Mechanischer Armmanipulator zum Selbermachen. Do-it-yourself-Desktop-Roboterarmmanipulator aus Plexiglas auf Servoantrieben. Montage des mechanischen Teils

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 eher 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:

1. 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
2. Ein einfacher Satz von Komponenten, die einfach zu kaufen oder aus Plexiglas zu schneiden sind
3. Lager in fast allen Knoten des Manipulators
4. Einfache Montage. Es stellte sich als wahr heraus herausfordernde Aufgabe. Es war besonders schwierig, über den Prozess der Montage der Basis nachzudenken
5. Die Griffposition kann um 90 Grad verändert werden
6. Open Source und Dokumentation. Alles ist in barrierefreien Formaten aufbereitet. Ich gebe Download-Links für 3D-Modelle, Schnittdateien, Materialliste, Elektronik und Software
7. 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

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

Im Großen und Ganzen

Die Erstellung dieses Geräts als Ganzes sollte keine Schwierigkeiten bereiten. Es wird notwendig sein, qualitativ nur die Möglichkeiten mechanischer Bewegungen zu überdenken, die aus physikalischer Sicht ziemlich schwierig zu implementieren 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:

1. Spitzzange.
2. Seitenschneider.
3. Kreuzschraubendreher.
4. 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:

1. Einbau von zwei Motoren. Jeder von ihnen ist dafür verantwortlich, in eine bestimmte Richtung zu drehen. Wenn der eine arbeitet, ruht der andere.
2. 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 sie in verschiedene Richtungen kippen können, was mit Hilfe von Motoren gelöst wird, die sich an ihrer 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:

1. 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.
2. 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?

Wir erstellen einen Roboterarm mit einem Entfernungsmesser und implementieren eine Hintergrundbeleuchtung.

Wir werden die Basis aus Acryl schneiden. Wir verwenden Servos als Motoren.

Allgemeine Beschreibung des Projekts des Roboterarms

Das Projekt verwendete 6 Servomotoren. Für den mechanischen Teil wurde 2 mm dickes Acryl verwendet. Als Stativ hat sich die Basis von der Discokugel bewährt (einer der Motoren ist innen montiert). Ein Ultraschall-Abstandssensor und eine 10-mm-LED wurden ebenfalls verwendet.

Das Arduino-Board dient zur Steuerung des Roboters. Das Netzteil selbst ist die Stromversorgung des Computers.

Das Projekt liefert umfassende Erklärungen für die Entwicklung eines Roboterarms. Die ernährungsphysiologischen Aspekte des entwickelten Designs werden gesondert betrachtet.

Basisknoten für das Projekt des Manipulators

Beginnen wir mit der Entwicklung. Du wirst brauchen:

• 6 Servos (ich habe 2 mg946, 2 mg995, 2 futuba s3003 verwendet (mg995/mg946 sind besser als futuba s3003, aber viel billiger)
• Acryl 2 mm dick (und ein kleines Stück 4 mm dick);
• Ultraschall-Abstandssensor hc-sr04 ;
• LEDs 10 mm (Farbe - nach Ihrem Ermessen);
• Stativ (als Basis verwendet);
• Aluminiumzange (kostet etwa 10-15 Dollar).

Zum Fahren:

• Arduino Uno Board (das verwendete Projekt hausgemachtes Brett, das Arduino völlig ähnlich ist);
• Stromversorgungsplatine (Sie müssen es selbst herstellen, wir werden später auf dieses Problem zurückkommen, es erfordert besondere Aufmerksamkeit);
• Netzteil (in diesem Fall wird ein Computer-Netzteil verwendet);
• einen Computer zum Programmieren Ihres Roboterarms (wenn Sie Arduino zum Programmieren verwenden, dann die Arduino IDE)

Natürlich benötigen Sie Kabel und einige grundlegende Werkzeuge wie Schraubendreher usw. Jetzt können wir mit dem Bau weitermachen.

Montage des mechanischen Teils

Bevor ich mit der Entwicklung des mechanischen Teils des Manipulators beginne, sei darauf hingewiesen, dass ich keine Zeichnungen habe. Alle Knoten wurden "auf dem Knie" gemacht. Aber das Prinzip ist ganz einfach. Sie haben zwei Acrylverbindungen, zwischen denen Sie Servomotoren installieren müssen. Und die anderen beiden Links. Auch für den Motoreinbau. Nun, der Griff selbst. Am einfachsten ist es, einen solchen Griff im Internet zu kaufen. Fast alles wird mit Schrauben montiert.

Die Länge des ersten Teils beträgt ca. 19 cm; der zweite - ungefähr 17,5; die Länge des Frontlenkers beträgt ca. 5,5 cm.Wählen Sie die restlichen Maße entsprechend den Maßen Ihres Projektes. Im Prinzip sind die Größen anderer Knoten nicht so wichtig.

Der mechanische Arm muss an der Basis eine Drehung um 180 Grad ermöglichen. Also müssen wir den Stellmotor von unten einbauen. In diesem Fall ist es in der gleichen Discokugel installiert. In Ihrem Fall kann es jede geeignete Box sein. Auf diesem Servomotor ist der Roboter montiert. Es ist möglich, wie in der Abbildung gezeigt, einen zusätzlichen Ringflansch aus Metall zu montieren. Sie können darauf verzichten.

Zum Einbau des Ultraschallsensors wird 2 mm starkes Acryl verwendet. Hier können Sie auch eine LED von unten einbauen.

Es ist schwierig, im Detail zu erklären, wie man einen solchen Manipulator konstruiert. Viel hängt von den Komponenten und Teilen ab, die Sie auf Lager haben oder kaufen. Wenn zum Beispiel die Abmessungen Ihrer Servos unterschiedlich sind, ändern sich auch die Acrylverbindungen. Wenn sich die Abmessungen ändern, ändert sich auch die Kalibrierung des Manipulators.

Sie müssen auf jeden Fall die Servomotorkabel verlängern, nachdem der mechanische Teil des Manipulators fertiggestellt ist. Für diese Zwecke wurden in diesem Projekt Drähte eines Internetkabels verwendet. Damit das alles so aussieht, seien Sie nicht faul und installieren Sie Adapter an den freien Enden der langgestreckten Kabel - Mutter oder Vater, je nach den Ausgängen Ihres Arduino-Boards, Shields oder Netzteils.

Nach dem Zusammenbau des mechanischen Teils können wir uns dem „Gehirn“ unseres Manipulators zuwenden.

Manipulatorgriff

Sie benötigen einen Servomotor und einige Schrauben, um den Greifer zu installieren.

Also was genau ist zu tun.

Nehmen Sie den Schaukelstuhl vom Servo und kürzen Sie ihn, bis er in Ihren Griff passt. Ziehen Sie danach die beiden kleinen Schrauben fest.

Drehen Sie das Servo nach dem Einbau in die äußerste linke Position und drücken Sie die Backen des Griffs zusammen.

Jetzt können Sie das Servo auf 4 Bolzen montieren. Stellen Sie gleichzeitig sicher, dass sich der Motor immer noch in der äußersten linken Position befindet und die Backen des Greifers geschlossen sind.

Sie können ein Servo anschließen Arduino-Board und überprüfen Sie die Leistung des Griffs.

Bitte beachten Sie, dass es zu Problemen mit dem Greiferbetrieb kommen kann, wenn die Bolzen/Schrauben zu fest angezogen werden.

Hinzufügen von Beleuchtung zum Manipulator

Sie können Ihr Projekt heller machen, indem Sie ihm Glanzlichter hinzufügen. Dafür wurden LEDs verwendet. Es ist einfach zu machen und sieht im Dunkeln sehr beeindruckend aus.

Orte für die Installation von LEDs hängen von Ihrer Kreativität und Vorstellungskraft ab.

Schaltplan

Sie können anstelle des Widerstands R1 ein 100-kΩ-Potentiometer verwenden, um die Helligkeit manuell einzustellen. Als Widerstand R2 wurden 118 Ohm Widerstände verwendet.

Liste der verwendeten Hauptknoten:

• R1 - 100-kΩ-Widerstand
• R2 - 118 Ohm Widerstand
• Transistor BC547
• Fotowiderstand
• 7 LEDs
• Schalten
• Verbindung zum Arduino Board

Als Mikrocontroller wurde ein Arduino-Board verwendet. Das verwendete Netzteil war persönlicher Computer. Wenn Sie ein Multimeter an die roten und schwarzen Kabel anschließen, sehen Sie 5 Volt (die für Servomotoren und einen Ultraschall-Abstandssensor verwendet werden). Gelb und Schwarz geben Ihnen 12 Volt (für Arduino). Wir machen 5 Anschlüsse für Servos, parallel verbinden wir positiv mit 5 V und negativ mit Masse. Dasselbe beim Abstandssensor.

Verbinden Sie danach die restlichen Anschlüsse (einer von jedem Servo und zwei vom Entfernungsmesser) mit der gelöteten Platine und dem Arduino. Vergessen Sie dabei nicht, die Pins, die Sie in Zukunft im Programm verwendet haben, korrekt anzugeben.

Zusätzlich wurde auf dem Powerboard eine Power-LED verbaut. Es ist einfach zu implementieren. Zusätzlich wurde ein 100-Ohm-Widerstand zwischen 5 V und Masse verwendet.

Die 10-mm-LED am Roboter ist auch mit dem Arduino verbunden. Ein 100-Ohm-Widerstand geht von Pin 13 zum positiven Bein der LED. Negativ - auf den Boden. Sie können es im Programm deaktivieren.

Für 6 Servomotoren werden 6 Stecker verwendet, da die 2 Servomotoren auf der Unterseite das gleiche Steuersignal verwenden. Die entsprechenden Leiter werden verbunden und mit einem Pin verbunden.

Ich wiederhole, dass die Stromversorgung eines Personal Computers als Stromversorgung verwendet wird. Alternativ können Sie natürlich auch ein separates Netzteil erwerben. Da wir jedoch 6 Laufwerke haben, von denen jedes etwa 2 A verbrauchen kann, wird ein so leistungsstarkes Netzteil teuer.

Bitte beachten Sie, dass die Anschlüsse vom Servo mit den PWM-Ausgängen des Arduino verbunden sind. In der Nähe jedes solchen Pins auf der Platine gibt es Symbol~. An Pin 6, 7 kann ein Ultraschall-Abstandssensor angeschlossen werden. An Pin 13 und Masse kann eine LED angeschlossen werden. Das sind alle Stifte, die wir brauchen.

Jetzt können wir mit der Arduino-Programmierung fortfahren.

Bevor Sie das Board über USB mit dem Computer verbinden, schalten Sie es unbedingt aus. Wenn Sie das Programm testen, schalten Sie auch Ihren Roboterarm aus. Wenn die Stromversorgung nicht ausgeschaltet ist, erhält der Arduino 5 Volt von USB und 12 Volt von der Stromversorgung. Dementsprechend wird der Strom von USB auf die Stromquelle übertragen und es wird ein wenig "durchhängen".

Der Schaltplan zeigt, dass Potentiometer hinzugefügt wurden, um die Servos zu steuern. Potentiometer sind optional, aber der obige Code funktioniert nicht ohne sie. Potentiometer können an die Pins 0,1,2,3 und 4 angeschlossen werden.

Programmierung und erster Start

Zur Steuerung wurden 5 Potentiometer verwendet (es ist durchaus möglich, dies durch 1 Potentiometer und zwei Joysticks zu ersetzen). Das Anschlussschema mit Potentiometern ist im vorherigen Teil dargestellt. Die Arduino-Skizze ist hier.

Unten sind einige Videos des Roboterarms in Aktion. Ich hoffe, dass es Ihnen gefällt.

Das obige Video zeigt die neuesten Arma-Modifikationen. Ich musste das Design leicht ändern und ein paar Teile ersetzen. Es stellte sich heraus, dass die futuba s3003 Servos eher schwach sind. Es stellte sich heraus, dass sie nur zum Greifen oder Drehen der Hand verwendet wurden. Also wurde stattdessen mg995 installiert. Nun, mg946 wird im Allgemeinen eine ausgezeichnete Option sein.

Steuerprogramm und Erläuterungen dazu

// vom Laufwerk angetrieben variable Widerstände- Potentiometer.

int potpin = 0; // analoger Pin zum Anschluss eines Potentiometers

int-Wert; // Variable zum Lesen von Daten vom analogen Pin

meinservo1.attach(3);

meinservo2.attach(5);

meinservo3.attach(9);

meinservo4.attach(10);

meinservo5.attach(11);

PinMode (LED, AUSGANG);

( // Servo 1 Analog Pin 0

val = analogRead (potpin); // liest den Wert des Potentiometers (Wert zwischen 0 und 1023)

// skaliert den empfangenen Wert für die Verwendung mit Servos (wir erhalten einen Wert im Bereich von 0 bis 180)

meinservo1.write (val); // bringt das Servo gemäß dem berechneten Wert in Position

Verzögerung (15); // wartet darauf, dass der Servomotor die angegebene Position erreicht

val = analogRead (potpin1); // Servo 2 auf analogem Pin 1

val = map(val, 0, 1023, 0, 179);

myservo2.write (val);

val = analogRead (potpin2); // Servo 3 auf analogem Pin 2

val = map(val, 0, 1023, 0, 179);

myservo3.write (val);

val = analogRead (potpin3); // Servo 4 auf analogem Pin 3

val = map(val, 0, 1023, 0, 179);

myservo4.write (val);

val = analogRead (potpin4); // Server 5 auf analogem Pin 4

val = map(val, 0, 1023, 0, 179);

myservo5.write (val);

Skizze mit Ultraschall-Abstandssensor

Dies ist wahrscheinlich einer der spektakulärsten Teile des Projekts. Am Manipulator ist ein Abstandssensor installiert, der auf Hindernisse in der Umgebung reagiert.

Die wichtigsten Erklärungen für den Code sind unten angegeben.

#define trigPin 7

Das nächste Stück Code:

Wir haben allen 5 Signalen (für 6 Laufwerke) Namen zugewiesen (kann beliebig sein)

Folgendes:

Serial.begin (9600);

PinMode (trigPin, AUSGANG);

PinMode (echoPin, INPUT);

PinMode (LED, AUSGANG);

meinservo1.attach(3);

meinservo2.attach(5);

meinservo3.attach(9);

meinservo4.attach(10);

meinservo5.attach(11);

Wir teilen dem Arduino-Board mit, an welchen Pins die LEDs, Servos und der Abstandssensor angeschlossen sind. Hier gibt es nichts zu ändern.

ungültige Position1 () (

DigitalWrite (LED, HIGH);

myservo2.writeMikrosekunden (1300);

myservo4.writeMikrosekunden (800);

myservo5.writeMikrosekunden (1000);

Hier kann man einiges ändern. Ich habe eine Position festgelegt und sie Position1 genannt. Es wird im nächsten Programm verwendet. Wenn Sie eine andere Bewegung bereitstellen möchten, ändern Sie die Werte in Klammern zwischen 0 und 3000.

Danach:

ungültige Position2 () (

DigitalWrite (LED, NIEDRIG);

myservo2.writeMikrosekunden (1200);

myservo3.writeMikrosekunden (1300);

myservo4.writeMikrosekunden (1400);

myservo5.writeMikrosekunden (2200);

Ähnlich wie beim vorherigen Stück, nur dass es hier Position2 ist. Nach dem gleichen Prinzip können Sie neue Positionen zum Verschieben hinzufügen.

lange Dauer, Entfernung;

digitalWrite (trigPin, LOW);

VerzögerungMikrosekunden (2);

digitalWrite (trigPin, HIGH);

VerzögerungMikrosekunden (10);

digitalWrite (trigPin, LOW);

Dauer = pulseIn (echoPin, HIGH);

Distanz = (Dauer/2) / 29,1;

Jetzt beginnt es, den Hauptcode des Programms auszuarbeiten. Du solltest es nicht ändern. Die Hauptaufgabe der obigen Zeilen besteht darin, einen Abstandssensor einzurichten.

Danach:

wenn (Abstand<= 30) {

wenn (Abstand< 10) {

myservo5.writeMikrosekunden (2200); // Griff öffnen

myservo5.writeMikrosekunden (1000); // Enge Griffigkeit

Jetzt können Sie abhängig von der vom Ultraschallsensor gemessenen Entfernung neue Bewegungen hinzufügen.

wenn (Abstand<=30){ // данная строка обеспечивает переход в position1, если расстояние меньше 30 см.

Position1(); // Tatsächlich wird der Arm alles ausarbeiten, was Sie zwischen den Klammern angeben ( )

else( // Wenn der Abstand größer als 30 cm ist, gehe zu Position2

position()2 // wie vorige Zeile

Sie können die Entfernung im Code ändern und tun, was Sie wollen.

Letzte Codezeilen

if (Abstand > 30 || Abstand<= 0){

Serial.println ("außerhalb des Bereichs"); // im seriellen Monitor die Meldung ausgeben, dass wir den angegebenen Bereich überschritten haben

Seriendruck (Entfernung);

Serial.println ("cm"); //Abstand in Zentimetern

Verzögerung (500); // Verzögerung in 0,5 Sekunden

Natürlich können Sie hier alles in Millimeter, Meter umrechnen, die angezeigte Meldung ändern usw. Mit der Verzögerung kann man ein bisschen spielen.

Das ist alles. Viel Spaß, aktualisieren Sie Ihre eigenen Manipulatoren, teilen Sie Ideen und Ergebnisse!

Hat eine Hintergrundbeleuchtung. Insgesamt arbeitet der Roboter mit 6 Servomotoren. Für den mechanischen Teil wurde zwei Millimeter dickes Acryl verwendet. Für die Herstellung eines Stativs wurde die Basis von einer Discokugel genommen, während ein Motor direkt darin eingebaut ist.

Der Roboter läuft auf einem Arduino-Board. Als Stromquelle dient eine Rechnereinheit.

Materialien und Werkzeuge:
- 6 Servomotoren;
- Acryl 2 mm dick (und ein weiteres kleines Stück 4 mm dick);
- Stativ (um eine Basis zu schaffen);
- Ultraschall-Abstandssensor Typ hc-sr04;
- Arduino Uno-Controller;
- Leistungsregler (unabhängig hergestellt);
- Stromversorgung vom Computer;
- Computer (erforderlich für die Arduino-Programmierung);
- Drähte, Werkzeuge usw.

Herstellungsprozess:

Schritt eins. Montage des mechanischen Teils des Roboters
Der mechanische Teil ist sehr einfach zu montieren. Zwei Acrylteile müssen mit einem Servomotor verbunden werden. Die anderen beiden Links sind auf ähnliche Weise verbunden. Was den Griff betrifft, ist es am besten, ihn online zu kaufen. Alle Elemente sind mit Schrauben befestigt.

Die Länge des ersten Teils beträgt ca. 19 cm, der zweite ca. 17,5 cm, das vordere Glied hat eine Länge von 5,5 cm, die Abmessungen der übrigen Elemente werden nach eigenem Ermessen gewählt.

Der Drehwinkel an der Basis des mechanischen Arms muss 180 Grad betragen, daher muss ein Servomotor von unten installiert werden. In unserem Fall muss es in eine Discokugel eingebaut werden. Der Roboter ist bereits auf dem Servomotor installiert.

Für die Installation des Ultraschallsensors benötigen Sie ein 2 cm dickes Stück Acrylglas.

Um den Greifer zu montieren, benötigen Sie mehrere Schrauben und einen Stellmotor. Sie müssen die Wippe vom Stellmotor nehmen und kürzen, bis sie zum Griff passt. Dann können Sie die beiden kleinen Schrauben festziehen. Nach der Montage muss der Stellmotor ganz nach links gedreht und die Greiflippen zusammengebracht werden.

Jetzt wird der Servomotor auf 4 Bolzen montiert, wobei darauf zu achten ist, dass er sich in der äußersten linken Position befindet und die Lippen zusammengebracht werden.
Nun kann das Servo an die Platine angeschlossen und überprüft werden, ob der Griff funktioniert.

Schritt zwei. Roboterbeleuchtung
Um den Roboter interessanter zu machen, kann er von hinten beleuchtet werden. Dies geschieht mit LEDs in verschiedenen Farben.

Schritt drei. Anschließen des elektronischen Teils
Die Hauptsteuerung für den Roboter ist das Arduino-Board. Als Stromquelle dient eine Rechnereinheit, an deren Ausgängen eine Spannung von 5 Volt anliegen muss. Es sollte sein, wenn Sie die Spannung an den roten und schwarzen Drähten mit einem Multimeter messen. Diese Spannung wird zur Versorgung der Stellmotoren und des Abstandssensors benötigt. Die gelben und schwarzen Drähte des Blocks erzeugen bereits 12 Volt, sie werden benötigt, damit der Arduino funktioniert.

Für Servos müssen Sie fünf Anschlüsse herstellen. Wir verbinden 5V mit positiv und negativ mit Masse. Der Abstandssensor wird auf die gleiche Weise angeschlossen.

Es gibt auch eine LED-Betriebsanzeige auf der Platine. Zum Anschluss wird ein 100-Ohm-Widerstand zwischen + 5 V und Masse verwendet.

Die Ausgänge der Servos sind mit den PWM-Ausgängen des Arduino verbunden. Solche Pins auf der Platine sind durch das Zeichen „~“ gekennzeichnet. Der Ultraschall-Abstandssensor kann an Pin 6 und 7 angeschlossen werden. Die LED ist mit Masse und dem 13. Pin verbunden.

Jetzt können Sie mit der Programmierung beginnen. Bevor Sie eine Verbindung über USB herstellen, müssen Sie sicherstellen, dass das Gerät vollständig ausgeschaltet ist. Beim Testen des Programms muss der Roboter auch ausgeschaltet werden. Geschieht dies nicht, erhält der Controller 5 V vom USB und 12 V vom Netzteil.

Im Diagramm sehen Sie, dass Potentiometer hinzugefügt wurden, um die Servomotoren zu steuern. Sie sind keine notwendige Komponente des Roboters, aber der vorgeschlagene Code wird ohne sie nicht funktionieren. Potentiometer werden an die Pins 0,1,2,3 und 4 angeschlossen.

Auf der Schaltung befindet sich ein Widerstand R1, der durch ein 100-kΩ-Potentiometer ersetzt werden kann. Auf diese Weise können Sie die Helligkeit manuell anpassen. Der Wert der Widerstände R2 beträgt 118 Ohm.

Hier ist eine Liste der wichtigsten Knoten, die verwendet wurden:
- 7 LEDs;
- R2 - 118 Ohm Widerstand;
- R1 - 100-kOhm-Widerstand;
- schalten;
- Fotowiderstand;
- BC547-Transistor.

Schritt vier. Programmierung und erster Start des Roboters
Zur Steuerung des Roboters wurden 5 Potentiometer verwendet. Es ist durchaus realistisch, eine solche Schaltung durch ein Potentiometer und zwei Joysticks zu ersetzen. Wie ein Potentiometer angeschlossen wird, wurde im vorherigen Schritt gezeigt. Nach der Installation des Sketches kann der Roboter getestet werden.

Die ersten Tests des Roboters zeigten, dass die verbauten Servomotoren vom Typ futuba s3003 für den Roboter schwach waren. Sie können nur zum Drehen der Hand oder zum Greifen verwendet werden. Stattdessen installierte der Autor mg995-Engines. Die ideale Option wären mg946-Motoren.

Unter den Merkmalen dieses Roboters auf der Arduino-Plattform kann man die Komplexität seines Designs feststellen. Roboarm besteht aus vielen Hebeln, die es ihm ermöglichen, sich in allen Achsen zu bewegen, zu greifen und verschiedene Dinge mit nur 4 Servomotoren zu bewegen. Wenn Sie einen solchen Roboter mit Ihren eigenen Händen zusammengebaut haben, können Sie Ihre Freunde und Verwandten definitiv mit den Möglichkeiten und dem angenehmen Aussehen dieses Geräts überraschen! Denken Sie daran, dass Sie immer unsere grafische Umgebung RobotON Studio zum Programmieren verwenden können!

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Besonderheiten:

Um einen DIY-Roboterarm zusammenzubauen, benötigen Sie einige Komponenten. Der Hauptteil besteht aus 3D-gedruckten Teilen, davon gibt es etwa 18 (es ist nicht erforderlich, eine Folie zu drucken.) Wenn Sie alles heruntergeladen und ausgedruckt haben, was Sie brauchen, benötigen Sie Schrauben, Muttern und Elektronik:

• 5 Schrauben M4 20mm, 1 x 40mm und passende Antirotationsmuttern
• 6 Schrauben M3 10mm, 1 x 20mm und passende Muttern
• Steckbrett mit Anschlussdrähten oder Abschirmung
• Arduino-Nano
• 4 Servomotoren SG 90

Nach der Montage des Gehäuses ist unbedingt darauf zu achten, dass es sich frei bewegen lässt. Wenn sich die Schlüsselkomponenten des Roboarms nur schwer bewegen lassen, sind die Servomotoren möglicherweise nicht in der Lage, die Last zu handhaben. Beim Zusammenbau von Elektronik ist zu beachten, dass es besser ist, die Schaltung nach einer vollständigen Überprüfung der Anschlüsse an die Stromversorgung anzuschließen. Um Schäden an den SG 90-Servos zu vermeiden, brauchen Sie den Motor selbst nicht von Hand zu drehen, wenn dies nicht erforderlich ist. Falls Sie SG 90 entwickeln müssen, müssen Sie die Motorwelle reibungslos in verschiedene Richtungen bewegen.

Eigenschaften:

• Einfache Programmierung aufgrund des Vorhandenseins einer geringen Anzahl von Motoren desselben Typs
• Das Vorhandensein von Totzonen für einige Servos
• Breite Anwendbarkeit des Roboters im täglichen Leben
• Interessante Ingenieursarbeit
• Die Notwendigkeit, einen 3D-Drucker zu verwenden