Konstante mit der Ausgangsnummer des Steuerpotentiometers. linke Schulter const uint8_t pinR3 = A4; // Definiere eine Konstante mit der Ausgangsnummer des Steuerpotentiometers. rechte Schulter const uint8_t pinR4 = A5; // Definiere eine Konstante mit der Ausgangsnummer des Steuerpotentiometers. erfassen const uint8_t pinS1 = 10; // Definiere eine Konstante mit dem Basis-Servo-Pin # const uint8_t pinS2 = 9; // Definiere eine Konstante mit der Anzahl der Ausgänge des linken Armservos const uint8_t pinS3 = 8; // Definiere eine Konstante mit dem Servostift des rechten Arms # const uint8_t pinS4 = 7; // Definiere eine Konstante mit der Pin-Nummer des Capture-Servos void setup()( // Der Setup-Funktionscode wird einmal ausgeführt: Serial.begin(9600); // Initiiere die Datenübertragung zum Monitor der seriellen Schnittstelle servo1.attach(pinS1 ); // Servo1 dem Objekt steuern Servo 1 zuweisen servo2.attach(pinS2); // Servo2 Objekt steuern servo 2 zuweisen servo3.attach(pinS3); // Servo3 Objekt steuern servo 3 zuweisen servo4.attach(pinS4); / / Servo4 Objektsteuerung Servo 4 zuweisen ) void loop()( // Der Schleifenfunktionscode wird ständig ausgeführt: valR1=map(analogRead(pinR1), 0, 1024, 10, 170); servo1.write(valR1); // Drehen Sie die Basis Die in dieser Zeile angegebenen Winkel: 10 und 170 müssen möglicherweise geändert (kalibriert) werden valR2 = map (analogRead (pinR2), 0, 1024, 80, 170); servo2.write (valR2); // Links steuern Schulter Die in dieser Zeile angegebenen Winkel: 80 und 170 müssen möglicherweise geändert (kalibriert) werden valR3=map(analogRead(pinR3), 0, 1024, 60, 170);servo3.write(valR3) ; // Kontrolliere die rechte Schulter Die in dieser Zeile angegebenen Winkel: 60 und 170 müssen möglicherweise geändert (kalibriert) werden valR4=map(analogRead(pinR4), 0, 1024, 40, 70); servo4.write (valR4); // Erfassung steuern Die in dieser Zeile angegebenen Winkel: 40 und 70 müssen möglicherweise geändert (kalibriert) werden Serial.println((String) "A1 = "+valR1+",\t A2 = "+valR2+", \t A3 = "+valR3+ ", \t A4 = "+valR4); // Winkel auf dem Monitor anzeigen )

Kalibrierung:

Bevor Sie mit dem Manipulator arbeiten, müssen Sie ihn kalibrieren!

Trennen Sie alle Servos vom Trema-Power Shield, laden Sie die Skizze hoch und schließen Sie die Stromversorgung wieder an.
Öffnen Sie den Serial Port Monitor.
Der Monitor zeigt die Rotationswinkel jedes Servos (in Grad) an.
Schließen Sie das erste Servo (das die Drehung der Basis steuert) an Pin D10 an.
Durch Drehen des Knopfes des ersten Trema-Potentiometers (Pin A2) wird das erste Servo (Pin D10) gedreht, und der Wert des aktuellen Winkels dieses Servos ändert sich im Monitor (Wert: A1 = ...). Die Extrempositionen des ersten Servos liegen im Bereich von 10 bis 170 Grad (wie in der ersten Zeile des Schleifencodes geschrieben). Dieser Bereich kann geändert werden, indem die Werte der letzten beiden Argumente der Funktion map() in der ersten Zeile des Schleifencodes durch neue ersetzt werden. Wenn Sie beispielsweise von 170 auf 180 wechseln, erhöht sich die Endposition des Servos in dieser Richtung. Und indem Sie 10 durch 20 ersetzen, reduzieren Sie die andere Extremposition desselben Servos.
Wenn Sie die Werte geändert haben, müssen Sie die Skizze neu laden. Jetzt dreht sich das Servo innerhalb der neu eingestellten Grenzen.
Schließen Sie das zweite Servo (das die Drehung des linken Arms steuert) an Pin D9 an.
Durch Drehen des Knopfes des zweiten Trema-Potentiometers (Pin A3) wird das zweite Servo (Pin D9) gedreht, und der Wert des aktuellen Winkels dieses Servos ändert sich im Monitor (Wert: A2 = ...). Die Extrempositionen des zweiten Servos liegen im Bereich von 80 bis 170 Grad (wie in der zweiten Zeile des Schleifencodes der Skizze geschrieben). Dieser Bereich ändert sich in gleicher Weise wie beim ersten Servo.
Wenn Sie die Werte geändert haben, müssen Sie die Skizze neu laden.
Schließen Sie das dritte Servo (das die Drehung des rechten Arms steuert) an Pin D8 an. und kalibrieren Sie es auf die gleiche Weise.
Schließen Sie das vierte Servo (das den Greifer steuert) an Pin D7 an. und kalibrieren Sie es auf die gleiche Weise.

Die Kalibrierung reicht aus, um sie 1 Mal nach dem Zusammenbau des Manipulators durchzuführen. Die von Ihnen vorgenommenen Änderungen (die Werte der Grenzwinkel) werden in der Skizzendatei gespeichert.

Wird zuerst betroffen sein allgemeine Probleme, nach technische Eigenschaften Ergebnisse, Details und am Ende den Montageprozess selbst.

Im Großen und Ganzen

Die Erstellung dieses Geräts als Ganzes sollte keine Schwierigkeiten bereiten. Qualitativ müssen nur die Möglichkeiten mechanischer Bewegungen überdacht werden, die aus physikalischer Sicht ziemlich schwierig zu realisieren sein werden, damit der Manipulatorarm seine Aufgaben erfüllen kann.

Technische Eigenschaften des Ergebnisses

Es wird eine Probe mit den Parametern Länge/Höhe/Breite von jeweils 228/380/160 Millimeter betrachtet. Das Gewicht eines Do-it-yourself-Manipulatorarms beträgt ungefähr 1 kg. Zur Steuerung verdrahtet Fernbedienung. Geschätzte Montagezeit mit Erfahrung - ca. 6-8 Stunden. Wenn es nicht vorhanden ist, kann es Tage, Wochen und mit Duldung von Monaten dauern, bis der Manipulatorarm zusammengebaut ist. Mit eigenen Händen und allein lohnt es sich in solchen Fällen außer für das eigene Interesse. Kollektormotoren werden verwendet, um die Komponenten zu bewegen. Mit genügend Aufwand können Sie ein Gerät herstellen, das sich um 360 Grad dreht. Um die Arbeit zu erleichtern, müssen Sie zusätzlich zu Standardwerkzeugen wie Lötkolben und Lötzinn Folgendes auf Lager haben:

Spitzzange.
Seitenschneider.
Kreuzschraubendreher.
4 D-Batterien.

Fernbedienung Fernbedienung kann mit Tasten und einem Mikrocontroller implementiert werden. Wenn Sie eine drahtlose Fernsteuerung vornehmen möchten, benötigen Sie ein Aktionssteuerelement im Manipulatorarm. Als Ergänzungen werden nur Geräte (Kondensatoren, Widerstände, Transistoren) benötigt, die es ermöglichen, den Stromkreis zu stabilisieren und zum richtigen Zeitpunkt einen Strom der erforderlichen Größe durch ihn zu übertragen.

Kleine Teile

Um die Drehzahl zu regulieren, können Sie die Übergangsräder verwenden. Sie machen die Bewegung des Manipulatorarms glatt.

Sie müssen auch sicherstellen, dass die Drähte die Bewegung nicht erschweren. Es wäre optimal, sie innerhalb der Struktur zu verlegen. Sie können alles von außen erledigen, dieser Ansatz spart Zeit, kann aber möglicherweise zu Schwierigkeiten beim Bewegen einzelner Knoten oder des gesamten Geräts führen. Und jetzt: Wie baut man einen Manipulator?

Versammlung allgemein

Nun gehen wir direkt zur Erstellung des Manipulatorarms über. Wir beginnen bei der Gründung. Es ist darauf zu achten, dass das Gerät in alle Richtungen gedreht werden kann. gute Entscheidung es wird auf einer Plattenplattform platziert, die von einem einzigen Motor angetrieben wird. Damit er sich in beide Richtungen drehen kann, gibt es zwei Möglichkeiten:

Einbau von zwei Motoren. Jeder von ihnen ist dafür verantwortlich, in eine bestimmte Richtung zu drehen. Wenn der eine arbeitet, ruht der andere.
Installieren eines Motors mit einer Schaltung, die ihn in beide Richtungen drehen lässt.

Welche der vorgeschlagenen Optionen Sie wählen, hängt allein von Ihnen ab. Als nächstes kommt die Hauptstruktur. Für den Arbeitskomfort werden zwei "Gelenke" benötigt. An der Plattform befestigt muss es in verschiedene Richtungen kippen können, was mit Hilfe von Motoren gelöst wird, die sich an seiner Basis befinden. Ein weiteres oder ein Paar sollte an der Biegung des Ellbogens platziert werden, damit das Greiferteil entlang der horizontalen und vertikalen Linien des Koordinatensystems bewegt werden kann. Wenn Sie außerdem maximale Möglichkeiten nutzen möchten, können Sie einen weiteren Motor am Handgelenk installieren. Außerdem das Nötigste, ohne das der Manipulatorarm nicht mehr wegzudenken ist. Mit Ihren eigenen Händen müssen Sie das Aufnahmegerät selbst herstellen. Hier gibt es viele Umsetzungsmöglichkeiten. Auf die beiden beliebtesten können Sie einen Tipp geben:

Es werden nur zwei Finger verwendet, die das Erfassungsobjekt gleichzeitig zusammendrücken und lösen. Es ist die einfachste Implementierung, die jedoch in der Regel nicht mit einer nennenswerten Nutzlast aufwarten kann.
Ein Prototyp einer menschlichen Hand wird erstellt. Hier kann eine Engine für alle Finger verwendet werden, mit deren Hilfe das Biegen / Entbiegen durchgeführt wird. Sie können das Design jedoch komplizierter gestalten. So können Sie an jeden Finger eine Engine anschließen und diese separat steuern.

Als nächstes bleibt eine Fernbedienung zu machen, mit deren Hilfe einzelne Motoren und das Tempo ihrer Arbeit beeinflusst werden. Und Sie können anfangen, mit einem Do-it-yourself-Roboterarm zu experimentieren.

Mögliche schematische Darstellungen des Ergebnisses

Der Do-it-yourself-Manipulatorarm bietet viele Möglichkeiten für kreative Erfindungen. Daher werden Ihnen mehrere Implementierungen zur Verfügung gestellt, die als Grundlage für die Erstellung Ihres eigenen Geräts für diesen Zweck dienen können.

Jedes vorgestellte Schema des Manipulators kann verbessert werden.

Fazit

Das Wichtige in der Robotik ist, dass der funktionalen Verbesserung praktisch keine Grenzen gesetzt sind. Wenn Sie also ein echtes Kunstwerk schaffen möchten, ist das nicht schwierig. Apropos Möglichkeiten zur zusätzlichen Verbesserung, es sollte der Kranmanipulator beachtet werden. Es wird nicht schwierig sein, ein solches Gerät mit Ihren eigenen Händen herzustellen, und gleichzeitig können Sie Kinder an kreative Arbeit, Wissenschaft und Design gewöhnen. Und dies wiederum kann sich positiv auf ihr weiteres Leben auswirken. Wird es schwierig sein, einen Kranmanipulator mit eigenen Händen herzustellen? Das ist nicht so problematisch, wie es auf den ersten Blick erscheinen mag. Lohnt es sich, auf zusätzliche kleine Details wie ein Kabel und Räder zu achten, auf denen es sich dreht?

Zuerst werden allgemeine Fragen angesprochen, dann die technischen Eigenschaften des Ergebnisses, Details und schließlich der Montageprozess selbst.

Im Großen und Ganzen

Die Erstellung dieses Geräts als Ganzes sollte keine Schwierigkeiten bereiten. Es wird notwendig sein, qualitativ nur die Möglichkeiten zu überdenken, die aus physikalischer Sicht ziemlich schwierig zu implementieren sein werden, damit der Manipulatorarm die ihm zugewiesenen Aufgaben erfüllt.

Technische Eigenschaften des Ergebnisses

Es wird eine Probe mit den Parametern Länge/Höhe/Breite von jeweils 228/380/160 Millimeter betrachtet. Das hergestellte Gewicht beträgt ungefähr 1 kg. Zur Steuerung dient eine kabelgebundene Fernbedienung. Geschätzte Montagezeit mit Erfahrung - ca. 6-8 Stunden. Wenn es nicht vorhanden ist, kann es Tage, Wochen und mit Duldung von Monaten dauern, bis der Manipulatorarm zusammengebaut ist. Mit eigenen Händen und allein lohnt es sich in solchen Fällen außer für das eigene Interesse. Kollektormotoren werden verwendet, um die Komponenten zu bewegen. Mit genügend Aufwand können Sie ein Gerät herstellen, das sich um 360 Grad dreht. Um die Arbeit zu erleichtern, müssen Sie zusätzlich zu Standardwerkzeugen wie Lötkolben und Lötzinn Folgendes auf Lager haben:

Spitzzange.
Seitenschneider.
Kreuzschraubendreher.
4 D-Batterien.

Die Fernbedienung kann über Tasten und einen Mikrocontroller realisiert werden. Wenn Sie eine drahtlose Fernsteuerung vornehmen möchten, benötigen Sie ein Aktionssteuerelement im Manipulatorarm. Als Ergänzungen werden nur Geräte (Kondensatoren, Widerstände, Transistoren) benötigt, die es ermöglichen, den Stromkreis zu stabilisieren und zum richtigen Zeitpunkt einen Strom der erforderlichen Größe durch ihn zu übertragen.

Kleine Teile

Um die Drehzahl zu regulieren, können Sie die Übergangsräder verwenden. Sie machen die Bewegung des Manipulatorarms glatt.

Versammlung allgemein

Nun gehen wir direkt zur Erstellung des Manipulatorarms über. Wir beginnen bei der Gründung. Es ist darauf zu achten, dass das Gerät in alle Richtungen gedreht werden kann. Eine gute Lösung wäre, es auf einer Plattenplattform zu platzieren, die von einem einzigen Motor angetrieben wird. Damit er sich in beide Richtungen drehen kann, gibt es zwei Möglichkeiten:

Einbau von zwei Motoren. Jeder von ihnen ist dafür verantwortlich, in eine bestimmte Richtung zu drehen. Wenn der eine arbeitet, ruht der andere.
Installieren eines Motors mit einer Schaltung, die ihn in beide Richtungen drehen lässt.

Es werden nur zwei Finger verwendet, die das Erfassungsobjekt gleichzeitig zusammendrücken und lösen. Es ist die einfachste Implementierung, die jedoch in der Regel nicht mit einer nennenswerten Nutzlast aufwarten kann.
Ein Prototyp einer menschlichen Hand wird erstellt. Hier kann eine Engine für alle Finger verwendet werden, mit deren Hilfe das Biegen / Entbiegen durchgeführt wird. Sie können das Design jedoch komplizierter gestalten. So können Sie an jeden Finger eine Engine anschließen und diese separat steuern.

Mögliche schematische Darstellungen des Ergebnisses

Bietet reichlich Gelegenheit für kreatives Denken. Daher werden Ihnen mehrere Implementierungen zur Verfügung gestellt, die als Grundlage für die Erstellung Ihres eigenen Geräts für diesen Zweck dienen können.

Jedes vorgestellte Schema des Manipulators kann verbessert werden.

Fazit

Hallo Geektimes!

Das uArm-Projekt von uFactory sammelte vor mehr als zwei Jahren Gelder auf Kickstarter. Sie sagten von Anfang an, dass es ein offenes Projekt werden würde, aber direkt nach dem Ende des Unternehmens hatten sie es nicht eilig, den Quellcode hochzuladen. Ich wollte nur das Plexiglas nach ihren Zeichnungen schneiden und das war es, aber da es keine Quellcodes gab und es in absehbarer Zeit nicht absehbar war, begann ich, das Design von Fotos zu wiederholen.

Jetzt sieht mein Roboterarm so aus:

Ich arbeitete langsam in zwei Jahren, schaffte es, vier Versionen zu erstellen und sammelte viel Erfahrung. Beschreibung, Projektverlauf und alle Projektdateien finden Sie unter dem Schnitt.

Versuch und Irrtum

Als ich anfing, an den Blaupausen zu arbeiten, wollte ich den uArm nicht nur wiederholen, sondern verbessern. Es schien mir, dass es unter meinen Bedingungen durchaus möglich ist, auf Lager zu verzichten. Mir gefiel auch nicht, dass sich die Elektronik mit dem ganzen Arm drehte und wollte das Design des unteren Teils des Scharniers vereinfachen. Außerdem fing ich sofort an, ihn etwas weniger zu zeichnen.

Mit diesen Eingaben habe ich die erste Version gezeichnet. Leider hatte ich keine Fotos von dieser Version des Manipulators (die in gelb). Fehler darin waren einfach episch. Erstens war es fast unmöglich zu montieren. Die Mechanik, die ich vor dem Manipulator gezeichnet habe, war in der Regel recht einfach, und ich musste mir keine Gedanken über den Zusammenbau machen. Aber trotzdem habe ich es gesammelt und versucht, es zu laufen, Und die Hand hat sich kaum bewegt! Alle Teile drehten sich um die Schrauben und wenn ich sie so anzog, dass es weniger Spiel gab, konnte sie sich nicht bewegen. Wenn ich es lockerte, damit es sich bewegen konnte, trat ein unglaubliches Spiel auf. Infolgedessen lebte das Konzept nicht einmal drei Tage. Und ich begann mit der Arbeit an der zweiten Version des Manipulators.

Red war schon ganz fit für die Arbeit. Er war normalerweise zusammengebaut und konnte sich mit Schmierung bewegen. Ich konnte die Software darauf testen, aber das Fehlen von Lagern und große Verluste an verschiedenen Stangen machten es immer noch sehr schwach.

Dann habe ich das Projekt für eine Weile aufgegeben, aber bald beschlossen, es wieder ins Gedächtnis zu rufen. Ich beschloss, leistungsstärkere und beliebtere Servos zu verwenden, die Größe zu erhöhen und Lager hinzuzufügen. Und ich entschied, dass ich nicht versuchen würde, alles auf einmal perfekt zu machen. Ich habe die Zeichnungen für gezeichnet hastig, ohne schöne Kumpels zu zeichnen, und bestellte das Schneiden aus transparentem Plexiglas. Auf dem resultierenden Manipulator konnte ich den Montageprozess debuggen, Stellen identifizieren, an denen zusätzliche Verstärkung erforderlich war, und den Umgang mit Lagern erlernen.

Nachdem ich genug mit dem transparenten Manipulator gespielt hatte, setzte ich mich an die Zeichnungen der endgültigen weißen Version. So, jetzt sind alle Mechaniken vollständig debuggt, passen zu mir und sind bereit zu erklären, dass ich nichts anderes an diesem Design ändern möchte:

Es deprimiert mich, dass ich nichts grundlegend Neues in das uArm-Projekt einbringen konnte. Als ich mit dem Zeichnen der endgültigen Version begann, hatten sie bereits 3D-Modelle auf GrabCad eingeführt. Am Ende habe ich die Klaue nur ein wenig vereinfacht, die Dateien in einem praktischen Format vorbereitet und sehr einfache Standardkomponenten verwendet.

Merkmale des Manipulators

Vor dem Aufkommen von uArm, Desktop-Manipulatoren dieser Klasse sah ziemlich langweilig aus. Sie hatten entweder überhaupt keine Elektronik, oder sie hatten eine Art Steuerung mit Widerständen, oder sie hatten ihre eigene proprietäre Software. Zweitens hatten sie normalerweise kein System paralleler Scharniere und der Griff selbst änderte seine Position während des Betriebs. Wenn wir alle Vorteile meines Manipulators sammeln, erhalten wir eine ziemlich lange Liste:

Ein Stangensystem, mit dem Sie leistungsstarke und schwere Motoren in der Basis des Manipulators platzieren und den Greifer parallel oder senkrecht zur Basis halten können
Ein einfacher Satz von Komponenten, die einfach zu kaufen oder aus Plexiglas zu schneiden sind
Lager in fast allen Knoten des Manipulators
Einfache Montage. Es stellte sich als wahr heraus herausfordernde Aufgabe. Es war besonders schwierig, über den Prozess der Montage der Basis nachzudenken
Die Griffposition kann um 90 Grad verändert werden
Open Source und Dokumentation. Alles ist in barrierefreien Formaten aufbereitet. Ich gebe Download-Links für 3D-Modelle, Schnittdateien, Materialliste, Elektronik und Software
Arduino-kompatibel. Es gibt viele Gegner von Arduino, aber ich glaube, dass dies eine Gelegenheit ist, das Publikum zu erweitern. Profis können ihre Software problemlos in C schreiben – es ist ein normaler Controller von Atmel!

Mechanik

Für die Montage müssen Teile aus 5 mm Plexiglas geschnitten werden:

Sie haben mir etwa 10 Dollar für das Schneiden all dieser Teile berechnet.

Die Basis ist auf einem großen Lager montiert:

Es war besonders schwierig, sich die Basis aus Sicht des Montageprozesses vorzustellen, aber ich habe mir die Ingenieure von uArm angesehen. Schaukelstühle sitzen auf einem Stift mit einem Durchmesser von 6 mm. Zu beachten ist, dass der Schub meines Ellbogens auf einer U-förmigen Halterung ruht, bei uFactory auf einer L-förmigen. Es ist schwer zu erklären, was der Unterschied ist, aber ich glaube, ich habe es besser gemacht.

Die Erfassung wird separat erhoben. Es kann sich um die eigene Achse drehen. Die Klaue selbst sitzt direkt auf der Motorwelle:

Am Ende des Artikels gebe ich einen Link zu einer superdetaillierten Montageanleitung in Fotos. In ein paar Stunden können Sie alles getrost drehen, wenn alles, was Sie brauchen, zur Hand ist. Ich habe auch ein 3D-Modell in vorbereitet kostenloses Programm skizzieren. Sie können es herunterladen, drehen und sehen, was und wie es gesammelt wird.

Elektronik

Damit der Arm funktioniert, müssen Sie nur fünf Servos an den Arduino anschließen und sie aus einer guten Quelle mit Strom versorgen. uArm verwendete einige Motoren mit Rückmeldung. Ich habe drei normale MG995-Motoren und zwei kleine Metallgetriebemotoren geliefert, um den Griff zu steuern.

Dabei ist meine Geschichte eng mit früheren Projekten verwoben. Seit einiger Zeit unterrichte ich Arduino-Programmierung und habe sogar mein eigenes Arduino-kompatibles Board für diesen Zweck vorbereitet. Andererseits hatte ich einmal die Gelegenheit, Boards günstig herzustellen (worüber ich auch geschrieben habe). Am Ende endete alles damit, dass ich mein eigenes Arduino-kompatibles Board und ein spezielles Schild zur Steuerung des Manipulators verwendete.

Dieser Schild ist eigentlich sehr einfach. Es hat vier variable Widerstände, zwei Tasten, fünf Servoanschlüsse und einen Stromanschluss. Dies ist aus Debugging-Sicht sehr praktisch. Sie können eine Testskizze hochladen und eine Art Makro zur Steuerung oder ähnliches schreiben. Ich werde am Ende des Artikels auch einen Link zum Herunterladen der Platinendatei angeben, aber sie ist für die Herstellung mit Lochplattierung vorbereitet und daher für die Heimproduktion nicht sehr geeignet.

Programmierung

Das Interessanteste ist die Steuerung des Manipulators vom Computer aus. uArm hat eine praktische Anwendung zur Steuerung des Manipulators und ein Protokoll für die Arbeit damit. Der Computer sendet 11 Bytes an den COM-Port. Das erste ist immer 0xFF, das zweite ist 0xAA und einige der restlichen sind Servosignale. Außerdem werden diese Daten normalisiert und zum Testen an die Motoren gegeben. Ich habe Servos an Digital I/O 9-12 angeschlossen, aber das kann leicht geändert werden.

Das Terminalprogramm von uArm ermöglicht es Ihnen, fünf Parameter bei der Steuerung der Maus zu ändern. Beim Bewegen der Maus über die Oberfläche ändert sich die Position des Manipulators in der XY-Ebene. Drehen Sie das Rad - ändern Sie die Höhe. LMB / RMB - Kralle zusammendrücken / lösen. RMB + Rad - Drehung des Griffs. Eigentlich sehr bequem. Wenn Sie möchten, können Sie eine beliebige Terminalsoftware schreiben, die mit dem Manipulator über dasselbe Protokoll kommuniziert.

Ich werde hier keine Skizzen geben - Sie können sie am Ende des Artikels herunterladen.

Video der Arbeit

Und schließlich das Video der Bedienung des Manipulators selbst. Es zeigt die Steuerung der Maus, Widerstände und nach einem vorab aufgezeichneten Programm.

Verknüpfungen

Plexiglas-Schnittdateien, 3D-Modelle, Einkaufsliste, Tafelzeichnungen und Software können am Ende meiner heruntergeladen werden

Städtische Haushaltsanstalt

zusätzliche Ausbildung"Bahnhof junge Techniker»

Stadt Kamensk Shakhtinsky

kommunale Bühne regionaler Rallye-Wettbewerb

„Junge Designer des Don – bis ins dritte Jahrtausend“

Sektion "Robotik"

« Armmanipulator auf Arduino»

Zusatzpädagogin

MBU DO "SUT"

Einführung 3

Recherche und Analyse 4

Phasen der Herstellung von Einheiten und der Montage des Manipulators 6

Materialien und Werkzeuge 6
Mechanische Befüllung des Manipulators 7
Elektronische Füllung Manipulator 9

Fazit 11

Informationsquellen 12

Anhang 13

Einführung

Roboter - Manipulator ist eine dreidimensionale Maschine, die drei Dimensionen hat, die dem Raum eines Lebewesens entsprechen. Im weiteren Sinne kann ein Manipulator definiert werden als: technisches System, in der Lage, eine Person zu ersetzen oder ihr bei der Ausführung verschiedener Aufgaben zu helfen.

Derzeit geht die Entwicklung der Robotik nicht voran, sondern eilt der Zeit voraus. Allein in den ersten 10 Jahren des 21. Jahrhunderts wurden mehr als 1 Million Roboter erfunden und implementiert. Das Interessanteste ist jedoch, dass Entwicklungen in diesem Bereich nicht nur von Teams großer Unternehmen, Gruppen von Wissenschaftlern und professionellen Ingenieuren durchgeführt werden können, sondern auch von normalen Schulkindern auf der ganzen Welt.

Für das Studium der Robotik an der Schule wurden mehrere Komplexe entwickelt. Die bekanntesten von ihnen sind:

Robotis Bioloid;

LEGO Mindstorms;

Arduino.

Arduino-Designer sind für Roboterbauer von großem Interesse. Arduino-Boards sind ein Funk-Konstruktor, sehr einfach, aber funktional genug für eine sehr schnelle Programmierung in der Wiring-Sprache (eigentlich C++) und die Umsetzung technischer Ideen.

Aber wie die Praxis zeigt, immer mehr praktischer Wert erwerben Sie genau die Arbeit von Young Professionals der neuen Generation.

Das Programmieren von Kindern wird immer relevant sein, da die rasante Entwicklung der Robotik in erster Linie mit der Entwicklung verbunden ist Informationstechnologien und Kommunikationsmittel.

Das Ziel des Projekts ist es, einen pädagogischen Radiokonstrukteur auf der Basis eines Manipulatorarms zu schaffen, um Kindern das Programmieren in der Arduino-Umgebung beizubringen Spielform. So vielen Kindern wie möglich die Möglichkeit zu geben, sich mit den Designaktivitäten in der Robotik vertraut zu machen.

Projektziele:

Entwerfen und bauen Sie eine Lehrhand - einen Manipulator mit minimale Kosten Mittel, die ausländischen Analoga nicht unterlegen sind;

Servoantriebe als Manipulatormechanismen verwenden;

die Mechanismen des Manipulators mit Hilfe des Radiokonstrukteurs Arduino UNO R 3 zu steuern;

Entwicklung eines Programms in der Arduino-Programmierumgebung zur proportionalen Steuerung von Servos.

Um das Ziel und die Ziele unseres Projekts zu erreichen, ist es notwendig, die Arten bestehender Manipulatoren zu untersuchen, technische Literatur zu diesem Thema und der Arduino-Hardwareplattform.

Recherche und Analyse

Lernen.

industrieller Manipulator- zur Ausführung von Motor- und Steuerfunktionen in Herstellungsverfahren, d. h. eine automatische Vorrichtung, die aus einem Manipulator und einer umprogrammierbaren Steuervorrichtung besteht, die Steueraktionen erzeugt, die die erforderlichen Bewegungen der ausführenden Organe des Manipulators vorgeben. Es wird verwendet, um Produktionsobjekte zu bewegen und verschiedene technologische Operationen durchzuführen.

Ö
brüllender Konstrukteur - der Manipulator ist mit einem Roboterarm ausgestattet, der komprimiert und entspannt. Damit können Sie per Fernbedienung Schach spielen. Sie können auch Visitenkarten mit Hilfe einer Robo-Hand verteilen. Zu den Bewegungen gehören: Handgelenk 120°, Ellbogen 300°, Grundrotation 270°, Grundbewegungen 180°. Das Spielzeug ist sehr gut und nützlich, kostet aber etwa 17.200 Rubel.

Dank des uArm-Projekts kann jeder seinen eigenen Desktop-Mini-Roboter zusammenbauen. "uArm" ist ein 4-Achsen-Manipulator in Miniaturausführung Industrieroboter"ABB PalletPack IRB460" Der Manipulator ist mit einem Atmel-Mikroprozessor und einem Satz Servomotoren ausgestattet, Gesamtkosten notwendige Einzelheiten- 12959 Rubel. Das uArm-Projekt erfordert mindestens grundlegende Programmierkenntnisse und Lego-Bauerfahrung. Mini - Roboter kann für viele Funktionen programmiert werden: von spielend bis Musikinstrument, bevor ein komplexes Programm geladen wird. Derzeit werden Anwendungen für iOS und Android entwickelt, mit denen Sie "uArm" von Ihrem Smartphone aus steuern können.

Manipulatoren "uArm"

Die meisten existierenden Manipulatoren übernehmen die Anordnung der Motoren direkt in den Gelenken. Das ist konstruktiv einfacher, aber es stellt sich heraus, dass die Motoren nicht nur die Nutzlast, sondern auch andere Motoren heben müssen.

Analyse.

Sie nahmen als Grundlage den auf der Kickstarter-Website präsentierten Manipulator, der "uArm" hieß. Der Vorteil dieser Konstruktion besteht darin, dass die Plattform zum Aufsetzen des Greifers immer parallel zur Arbeitsfläche ist. Schwere Motoren befinden sich an der Basis, Kräfte werden durch Schub übertragen. Dadurch verfügt der Manipulator über drei Servos (drei Freiheitsgrade), die es ihm ermöglichen, das Werkzeug entlang aller drei Achsen um 90 Grad zu bewegen.

Es wurde entschieden, Lager in den beweglichen Teilen des Manipulators einzubauen. Diese Konstruktion des Manipulators hat viele Vorteile gegenüber vielen Modellen, die jetzt im Handel sind: Insgesamt werden 11 Lager im Manipulator verwendet: 10 Stück für eine 3-mm-Welle und eines für eine 30-mm-Welle.

Eigenschaften des Manipulatorarms:

Höhe: 300 mm.

Arbeitsbereich(mit vollständig ausgefahrenem Arm): 140 mm bis 300 mm um die Basis herum

Maximale Gewichtskapazität auf Armlänge: 200 g

Verbrauchter Strom, nicht mehr als: 1A

Einfache Montage. Es wurde viel Wert darauf gelegt, dass es eine solche Montagereihenfolge des Manipulators gibt, in der es äußerst bequem ist, alle Details zu verschrauben. Dies war besonders schwierig für die leistungsstarken Servoknoten an der Basis.

Die Steuerung erfolgt über variable Widerstände, Proportionalsteuerung. Es ist möglich, eine stromabnehmerartige Steuerung zu entwerfen, wie die von Nuklearwissenschaftlern und einem Helden in einem großen Roboter aus dem Avatar-Film, sie kann auch mit einer Maus gesteuert werden, und mithilfe von Codebeispielen können Sie Ihre eigenen Bewegungsalgorithmen erstellen.

Offenheit des Projekts. Jeder kann sein eigenes Werkzeug (Saugnapf oder Bleistiftclip) herstellen und das Programm (Skizze), das zum Ausführen der Aufgabe erforderlich ist, auf den Controller hochladen.

Phasen der Herstellung von Einheiten und der Montage des Manipulators

Materialien und Werkzeuge

Für die Herstellung eines Manipulatorarms wurde eine Verbundplatte verwendet, 3 mm und 5 mm dick. Dieses Material, das aus zwei 0,21 mm dicken Aluminiumblechen besteht, die durch eine thermoplastische Polymerschicht verbunden sind, hat eine gute Steifigkeit, ist leicht und lässt sich gut verarbeiten. Aus dem Internet heruntergeladene Fotos des Manipulators wurden verarbeitet Computer Programm Inkscape (Vektorgrafik-Editor). Im AutoCAD-Programm (dreidimensionales computergestütztes Design- und Zeichensystem) wurden Zeichnungen einer Hand - eines Manipulators - gezeichnet.

Fertigteile für den Manipulator.

Fertigteile der Basis des Manipulators.

Mechanische Befüllung des Manipulators

Für die Basis des Manipulators wurden Servoantriebe MG-995 verwendet. Dies sind digitale Servos mit Metallgetriebe und Kugellagern, sie bieten eine Kraft von 4,8 kg / cm, eine präzise Positionierung und eine akzeptable Geschwindigkeit. Ein Servo wiegt 55,0 Gramm bei Abmessungen von 40,7 x 19,7 x 42,9 mm, die Versorgungsspannung beträgt 4,8 bis 7,2 Volt.

MG-90S-Servos wurden verwendet, um die Hand zu erfassen und zu drehen. Dies sind ebenfalls digitale Servos mit Metallgetriebe und einem Kugellager auf der Ausgangswelle, sie sorgen für eine Kraft von 1,8 kg / cm und eine präzise Positionierung. Ein Servo wiegt 13,4 Gramm bei Abmessungen von 22,8 x 12,2 x 28,5 mm, die Versorgungsspannung beträgt 4,8 bis 6,0 Volt.

Servo MG-995 Servo MG90S

Die Lagergröße 30 x 55 x 13 wird verwendet, um die Drehung der Basis des Arms zu erleichtern - eines Manipulators mit einer Last.

Lagereinbau. Rotationsmontage.

Die Basis der Arm-Manipulator-Baugruppe.

Teile zum Zusammenbau des Griffs. Gesammelter Griff.

Elektronische Befüllung des Manipulators

Es gibt ein Open-Source-Projekt namens Arduino. Die Basis dieses Projekts ist ein grundlegendes Hardwaremodul und ein Programm, in dem Sie Code für die Steuerung in einer Fachsprache schreiben können und das es ermöglicht, dieses Modul anzuschließen und zu programmieren.

Arbeiten mit dem verwendeten Manipulator Arduino-Board UNO R 3 und ein kompatibles Servo-Erweiterungsboard. Es verfügt über einen 5-Volt-Stabilisator zur Stromversorgung der Servos, PLS-Kontakte zum Anschließen der Servos und einen Anschluss zum Anschließen variabler Widerstände. Die Stromversorgung erfolgt über den Block 9V, 3A.

Arduino-Controller-Board UNO-R 3.

Schaltplan Erweiterungen für Arduino-Controller-Board UNO-R 3 entsprechend den gestellten Aufgaben entwickelt.

Schematische Darstellung der Erweiterungsplatine für den Controller.

Controller-Erweiterungskarte.

Wir verbinden das Arduino UNO R 3-Board mit einem USB-A-B-Kabel mit dem Computer, nehmen die erforderlichen Einstellungen in der Programmierumgebung vor und erstellen ein Programm (Skizze) für den Betrieb von Servos mithilfe der Arduino-Bibliotheken. Wir kompilieren (prüfen) die Skizze und laden sie dann in die Steuerung hoch. AUS genaue Information Informationen zum Arbeiten in der Arduino-Umgebung finden Sie auf der Website http://edurobots.ru/category/uroki/ (Arduino für Anfänger. Lektionen).

Programmfenster mit einer Skizze.

Fazit

Dieses Modell des Manipulators unterscheidet sich durch niedrige Kosten, z. B. von einem einfachen Konstrukteur "Duckrobot", der 2 Bewegungen ausführt und 1102 Rubel kostet, oder einem Lego - Konstrukteur "Police station" im Wert von 8429 Rubel. Unser Designer führt 5 Bewegungen aus und kostet 2384 Rubel.

	Zubehör und Material	Menge
	Servo MG-995
	Servo MG90S
	Lager 30x55x13
	Lager 3x8x3
	М3х27 Zahnstange Messing weiblich-weiblich
	Kopfschraube M3x10 unter h/w
	Verbundplatte Größe 0,6 m 2
	Arduino UNO R 3 Steuerplatine
	Variable Widerstände 100com.

Die geringen Kosten trugen zur Entwicklung eines technischen Designers einer Hand bei - eines Manipulators, an dessen Beispiel das Funktionsprinzip des Manipulators anschaulich demonstriert wurde, die Erfüllung von Aufgaben auf spielerische Weise.

Das Funktionsprinzip in der Programmierumgebung Arduino hat sich in Tests bewährt. Diese Art, Programmieren in Spielform zu verwalten und zu lehren, ist nicht nur möglich, sondern auch effektiv.

Die anfängliche Sketch-Datei, die von der offiziellen Arduino-Website stammt und in der Programmierumgebung debuggt wird, liefert die korrekte und zuverlässige Leistung Manipulator.

In Zukunft möchte ich auf teure Servos verzichten und diese verwenden Schrittmotoren, daher wird es sich genau und reibungslos genug bewegen.

Der Manipulator wird mit einem Stromabnehmer über einen Bluetooth-Funkkanal gesteuert.

Informationsquellen

Gololobov N.V. Über das Arduino-Projekt für Schulkinder. Moskau. 2011.

Kurt E. D. Einführung in Mikrocontroller mit Übersetzung ins Russische von T. Volkova. 2012.

Belov A. V. Selbstbedienungsanleitung für Entwickler von Geräten auf Basis von AVR-Mikrocontrollern. Wissenschaft und Technologie, St. Petersburg, 2008.

http://www.customelectronics.ru/robo-ruka-sborka-mehaniki/ Raupenmanipulator.

http://robocraft.ru/blog/electronics/660.html Manipulator über Bluetooth.

http://robocraft.ru/blog/mechanics/583.html Link zu Artikel und Video.

http://edurobots.ru/category/uroki/ Arduino für Anfänger.

Anwendung

Basiszeichnung des Manipulators

Zeichnung des Auslegers und Griffs des Manipulators.