Do-it-yourself-Desktop-Roboterarm aus Plexiglas auf Servoantrieben oder uArm-Reverse-Engineering. „Manuelle“ Steuerung des OWI-Manipulators. Hinzufügen von Beleuchtung zum Manipulator

Bei diesem Projekt handelt es sich um eine mehrstufige, modulare Aufgabe. Die erste Phase des Projekts ist die Montage des Roboterarmmoduls, das als Teilesatz geliefert wird. Der zweite Schritt der Aufgabe besteht darin, die IBM PC-Schnittstelle ebenfalls aus einem Teilesatz zusammenzubauen. Der dritte Schritt der Aufgabe ist schließlich die Erstellung des Sprachsteuerungsmoduls.

Der Roboterarm kann manuell mit der im Kit enthaltenen Handsteuerung bedient werden. Der Roboterarm kann auch entweder über eine vormontierte IBM-PC-Schnittstelle oder über ein Sprachsteuerungsmodul gesteuert werden. Mit dem IBM PC-Schnittstellenkit können Sie die Aktionen des Roboters über einen IBM PC-Arbeitscomputer steuern und programmieren. Mit dem Sprachsteuerungsgerät können Sie den Arm des Roboters mithilfe von Sprachbefehlen steuern.

Alle diese Module zusammen bilden funktionsfähiges Gerät, mit dem Sie Experimente durchführen und automatisierte Aktionsabläufe programmieren oder sogar einen vollständig „verkabelten“ Manipulatorarm „animieren“ können.

Die PC-Schnittstelle ermöglicht Ihnen dies persönlicher Computer Programmieren Sie den Manipulatorarm für eine Kette automatisierter Aktionen oder „beleben“ Sie ihn wieder. Es gibt auch eine Option, bei der Sie die Hand interaktiv steuern können, indem Sie entweder die Handsteuerung oder ein Windows 95/98-Programm verwenden. Die „Animation“ der Hand ist der „Unterhaltungs“-Teil der Kette programmierter automatisierter Aktionen. Wenn Sie beispielsweise eine Babyhandschuhpuppe auf den Manipulatorarm setzen und das Gerät so programmieren, dass es eine kleine Show zeigt, programmieren Sie die elektronische Puppe auf „Animation“. Die Programmierung automatisierter Aktionen findet breite Anwendung in der Industrie und der Unterhaltungsindustrie.

Der am weitesten verbreitete Roboter in der Industrie ist der Roboterarm. Der Roboterarm ist ein äußerst flexibles Werkzeug, schon allein deshalb, weil das Endsegment des Armmanipulators das geeignete Werkzeug sein kann, das für eine bestimmte Aufgabe oder Produktion erforderlich ist. Hierzu kann beispielsweise ein Gelenkschweißarm verwendet werden Punktschweißen Mit der Sprühdüse lassen sich verschiedene Teile und Baugruppen lackieren und mit dem Greifer können Objekte gespannt und gehalten werden, um nur einige zu nennen.

Wie wir sehen können, erfüllt der Roboterarm viele nützliche Funktionen und kann als solche dienen perfektes Werkzeug zum Lernen verschiedene Prozesse. Allerdings ist es schwierig, einen Roboterarm von Grund auf neu zu entwickeln schwierige Aufgabe. Es ist viel einfacher, eine Hand aus Teilen zusammenzubauen fertig eingestellt. OWI verkauft genug gute Sets Manipulatorarme sind bei vielen Händlern erhältlich elektronische Geräte(siehe Teileliste am Ende dieses Kapitels). Über die Schnittstelle kann eine Verbindung hergestellt werden zusammengebauter Manipulatorarm an den Druckeranschluss Ihres Arbeitscomputers anschließen. Als Arbeitscomputer können Sie einen PC der IBM-Serie oder einen kompatiblen Rechner verwenden, der DOS oder Windows 95/98 unterstützt.

Sobald der Roboterarm an den Druckeranschluss des Computers angeschlossen ist, kann er interaktiv oder programmgesteuert vom Computer aus gesteuert werden. Die Handsteuerung im interaktiven Modus ist sehr einfach. Klicken Sie dazu einfach auf eine der Funktionstasten, um dem Roboter den Befehl zu senden, eine bestimmte Bewegung auszuführen. Durch erneutes Drücken der Taste wird der Befehl beendet.

Auch die Programmierung einer Kette automatisierter Aktionen ist nicht schwierig. Klicken Sie zunächst auf die Schaltfläche „Programmieren“, um in den Programmiermodus zu gelangen. In diesem Mod funktioniert die Hand genau wie oben beschrieben, aber zusätzlich sind jede Funktion und der Zeitpunkt ihrer Aktion in der Skriptdatei festgelegt. Eine Skriptdatei kann bis zu 99 verschiedene Funktionen inklusive Pausen enthalten. Die Skriptdatei selbst kann 99 Mal abgespielt werden. Durch das Aufzeichnen verschiedener Skriptdateien können Sie mit einer computergesteuerten Abfolge automatisierter Aktionen experimentieren und die Hand „wiederbeleben“. Nachfolgend wird die Arbeit mit dem Programm unter Windows 95/98 näher beschrieben. Das Windows-Programm ist im Roboterarm-Schnittstellenkit enthalten oder kann kostenlos im Internet http://www.imagesco.com heruntergeladen werden.

Zusätzlich zu Windows-Programm Hand kann mit BASIC oder QBASIC gesteuert werden. Das DOS-Level-Programm ist auf den Disketten enthalten, die dem Schnittstellen-Kit beiliegen. Allerdings erlaubt das DOS-Programm nur die interaktive Steuerung über die Tastatur (siehe Ausdruck des BASIC-Programms auf einer der Disketten). Das DOS-Level-Programm erlaubt Ihnen nicht, Skriptdateien zu erstellen. Wenn Sie jedoch über BASIC-Programmiererfahrung verfügen, kann der Bewegungsablauf des Manipulatorarms auf die gleiche Weise programmiert werden wie die im Windows-Programm verwendete Skriptdatei. Der Bewegungsablauf kann wiederholt werden, wie es bei vielen „animierten“ Robotern der Fall ist.

Roboterarm

Der Manipulatorarm (siehe Abb. 15.1) verfügt über drei Bewegungsfreiheitsgrade. Das Ellenbogengelenk kann sich in einem Bogen von ca. 135° vertikal auf und ab bewegen. Das Schultergelenk bewegt den Griff in einem Bogen von etwa 120° hin und her. Der Arm kann auf der Basis im oder gegen den Uhrzeigersinn um einen Winkel von ca. 350° gedreht werden. Der Roboterarmgreifer kann Objekte mit einem Durchmesser von bis zu 5 cm aufnehmen und halten und sich am Handgelenk um etwa 340° drehen.

Reis. 15.1. Kinematisches Bewegungs- und Drehschema des Roboterarms

Der OWI Robotic Arm Trainer nutzte fünf Miniaturmotoren, um den Arm anzutreiben. Gleichstrom. Motoren ermöglichen eine Handsteuerung mit Kabeln. Diese „kabelgebundene“ Steuerung bedeutet, dass jede Funktion der Roboterbewegung (d. h. der Betrieb des entsprechenden Motors) über separate Kabel (Anlegen von Spannung) gesteuert wird. Jeder der fünf Gleichstrommotoren steuert seine eigene Armbewegung. Mit der kabelgebundenen Steuerung können Sie eine Handsteuereinheit erstellen, die direkt auf elektrische Signale reagiert. Dies vereinfacht das Layout der Roboterarmschnittstelle, die mit dem Druckeranschluss verbunden ist.

Der Arm besteht aus leichtem Kunststoff. Auch die meisten Teile, die die Hauptlast tragen, bestehen aus Kunststoff. Bei den im Armdesign verwendeten Gleichstrommotoren handelt es sich um Miniaturmotoren mit hoher Drehzahl und geringem Drehmoment. Um das Drehmoment zu erhöhen, ist jeder Motor mit einem Getriebe verbunden. Die Motoren sind zusammen mit den Getrieben innerhalb der Struktur des Manipulatorarms installiert. Obwohl das Getriebe das Drehmoment erhöht, kann der Roboterarm keine ausreichend schweren Gegenstände heben oder tragen. Das empfohlene maximal zulässige Hebegewicht beträgt 130 g.

Der Roboterarmsatz und seine Komponenten sind in den Abbildungen 15.2 und 15.3 dargestellt.

Reis. 15.2. Roboterarm-Bausatz

Reis. 15.3. Getriebe vor dem Zusammenbau

Prinzip der Motorsteuerung

Um zu verstehen, wie die Steuerung per Kabel funktioniert, schauen wir uns an, wie ein digitales Signal den Betrieb eines einzelnen Gleichstrommotors steuert. Zur Steuerung des Motors sind zwei komplementäre Transistoren erforderlich. Ein Transistor hat eine PNP-Leitfähigkeit, der andere eine NPN-Leitfähigkeit. Jeder Transistor fungiert wie ein elektronischer Schalter und steuert den Stromfluss durch den Gleichstrommotor. Die von jedem der Transistoren gesteuerten Stromflussrichtungen sind entgegengesetzt. Die Stromrichtung bestimmt die Drehrichtung des Motors, jeweils im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn. Auf Abb. Abbildung 15.4 zeigt eine Testschaltung, die Sie zusammenbauen können, bevor Sie eine Schnittstelle herstellen. Beachten Sie, dass der Motor ausgeschaltet ist, wenn beide Transistoren ausgeschaltet sind. Es sollte jeweils nur ein Transistor eingeschaltet sein. Sollten sich irgendwann versehentlich beide Transistoren einschalten, kommt es zu einem Kurzschluss. Jeder Motor wird von zwei Schnittstellentransistoren angetrieben, die auf ähnliche Weise funktionieren.

Reis. 15.4. Checker-Diagramm

PC-Schnittstellendesign

Das PC-Schnittstellendiagramm ist in Abb. dargestellt. 15.5. Der Satz PC-Schnittstellenteile umfasst eine Leiterplatte, deren Lage in Abb. dargestellt ist. 15.6.

Reis. 15.5. Schaltplan PC-Schnittstelle

Reis. 15.6. Layout der PC-Schnittstellenteile

Zunächst müssen Sie die Seite der Leiterplatte bestimmen. Auf der Montageseite sind weiße Linien gezeichnet, die Widerstände, Transistoren, Dioden, ICs und einen DB25-Stecker darstellen. Alle Teile werden von der Montageseite her in die Platine eingeschoben.

Allgemeiner Hinweis: Entfernen Sie nach dem Verlöten des Teils mit den Leiterplattenleitern zu lange Leitungen von der Druckseite. Es ist sehr praktisch, bei der Montage von Teilen eine bestimmte Reihenfolge einzuhalten. Montieren Sie zunächst die 100 kΩ-Widerstände (Farbringe: braun, schwarz, gelb, gold oder silber), die mit R1-R10 gekennzeichnet sind. Montieren Sie dann 5 Dioden D1-D5 und achten Sie darauf, dass der schwarze Streifen auf den Dioden am DB25-Stecker anliegt, wie durch die weißen Linien auf der Montageseite der Platine dargestellt. Montieren Sie dann die 15-kΩ-Widerstände (farblich gekennzeichnet in Braun, Grün, Orange, Gold oder Silber) mit der Bezeichnung R11 und R13. Löten Sie an Position R12 eine rote LED auf die Platine. Die Anode der LED entspricht dem Loch für R12, markiert mit einem +-Zeichen. Montieren Sie dann die 14- und 20-poligen Sockel unter den U1- und U2-ICs. Montieren und löten Sie den DB25-Winkelstecker. Versuchen Sie nicht, die Steckerstifte mit zu viel Kraft in die Platine zu drücken, hier ist nur Präzision gefragt. Bewegen Sie den Stecker bei Bedarf vorsichtig hin und her und achten Sie dabei darauf, die Stiftschenkel nicht zu verbiegen. Befestigen Sie den Schiebeschalter und den Spannungsregler Typ 7805. Schneiden Sie vier Drahtstücke auf die erforderliche Länge ab und löten Sie sie oben am Schalter an. Halten Sie die Verdrahtungsanordnung wie in der Abbildung gezeigt ein. Setzen Sie die Transistoren TIP 120 und TIP 125 ein und löten Sie sie ein. Zum Schluss löten Sie die 8-polige Buchse und das 75-mm-Anschlusskabel an. Der Sockel ist so montiert, dass die längsten Anschlüsse nach oben schauen. Stecken Sie zwei ICs – 74LS373 und 74LS164 – in ihre jeweiligen Sockel. Stellen Sie sicher, dass die Schlüsselposition des IC auf seiner Abdeckung mit der mit weißen Linien auf der Leiterplatte markierten Schlüsselposition übereinstimmt. Möglicherweise haben Sie bemerkt, dass auf der Platine noch Platz für zusätzliche Teile vorhanden ist. Dieser Speicherort ist für den Netzwerkadapter. Auf Abb. 15.7 zeigt ein Foto der fertigen Schnittstelle von der Montageseite.

Reis. 15.7. PC-Schnittstelle montiert. Blick von oben

So funktioniert die Schnittstelle

Der Manipulatorarm verfügt über fünf Gleichstrommotoren. Dementsprechend benötigen wir 10 Ein-/Ausgabebusse, um jeden Motor einschließlich der Drehrichtung zu steuern. Der parallele (Drucker-)Anschluss des IBM-PCs und kompatibler Maschinen enthält nur acht E/A-Busse. Um die Anzahl der Steuerbusse in der Roboterarmschnittstelle zu erhöhen, wird der IC 74LS164 verwendet, bei dem es sich um einen Seriell-Parallel-Wandler (SIPO) handelt. Durch die Verwendung von nur zwei parallelen Portbussen D0 und D1, die den seriellen Code an den IC senden, können wir acht zusätzliche I/O-Busse erhalten. Wie bereits erwähnt, können acht I/O-Busse erstellt werden, diese Schnittstelle verwendet jedoch fünf davon.

Wenn ein serieller Code in den 74LS164 IC eingegeben wird, erscheint der entsprechende parallele Code am Ausgang des IC. Wenn die Ausgänge des 74LS164 direkt mit den Eingängen der Steuertransistoren verbunden wären, würden einzelne Funktionen des Manipulatorarms im Takt des Sendens des seriellen Codes ein- und ausgeschaltet. Offensichtlich ist diese Situation inakzeptabel. Um dies zu vermeiden, wird ein zweiter IC 74LS373 in die Schnittstellenschaltung eingeführt – ein gesteuerter elektronischer Achtkanalschlüssel.

Der Achtkanal-Umschalter 74LS373 verfügt über acht Eingangs- und acht Ausgangsbusse. Die auf den Eingangsbussen anliegenden binären Informationen werden nur dann an die entsprechenden Ausgänge des IC übertragen, wenn das Freigabesignal am IC anliegt. Nachdem das Freigabesignal ausgeschaltet wurde, wird der aktuelle Zustand der Ausgangsbusse gespeichert (gemerkt). In diesem Zustand haben die Signale am Eingang des IC keinen Einfluss auf den Zustand der Ausgangsbusse.

Nachdem das serielle Informationspaket an den 74LS164 gesendet wurde, sendet der D2-Pin des Parallelports ein Aktivierungssignal an den 74LS373. Dadurch können Sie Informationen bereits im Parallelcode vom Eingang des IC 74LS174 an seine Ausgangsbusse übertragen. Der Zustand der Ausgangsbusse wird jeweils von den TIP 120-Transistoren gesteuert, die wiederum die Funktionen des Manipulatorarms steuern. Der Vorgang wird mit jedem neuen Befehl wiederholt, der an den Manipulatorarm gegeben wird. Die Parallelportbusse D3–D7 steuern die TIP 125-Transistoren direkt an.

Anschließen der Schnittstelle an den Manipulatorarm

Der Roboterarm wird von einer 6-V-Stromversorgung mit Strom versorgt, die aus vier D-Elementen besteht, die sich an der Basis der Struktur befinden. Die PC-Schnittstelle wird ebenfalls über diese 6-V-Versorgung mit Strom versorgt. Die Stromversorgung ist bipolar und liefert Spannungen von ±3 V. Die Stromversorgung der Schnittstelle erfolgt über einen achtpoligen Molex-Stecker, der an der Basis des Manipulators angebracht ist.

Verbinden Sie die Schnittstelle mit einem 75-mm-8-adrigen Molex-Kabel mit dem Manipulatorarm. Das Molex-Kabel wird an den Anschluss an der Unterseite des Manipulators angeschlossen (siehe Abbildung 15.8). Überprüfen Sie, ob der Stecker richtig und sicher eingesteckt ist. Zur Verbindung der Schnittstellenplatine mit dem Computer wird ein 180 cm langes DB25-Kabel verwendet, das im Kit enthalten ist. Ein Ende des Kabels wird an den Druckeranschluss angeschlossen. Das andere Ende wird an den DB25-Anschluss auf der Schnittstellenplatine angeschlossen.

Reis. 15.8. Anschließen der PC-Schnittstelle an den Roboterarm

In den meisten Fällen wird normalerweise ein Drucker an den Druckeranschluss angeschlossen. Um den Aufwand des ständigen Ein- und Aussteckens von Anschlüssen zu vermeiden, wenn Sie das Paddle verwenden möchten, ist es eine gute Idee, eine A/B-Druckerbus-Ein/Aus-Schalterbox (DB25) zu kaufen. Verbinden Sie den Manipulator-Schnittstellenstecker mit Eingang A und den Drucker mit Eingang B. Sie können nun den Computer über den Schalter entweder mit dem Drucker oder der Schnittstelle verbinden.

Installation des Programms unter Windows 95

Legen Sie eine 3,5-Zoll-Diskette mit der Bezeichnung „Disc 1“ in Ihr Diskettenlaufwerk ein und führen Sie das Setup-Programm (setup.exe) aus. Das Setup-Programm erstellt ein Verzeichnis mit dem Namen „Images“ auf Ihrer Festplatte und kopiert die erforderlichen Dateien in dieses Verzeichnis. Im Startmenü wird ein Bildersymbol angezeigt. Um das Programm zu starten, klicken Sie im Startmenü auf das Bildersymbol.

Arbeiten mit dem Programm unter Windows 95

Verbinden Sie die Schnittstelle über ein 180 cm langes DB 25-Kabel mit dem Druckeranschluss des Computers. Verbinden Sie die Schnittstelle mit der Basis des Manipulatorarms. Belassen Sie die Schnittstelle bis zu einer bestimmten Zeit im ausgeschalteten Zustand. Wenn die Schnittstelle zu diesem Zeitpunkt eingeschaltet ist, können die im Druckeranschluss gespeicherten Informationen Bewegungen des Manipulatorarms verursachen.

Starten Sie das Programm, indem Sie im Startmenü auf das Bildersymbol doppelklicken. Das Programmfenster ist in Abb. dargestellt. 15.9. Wenn das Programm läuft, sollte die rote LED auf der Schnittstellenplatine blinken. Notiz: Die Schnittstelle muss nicht eingeschaltet sein, damit die LED zu blinken beginnt. Die Blinkgeschwindigkeit der LED wird durch die Geschwindigkeit des Prozessors Ihres Computers bestimmt. Das Flackern der LED kann sehr schwach sein; Um dies zu bemerken, müssen Sie möglicherweise das Licht im Raum dimmen und Ihre Handflächen zusammenfalten, um die LED zu beobachten. Wenn die LED nicht blinkt, greift das Programm möglicherweise auf die falsche Portadresse (LPT-Port) zu. Um die Schnittstelle auf eine andere Anschlussadresse (LPT-Anschluss) umzustellen, gehen Sie zum Feld „Druckeranschlussoptionen“ in der oberen rechten Ecke des Bildschirms. Wählen Sie eine andere Option. Korrekte Installation Wenn Sie die Portadresse eingeben, blinkt die LED.

Reis. 15.9. Screenshot des PC-Schnittstellenprogramms unter Windows

Wenn die LED blinkt, klicken Sie auf das Puuse-Symbol und schalten Sie erst dann die Schnittstelle ein. Durch Klicken auf die entsprechende Funktionstaste wird die Reaktionsbewegung des Manipulatorarms ausgelöst. Durch erneutes Klicken wird die Bewegung gestoppt. Mit den Funktionstasten wird die Steuerung der Hand aufgerufen interaktive Modekontrolle.

Erstellen einer Skriptdatei

Skriptdateien dienen der Programmierung von Bewegungen und automatisierten Aktionsabläufen des Manipulatorarms. Die Skriptdatei enthält eine Liste temporärer Befehle, die die Bewegungen des Manipulatorarms steuern. Das Erstellen einer Skriptdatei ist sehr einfach. Um eine Datei zu erstellen, klicken Sie auf den Programm-Softkey. Mit diesem Vorgang können Sie in die Art und Weise einsteigen, wie Sie die Skriptdatei „programmieren“. Durch Drücken der Funktionstasten steuern wir die Bewegungen der Hand, wie wir es bereits getan haben, aber die Informationen der Befehle werden in der gelben Skripttabelle in der unteren linken Ecke des Bildschirms aufgezeichnet. In der linken Spalte wird die Schrittnummer, beginnend bei eins, angezeigt und bei jedem neuen Befehl um eins erhöht. In der mittleren Spalte wird die Art der Bewegung (Funktion) angezeigt. Wenn die Funktionstaste erneut angeklickt wird, stoppt die Bewegungsausführung und der Wert der Bewegungsausführungszeit vom Anfang bis zum Ende erscheint in der dritten Spalte. Die Ausführungszeit der Bewegung wird mit einer Genauigkeit von einer Viertelsekunde angezeigt. Auf die gleiche Weise kann der Benutzer bis zu 99 Bewegungen in die Skriptdatei programmieren, einschließlich zeitlicher Pausen. Anschließend kann die Skriptdatei gespeichert und später aus einem beliebigen Verzeichnis geladen werden. Die Ausführung von Skriptdateibefehlen kann bis zu 99 Mal wiederholt werden. Dazu müssen Sie die Anzahl der Wiederholungen im Fenster „Wiederholen“ eingeben und auf „Start“ klicken. Um das Schreiben in die Skriptdatei abzuschließen, drücken Sie die Interaktiv-Taste. Dieser Befehl versetzt den Computer wieder in den interaktiven Modus.

„Wiederbelebung“ von Objekten

Skriptdateien können zur Computerautomatisierung von Aktionen oder zur „Animation“ von Objekten verwendet werden. Bei der „Animation“ von Objekten ist das gesteuerte Roboter-Mechanik-„Skelett“ meist mit einer Außenhülle umhüllt und selbst nicht sichtbar. Erinnern Sie sich an die am Anfang des Kapitels beschriebene Handpuppe? Die äußere Hülle kann die Form einer Person (teilweise oder vollständig), eines Außerirdischen, eines Tieres, einer Pflanze, eines Steins und allem anderen annehmen.

Anwendungsgrenzen

Wenn Sie erreichen möchten professionelles Niveau Durch das Ausführen automatisierter Aktionen oder das „Animieren“ von Objekten sollte die Positionierungsgenauigkeit bei der Ausführung von Bewegungen zu jedem Zeitpunkt sozusagen 100 % erreichen, um die Marke aufrechtzuerhalten.

Möglicherweise stellen Sie jedoch fest, dass sich die Position des Manipulatorarms (Bewegungsmuster) bei der Wiederholung der in der Skriptdatei aufgezeichneten Aktionsfolge von der ursprünglichen unterscheidet. Dies geschieht aus mehreren Gründen. Wenn sich die Batterien der Armstromversorgung entladen, führt die Verringerung der den Gleichstrommotoren zugeführten Leistung zu einer Verringerung des Drehmoments und der Drehzahl der Motoren. Daher unterscheiden sich die Bewegungslänge des Manipulators und die Höhe der angehobenen Last im gleichen Zeitraum bei leeren und „frischen“ Batterien. Aber der Grund ist nicht nur dieser. Selbst bei einer stabilisierten Stromversorgung schwankt die Drehzahl der Motorwelle, da kein Motordrehzahlregler vorhanden ist. Für jede festgelegte Zeitspanne wird die Anzahl der Umdrehungen jedes Mal leicht unterschiedlich sein. Dies führt dazu, dass sich auch die Position des Manipulatorarms jedes Mal unterscheidet. Hinzu kommt ein gewisses Spiel in den Zahnrädern des Getriebes, das ebenfalls nicht berücksichtigt wird. Unter dem Einfluss all dieser Faktoren, die wir hier im Detail untersucht haben, wird sich die Position des Manipulatorarms bei der Ausführung eines Zyklus wiederholter Befehle einer Skriptdatei jedes Mal geringfügig unterscheiden.

Suche der Grundposition

Sie können die Funktion des Geräts verbessern, indem Sie ihm einen Schaltkreis hinzufügen Rückmeldung, das die Position des Manipulatorarms verfolgt. Diese Informationen können in einen Computer eingegeben werden, um die absolute Position des Manipulators zu bestimmen. Mit einem solchen Positionsrückmeldungssystem ist es möglich, die Position des Manipulatorarms zu Beginn der Ausführung jeder in der Skriptdatei aufgezeichneten Befehlsfolge auf denselben Punkt einzustellen.

Dafür gibt es viele Möglichkeiten. Bei einer der Hauptmethoden ist keine Positionskontrolle an jedem Punkt vorgesehen. Stattdessen wird eine Reihe von Endschaltern verwendet, die der ursprünglichen „Start“-Position entsprechen. Endschalter bestimmen genau nur eine Position – wenn der Manipulator die „Start“-Position erreicht. Dazu müssen Sie die Reihenfolge der Endschalter (Tasten) so einstellen, dass sie schließen, wenn der Manipulator die Extremposition in die eine oder andere Richtung erreicht. Beispielsweise kann ein Endschalter am Sockel des Manipulators installiert werden. Der Schalter sollte nur funktionieren, wenn der Arm bei Drehung im Uhrzeigersinn seine Endposition erreicht. An den Schulter- und Ellenbogengelenken müssen weitere Endschalter angebracht werden. Sie sollten aktiviert werden, wenn das entsprechende Gelenk vollständig gestreckt ist. An der Bürste ist ein weiterer Schalter angebracht, der aktiviert wird, wenn die Bürste ganz im Uhrzeigersinn gedreht wird. Der letzte Endschalter ist am Griff montiert und schließt bei vollständiger Öffnung. Um den Manipulator zurückzusetzen, wird jede mögliche Bewegung des Manipulators in die zum Schließen des entsprechenden Endschalters erforderliche Richtung ausgeführt, bis dieser Schalter schließt. Nachdem es erreicht wurde Startposition Bei jeder Bewegung „kennt“ der Computer die wahre Position des Manipulatorarms genau.

Nach Erreichen der Ausgangsposition können wir das in der Skriptdatei geschriebene Programm neu starten, basierend auf der Annahme, dass sich der Positionierungsfehler während der Ausführung jedes Zyklus langsam genug ansammelt, dass es nicht zu zu großen Abweichungen der Position des Manipulators von der gewünschten Position kommt. Nachdem die Skriptdatei ausgeführt wurde, wird der Zeiger in seine ursprüngliche Position gebracht und der Zyklus der Skriptdatei wird wiederholt.

In manchen Sequenzen reicht es nicht aus, nur die Ausgangsposition zu kennen, beispielsweise wenn man ein Ei anhebt, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Schale zerdrückt wird. In solchen Fällen ist ein komplexeres und präziseres Positionsrückmeldungssystem erforderlich. Die Signale der Sensoren können mit dem ADC verarbeitet werden. Aus den empfangenen Signalen können Werte von Parametern wie Position, Druck, Geschwindigkeit und Drehmoment ermittelt werden. Zur Veranschaulichung kann das folgende einfache Beispiel dienen. Stellen Sie sich vor, Sie hätten einen kleinen linearen variablen Widerstand an den Erfassungsknoten angeschlossen. Der variable Widerstand ist so eingestellt, dass die Hin- und Herbewegung seines Schiebers mit dem Öffnen und Schließen des Griffs verbunden ist. Je nach Grad der Grifföffnung ändert sich also der Widerstand. variabler Widerstand. Nach der Kalibrierung können Sie durch Messung des aktuellen Widerstands des variablen Widerstands den Öffnungswinkel der Greifklemmen genau einstellen.

Die Schaffung eines solchen Feedbacksystems führt zu einer weiteren Komplexitätsstufe des Geräts und führt dementsprechend zu einem Preisanstieg. Daher mehr einfache Möglichkeit ist die Einführung eines manuellen Steuerungssystems zur Anpassung der Position und Bewegungen des Manipulatorarms während der Ausführung eines Skriptprogramms.

Manuelles Schnittstellensteuerungssystem

Nachdem Sie die ordnungsgemäße Funktion der Schnittstelle überprüft haben, können Sie über den 8-poligen Flachstecker das Handsteuergerät daran anschließen. Überprüfen Sie die Anschlussposition des 8-poligen Molex-Steckers am Steckerkopf auf der Schnittstellenplatine, wie in Abb. gezeigt. 15.10. Stecken Sie den Stecker vorsichtig ein, bis er sicher angeschlossen ist. Danach kann der Manipulatorarm jederzeit über die Handsteuerung gesteuert werden. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Interface an einen Computer angeschlossen ist oder nicht.

Reis. 15.10. Anschluss der Handsteuerung

DOS-Tastatursteuerungsprogramm

Es gibt ein DOS-Programm, mit dem Sie den Betrieb des Manipulatorarms im interaktiven Modus über die Computertastatur steuern können. Die Liste der Tasten, die der Ausführung einer bestimmten Funktion entsprechen, ist in der Tabelle aufgeführt.

Bei der Sprachsteuerung des Manipulatorarms kommt ein Spracherkennungsset (SCR) zum Einsatz, das in Kap. 7. In diesem Kapitel erstellen wir eine Schnittstelle, die den URR mit dem Manipulatorarm verbindet. Diese Schnittstelle ist auch als Kit von Images SI, Inc. erhältlich.

Das Schnittstellendiagramm für den RRR ist in Abb. dargestellt. 15.11. Die Schnittstelle verwendet einen 16F84-Mikrocontroller. Das Programm für den Mikrocontroller sieht so aus:

„URR-Schnittstellenprogramm

Symbolport A = 5

Symbol TRISA = 133

Symbolport B = 6

Symbol TRISB = 134

Wenn Bit4 = 0, dann Trigger „Wenn das Schreiben zum Trigger aktiviert ist, Schema lesen.“

Gehe zu „Wiederholen“.

Pause 500 „0,5 Sekunden warten

Peek PortB, B0 „BCD-Code lesen.“

Wenn Bit5 = 1, dann senden Sie „Ausgabecode.“

Gehe zu „Wiederholen“.

peek PortA, b0 'Port A lesen

wenn Bit4 = 1, dann elf „Ist die Zahl 11?“

poke PortB, b0 ‚Ausgabecode

Gehe zu „Wiederholen“.

wenn bit0 = 0, dann zehn

Gehe zu „Wiederholen“.

Reis. 15.11. Schema des URR-Controllers für einen Roboterarm

Das Software-Update unter 16F84 kann kostenlos von http://www.imagesco.com heruntergeladen werden

URR-Schnittstellenprogrammierung

Die Programmierung der RRS-Schnittstelle ähnelt der Programmierung des RRS aus dem in Kap. 7. Für korrekte Bedienung Arm müssen Sie die Befehlswörter entsprechend den Zahlen programmieren, die der spezifischen Bewegung des Manipulators entsprechen. In der Tabelle. 15.1 zeigt Beispiele für Befehlswörter, die den Betrieb des Manipulatorarms steuern. Sie können Befehlswörter nach Ihren Wünschen auswählen.

Tabelle 15.1

Teileliste für PC-Schnittstelle

(5) NPN TIP120-Transistor

(5) Transistor PNP TIP 125

(1) Codekonverter IC 74164

(1) IC 74LS373 acht Schlüssel

(1) LED rot

(5) Diode 1N914

(1) 8-polige Molex-Anschlussbuchse

(1) Molex-Kabel 8-adrig, 75 mm lang

(1) DIP-Schalter

(1) DB25-Winkelstecker

(1) 1,8 m DB 25-Kabel mit zwei M-Steckern.

(1) Leiterplatte

(3) Widerstand 15 kΩ, 0,25 W

Alle aufgeführten Artikel sind im Kit enthalten.

Teileliste für die Spracherkennungsschnittstelle

(5) NPN TIP 120-Transistor

(5) Transistor PNP TIP 125

(1) IC 4011 NOR-Gatter

(1) IC 4049 – 6 Puffer

(1) Operationsverstärker IC 741

(1) Widerstand 5,6 kΩ, 0,25 W

(1) Widerstand 15 kΩ, 0,25 W

(1) 8-poliger Molex-Anschlusskopf

(1) Molex-Kabel 8 Adern, Länge 75 mm

(10) Widerstand 100 kΩ, 0,25 W

(1) Widerstand 4,7 kΩ, 0,25 W

(1) Spannungsregler-IC 7805

(1) IC PIC 16F84 Mikrocontroller

(1) 4,0 MHz Quarzkristall

Roboterarm-Schnittstellen-Kit

OWI-Manipulatorarm-Kit

Spracherkennungsschnittstelle für Manipulatorarm

Satz Spracherkennungsgeräte

Teile können bestellt werden bei:

Bilder, S.I., Inc.

Jetzt erinnern sich leider nur wenige Menschen daran, dass es 2005 Chemical Brothers gab und sie ein wunderbares Video hatten – Believe, where Roboterarm für den Helden des Videos durch die Stadt gejagt.

Dann hatte ich einen Traum. Damals nicht realisierbar, da ich von Elektronik nicht die geringste Ahnung hatte. Aber ich wollte glauben – glauben. 10 Jahre sind vergangen, und buchstäblich gestern habe ich es geschafft, zum ersten Mal meinen eigenen Roboterarm zusammenzubauen, ihn in Betrieb zu nehmen, ihn dann zu zerbrechen, zu reparieren und wieder in Betrieb zu nehmen und nebenbei Freunde zu finden und Selbstvertrauen zu gewinnen.

Achtung, Spoiler unterm Strich!

Alles begann mit (Hallo, Master Kit, und danke, dass ich auf Ihrem Blog schreiben durfte!), das fast sofort nach dem Artikel über Habré gefunden und ausgewählt wurde. Auf der Website heißt es, dass sogar ein 8-jähriges Kind einen Roboter zusammenbauen kann – warum bin ich schlechter? Ich versuche es einfach auf die gleiche Weise.

Zuerst gab es Paranoia

Da ich ein echter Paranoiker bin, werde ich sofort die Bedenken äußern, die ich ursprünglich bezüglich des Konstrukteurs hatte. In meiner Kindheit gab es zuerst solide sowjetische Designer, dann zerfiel chinesisches Spielzeug in meinen Händen ... und dann war meine Kindheit vorbei :(

Aus dem, was den Spielzeugen im Gedächtnis geblieben ist, lautete daher:

Wird Plastik in Ihren Händen brechen und zerbröckeln?
Passen die Teile gut zusammen?
Nicht alle Teile sind im Bausatz enthalten?
Wird die zusammengebaute Struktur zerbrechlich und kurzlebig sein?

Und schließlich die Lektion, die man von sowjetischen Designern gelernt hat:

Einige Teile müssen mit einer Feile nachbearbeitet werden
Und einige Teile werden einfach nicht im Set enthalten sein
Und ein anderer Teil wird zunächst nicht funktionieren, er muss geändert werden

Was soll ich jetzt sagen: Nicht umsonst an mein Lieblingsvideo Believe Protagonist sieht Angst, wo keine ist. Keine der Befürchtungen hat sich bewahrheitet: Es gab genau so viele Details wie nötig, sie passten meiner Meinung nach alle zusammen – im Idealfall, was mich im Laufe der Arbeit sehr aufgeheitert hat.

Die Details sind vom Designer nicht nur perfekt aufeinander abgestimmt, sondern im Moment auch so durchdacht Die Details sind kaum zu verwechseln. Stimmt, mit deutscher Pedanterie die Schöpfer Legen Sie genau so viel Schrauben wie nötig beiseite Daher ist es unerwünscht, beim Zusammenbau des Roboters Schrauben auf dem Boden zu verlieren oder zu verwechseln, welche Schrauben wohin gehören.

Technische Eigenschaften:

Länge: 228 mm
Höhe: 380 mm
Breite: 160 mm
Montagegewicht: 658 gr.

Ernährung: 4 D-Batterien
Gewicht des angehobenen Gegenstands: bis zu 100 gr
Hintergrundbeleuchtung: 1 LED
Steuerungstyp: verdrahtet Fernbedienung
Geschätzte Bauzeit: 6 Stunden
Bewegung: 5 Kollektormotoren
Schutz der Struktur während der Bewegung: Ratsche

Mobilität:
Greifmechanismus: 0-1,77""
Handgelenkbewegung: innerhalb von 120 Grad
Ellenbogenbewegung: innerhalb von 300 Grad
Schulterbewegung: innerhalb von 180 Grad
Rotation auf der Plattform: innerhalb von 270 Grad

Du wirst brauchen:

Spitzzange (ohne geht es nicht)
Seitenschneider (kann durch einen Papierschneider, eine Schere ersetzt werden)
Kreuzschlitzschraubendreher
4 D-Batterien

Wichtig! Über kleine Details

Apropos Schrauben. Wenn Sie darauf gestoßen sind ähnliches Problem, und Sie wissen, wie Sie die Montage noch komfortabler gestalten können – willkommen in den Kommentaren. Im Moment teile ich meine Erfahrungen.

Identisch in der Funktion, aber unterschiedlich in der Länge, Bolzen und Schrauben sind in der Anleitung ganz klar beschrieben, zum Beispiel sehen wir auf dem mittleren Foto unten die Bolzen P11 und P13. Oder vielleicht P14 – nun ja, das heißt, auch hier verwechsle ich sie wieder. =)

Man kann sie unterscheiden: In der Anleitung steht, welches wie viele Millimeter hat. Aber erstens sitzt man nicht mit einem Bremssattel da (vor allem, wenn man 8 Jahre alt ist und/oder einfach keinen hat), und zweitens kann man sie am Ende nur unterscheiden, wenn man sie nebeneinander stellt, was einem vielleicht nicht sofort in den Sinn kommt (ist mir gar nicht in den Sinn gekommen, hehe).

Daher warne ich Sie im Voraus, wenn Sie sich entscheiden, diesen oder einen ähnlichen Roboter selbst zusammenzubauen. Hier ist ein Hinweis für Sie:

oder schauen Sie sich die Befestigungselemente vorher an;
oder kaufen Sie sich weitere kleine Schrauben, selbstschneidende Schrauben und Bolzen, um nicht ins Schwitzen zu kommen.

Werfen Sie außerdem nichts weg, bis Sie mit dem Bau fertig sind. Auf dem unteren Foto in der Mitte, zwischen zwei Körperteilen des „Kopfes“ des Roboters, befindet sich ein kleiner Ring, der zusammen mit anderen „Abfällen“ fast in den Müll geflogen wäre. Und das ist übrigens ein Halter für LED-Taschenlampe im „Kopf“ des Erfassungsmechanismus.

Montageprozess

Dem Roboter liegt ohne Umschweife eine Anleitung bei – nur Bilder und klar katalogisierte und beschriftete Teile.

Die Teile lassen sich ganz bequem abbeißen und müssen nicht abgezogen werden, aber mir gefiel die Idee, jedes Teil mit einem Pappschneider und einer Schere zu bearbeiten, obwohl dies nicht notwendig ist.

Der Zusammenbau beginnt mit vier der fünf im Entwurf enthaltenen Motoren, deren Bau eine wahre Freude ist: Ich liebe Getriebemechanismen einfach.

Wir fanden die Motoren ordentlich verpackt und aneinander „geklebt“ – machen Sie sich bereit, die Frage des Kindes zu beantworten, warum Kollektormotoren magnetisiert sind (Sie können dies sofort in den Kommentaren tun! :)

Wichtig: 3 von 5 Motorgehäusen werden benötigt Schraubenmuttern an den Seiten- In Zukunft werden wir die Gehäuse beim Zusammenbau der Hand darauf legen. Seitenmuttern werden nicht nur im Motor benötigt, der zur Basis der Plattform führt. Um sich jedoch nicht daran zu erinnern, welches Gehäuse wohin gehört, ist es besser, die Muttern in jedem der vier gelben Gehäuse gleichzeitig zu ertränken. Nur für diesen Vorgang wird eine Zange benötigt, in Zukunft wird sie nicht mehr benötigt.

Nach ca. 30-40 Minuten war jeder der 4 Motoren mit einem eigenen Getriebe und Gehäuse ausgestattet. Alles wird nicht schwieriger sein als Kinder Surprise in der Kindheit, nur viel interessanter. Frage zur Beachtung des Fotos oben: Drei der vier Abtriebsräder sind schwarz, wo ist das weiße? Ein blau-schwarzes Kabel sollte aus seinem Gehäuse herauskommen. Es steht alles in der Anleitung, aber ich denke, es lohnt sich, noch einmal darauf zu achten.

Nachdem Sie alle Motoren bis auf den „Kopf“ in Ihren Händen haben, beginnen Sie mit dem Zusammenbau der Plattform, auf der unser Roboter stehen wird. Zu diesem Zeitpunkt wurde mir klar, dass ich mit Schrauben und Schrauben mehr Rücksicht nehmen musste: Wie Sie auf dem Foto oben sehen können, reichten mir zwei Schrauben zur Befestigung der Motoren aneinander aufgrund der seitlichen Muttern nicht aus – sie waren bereits irgendwo in den Tiefen der bereits montierten Plattform verschraubt. Ich musste improvisieren.

Wenn die Plattform und der Hauptteil des Arms zusammengebaut sind, werden Sie in der Anleitung aufgefordert, mit dem Zusammenbau des Greifmechanismus fortzufahren, der voller Kleinteile und beweglicher Teile ist – das Interessanteste!

Aber ich muss sagen, dass hier die Spoiler enden und das Video beginnt, da ich zu einem Treffen mit einem Freund musste und den Roboter, den ich nicht rechtzeitig fertigstellen konnte, mitnehmen musste.

Wie man mithilfe eines Roboters zur Seele des Unternehmens wird

Leicht! Als wir gemeinsam weiter zusammenbauten, war klar: Den Roboter alleine zusammenbauen – Sehr Hübsch. Die gemeinsame Gestaltung des Designs macht doppelt Spaß. Daher kann ich dieses Set mit Sicherheit allen empfehlen, die nicht für langweilige Gespräche in einem Café sitzen, sondern Freunde sehen und eine gute Zeit haben möchten. Darüber hinaus scheint mir die Teambildung mit einem solchen Set – zum Beispiel die Zusammenstellung von zwei Teams aus Gründen der Geschwindigkeit – praktisch eine Win-Win-Option zu sein.

Der Roboter erwachte in unseren Händen zum Leben, sobald wir den Zusammenbau abgeschlossen hatten. Leider kann ich Ihnen unsere Freude nicht in Worte fassen, aber ich denke, dass mich viele hier verstehen werden. Wenn die Struktur, die Sie selbst zusammengestellt haben, plötzlich ein erfülltes Leben zu führen beginnt, ist das ein Nervenkitzel!

Wir merkten, dass wir schrecklich hungrig waren und gingen essen. Es war nicht mehr weit, also trugen wir den Roboter in unseren Händen. Und dann wartete noch einer auf uns. eine angenehme Überraschung A: Robotik ist nicht nur spannend. Sie kommt noch näher. Sobald wir uns an den Tisch setzten, waren wir von Menschen umgeben, die den Roboter kennenlernen und selbst sammeln wollten. Am liebsten begrüßten die Jungs den Roboter „bei den Tentakeln“, weil er sich wirklich wie ein lebender Roboter verhält und vor allem eine Hand ist! In einem Wort, Die Grundprinzipien der Animatronik wurden von den Benutzern intuitiv beherrscht. So sah es aus:

Fehlerbehebung

Als ich nach Hause zurückkehrte, erlebte ich eine unangenehme Überraschung, und es ist gut, dass dies vor der Veröffentlichung dieser Rezension geschah, denn jetzt werden wir sofort die Fehlerbehebung besprechen.

Als wir uns entschieden, die Hand auf die maximale Amplitude zu bewegen, gelang es uns, einen charakteristischen Riss und einen Funktionsausfall des motorischen Mechanismus im Ellenbogen zu erreichen. Zuerst hat es mich verärgert: Na ja, ein neues Spielzeug, gerade zusammengebaut – und funktioniert nicht mehr.

Aber dann wurde mir klar: Wenn Sie es einfach selbst zusammengebaut hätten, was wäre dann los? =) Ich kenne die Zahnräder im Inneren des Gehäuses sehr gut, und um zu verstehen, ob der Motor selbst kaputt gegangen ist oder ob das Gehäuse einfach nicht gut befestigt war, können Sie es laden, ohne den Motor von der Platine zu entfernen, und sehen, ob das Klicken weiterhin besteht.

Hier fühlte ich mich hiermit Robotermeister!

Nach sorgfältiger Demontage des „Ellenbogengelenks“ konnte festgestellt werden, dass der Motor ohne Last reibungslos läuft. Das Gehäuse teilte sich, eine der Schrauben fiel heraus (weil der Motor sie magnetisierte), und wenn wir den Betrieb fortsetzten, würden die Zahnräder beschädigt – bei der Demontage wurde ein charakteristisches „Pulver“ aus abgenutztem Kunststoff darauf gefunden.

Sehr praktisch ist, dass der Roboter nicht komplett zerlegt werden musste. Und es ist in der Tat cool, dass die Panne auf eine nicht ganz genaue Montage an dieser Stelle zurückzuführen ist und nicht auf irgendwelche Fabrikschwierigkeiten: Sie wurden in meinem Set überhaupt nicht gefunden.

Beratung: Halten Sie beim ersten Mal nach der Montage einen Schraubenzieher und eine Zange bereit – sie können sich als nützlich erweisen.

Was kann mit diesem Set angesprochen werden?

Selbstvertrauen!

Ich habe nicht nur absolut gemeinsame Themen für die Kommunikation gefunden Fremde, aber ich habe es auch geschafft, das Spielzeug nicht nur selbst zusammenzubauen, sondern auch zu reparieren! Ich kann also sicher sein: Mit meinem Roboter wird immer alles in Ordnung sein. Und das ist ein sehr angenehmes Gefühl, wenn es um Lieblingssachen geht.

Wir leben in einer Welt, in der wir schrecklich abhängig sind von Lieferanten, Servicemitarbeitern und der Verfügbarkeit von Freizeit und Geld. Wenn Sie fast nichts tun können, müssen Sie für alles bezahlen und höchstwahrscheinlich zu viel bezahlen. Die Möglichkeit, das Spielzeug selbst zu reparieren, weil man weiß, wie jeder Knoten darin angeordnet ist, ist unbezahlbar. Lassen Sie das Kind so viel Selbstvertrauen haben.

Ergebnisse

Was uns gefallen hat:

Der gemäß den Anweisungen zusammengebaute Roboter erforderte kein Debuggen, er startete sofort
Details sind kaum zu verwechseln
Strenge Katalogisierung und Teileverfügbarkeit
Anweisungen nicht lesen (nur Bilder)
Fehlen erheblicher Rückschläge und Lücken in den Strukturen
Einfache Montage
Einfache Vorbeugung und Reparatur
Zu guter Letzt: Sie bauen Ihr Spielzeug selbst zusammen, philippinische Kinder arbeiten nicht für Sie

Was wird noch benötigt:

Noch Verbindungselemente, Aktie
Teile und Ersatzteile dazu, damit es bei Bedarf ausgetauscht werden kann
Mehr Roboter, anders und komplexer
Ideen, die verbessert/angehängt/entfernt werden können – kurz gesagt, das Spiel endet nicht mit der Montage! Ich möchte unbedingt, dass es weitergeht!

Urteil:

Der Zusammenbau eines Roboters aus diesem Konstrukteur ist nicht schwieriger als ein Puzzle oder eine Kinderüberraschung, nur das Ergebnis ist viel größer und hat bei uns und unseren Mitmenschen einen Sturm der Emotionen ausgelöst. Tolles Set, danke

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

Im Großen und Ganzen und im Allgemeinen

Die Erstellung dieses Gerätes als Ganzes sollte keine Schwierigkeiten bereiten. Es wird notwendig sein, qualitativ nur die Möglichkeiten zu überdenken, die aus physikalischer Sicht recht schwer umzusetzen sind, damit der Manipulatorarm die ihm zugewiesenen Aufgaben erfüllt.

Technische Eigenschaften des Ergebnisses

Berücksichtigt wird eine Probe mit den Parametern Länge/Höhe/Breite von 228/380/160 Millimetern. Das hergestellte Gewicht beträgt etwa 1 Kilogramm. Zur Steuerung dient eine Kabelfernbedienung. Die geschätzte Montagezeit beträgt mit Erfahrung ca. 6-8 Stunden. Wenn es nicht vorhanden ist, kann es Tage, Wochen und mit Duldung auch Monate dauern, bis der Manipulatorarm zusammengebaut ist. Mit eigenen Händen und allein in solchen Fällen lohnt es sich, es außer Ihrem eigenen Interesse zu tun. Zur Bewegung der Komponenten werden Kollektormotoren eingesetzt. Mit genügend Aufwand können Sie ein Gerät herstellen, das sich um 360 Grad drehen lässt. Um die Arbeit zu erleichtern, müssen Sie sich zusätzlich zu Standardwerkzeugen wie Lötkolben und Lötzinn mit Folgendem eindecken:

Spitzzange.
Seitenschneider.
Kreuzschraubendreher.
4 D-Batterien.

Fernbedienung Fernbedienung kann über Tasten und einen Mikrocontroller implementiert werden. Wenn Sie eine drahtlose Fernsteuerung durchführen möchten, benötigen Sie ein Aktionssteuerelement im Manipulatorarm. Als Ergänzung werden nur Geräte (Kondensatoren, Widerstände, Transistoren) benötigt, die den Stromkreis stabilisieren und zum richtigen Zeitpunkt einen Strom der erforderlichen Stärke durch ihn leiten.

Kleine Teile

Um die Anzahl der Umdrehungen zu regulieren, können Sie die Übergangsräder verwenden. Sie sorgen für eine reibungslose Bewegung des Manipulatorarms.

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

Montage allgemein

Nun gehen wir direkt zur Erstellung des Manipulatorarms über. Wir beginnen mit dem Fundament. Es ist darauf zu achten, dass das Gerät in alle Richtungen drehbar ist. gute Entscheidung Es wird auf einer Plattenplattform platziert, die von einem einzelnen 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, sich in eine bestimmte Richtung zu drehen. Wenn einer arbeitet, ruht der andere.
Einbau eines Motors mit einem Schaltkreis, der 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 kippbar sein, was mit Hilfe von Motoren an seiner Basis gelöst wird. Ein weiterer oder ein Paar sollte an der Ellenbogenbeuge platziert werden, damit das Greifteil entlang der horizontalen und vertikalen Linien des Koordinatensystems bewegt werden kann. Wenn Sie außerdem maximale Möglichkeiten erhalten möchten, können Sie einen weiteren Motor am Handgelenk installieren. Darüber hinaus das Nötigste, ohne das der Manipulatorarm nicht vorstellbar ist. Mit Ihren eigenen Händen müssen Sie das Aufnahmegerät selbst herstellen. Hier gibt es viele Umsetzungsmöglichkeiten. Zu den beiden beliebtesten könnt ihr einen Tipp geben:

Video: Wie man einen Manipulator baut

Es werden nur zwei Finger verwendet, die das zu erfassende Objekt gleichzeitig zusammendrücken und wieder lösen. Es handelt sich um die einfachste Implementierung, die jedoch meist nicht mit einer nennenswerten Nutzlast aufwarten kann.
Es entsteht ein Prototyp einer menschlichen Hand. Hierbei kann ein Motor für alle Finger verwendet werden, mit dessen Hilfe das Biegen/Entbiegen durchgeführt wird. Sie können das Design jedoch komplizierter gestalten. Sie können also an jeden Finger eine Engine anschließen und diese separat steuern.

Als nächstes muss noch eine Fernbedienung hergestellt werden, mit deren Hilfe einzelne Motoren und das Tempo ihrer Arbeit beeinflusst werden. Und Sie können mit einem selbstgebauten Roboterarm experimentieren.

Mögliche schematische Darstellungen des Ergebnisses

Der Manipulatorarm zum Selbermachen bietet zahlreiche 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.

Video: Do-it-yourself-Manipulator.mpg

Jedes vorgestellte Schema des Manipulators kann verbessert werden.

Abschluss

Das Wichtigste in der Robotik ist, dass der funktionalen Verbesserung praktisch keine Grenzen gesetzt sind. Daher ist es nicht schwer, ein echtes Kunstwerk zu schaffen. Wenn man über mögliche Wege zur weiteren Verbesserung spricht, ist der Kran-Manipulator zu erwähnen. Es wird nicht schwierig sein, ein solches Gerät mit eigenen Händen herzustellen, gleichzeitig können Sie damit Kinder an kreatives Arbeiten, Wissenschaft und Design gewöhnen. Und dies wiederum kann sich positiv auf ihr zukünftiges Leben auswirken. Wird es schwierig sein, einen Manipulatorkran mit eigenen Händen zu bauen? Das ist nicht so problematisch, wie es auf den ersten Blick erscheinen mag. Lohnt es sich, auf das Vorhandensein zusätzlicher kleiner Details wie eines Kabels und von Rädern zu achten, auf denen es sich dreht?

Achtung, nur HEUTE!

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

Im Großen und Ganzen und im Allgemeinen

Technische Eigenschaften des Ergebnisses

Berücksichtigt wird eine Probe mit den Parametern Länge/Höhe/Breite von 228/380/160 Millimetern. Das hergestellte Gewicht beträgt etwa 1 Kilogramm. Zur Steuerung dient eine Kabelfernbedienung. Geschätzte Montagezeit mit Erfahrung: ca. 6–8 Stunden. Wenn es nicht vorhanden ist, kann es Tage, Wochen und mit Duldung auch Monate dauern, bis der Manipulatorarm zusammengebaut ist. Mit eigenen Händen und allein in solchen Fällen lohnt es sich, es außer Ihrem eigenen Interesse zu tun. Zur Bewegung der Komponenten werden Kollektormotoren eingesetzt. Mit genügend Aufwand können Sie ein Gerät herstellen, das sich um 360 Grad drehen lässt. Um die Arbeit zu erleichtern, müssen Sie sich zusätzlich zu Standardwerkzeugen wie Lötkolben und Lötzinn mit Folgendem eindecken:

Spitzzange.
Seitenschneider.
Kreuzschraubendreher.
4 D-Batterien.

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

Kleine Teile

Um die Anzahl der Umdrehungen zu regulieren, können Sie die Übergangsräder verwenden. Sie sorgen für eine reibungslose Bewegung des Manipulatorarms.

Montage allgemein

Nun gehen wir direkt zur Erstellung des Manipulatorarms über. Wir beginnen mit dem Fundament. Es ist darauf zu achten, dass das Gerät in alle Richtungen drehbar ist. Eine gute Lösung wäre die Platzierung auf einer Plattenplattform, 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, sich in eine bestimmte Richtung zu drehen. Wenn einer arbeitet, ruht der andere.
Einbau eines Motors mit einem Schaltkreis, der ihn in beide Richtungen drehen lässt.

Es werden nur zwei Finger verwendet, die das zu erfassende Objekt gleichzeitig zusammendrücken und wieder lösen. Es handelt sich um die einfachste Implementierung, die jedoch meist nicht mit einer nennenswerten Nutzlast aufwarten kann.
Es entsteht ein Prototyp einer menschlichen Hand. Hierbei kann ein Motor für alle Finger verwendet werden, mit dessen Hilfe das Biegen/Entbiegen durchgeführt wird. Sie können das Design jedoch komplizierter gestalten. Sie können also 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.

Abschluss

Guten Tag, Gehirn! Das Zeitalter der Technologie hat uns viele interessante Geräte beschert, die verbessert werden können und sollten. mit seinen eigenen Händen, zum Beispiel wie hier Brainguideüber die drahtlose Steuerung eines Roboterarms.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, einen industriellen Roboterarm zu steuern, aber diese hier Brain-Master-Klasse unterschiedlich in ihrer Herangehensweise. Sein Wesen besteht darin, drahtlos zu machen hausgemacht Manipulieren eines Roboterarms mit Gesten mithilfe eines Handschuhs und eines Controllers. Klingt ambitioniert und einfach, aber was ist das eigentlich?
In der Praxis Handwerk sieht so aus:

Der Handschuh ist mit Sensoren zur Steuerung der LED und 5 Motoren ausgestattet
Der Sender auf dem Arduino empfängt die Sensorsignale und sendet sie dann in Form von Steuerbefehlen per drahtloser Kommunikation an den Empfänger der Roboterarmsteuerung
Controller-basierter Empfänger Arduino Uno empfängt Befehle und steuert den Roboterarm entsprechend

Besonderheiten:

Unterstützung für alle 5 Freiheitsgrade (DOF) und Hintergrundbeleuchtung
das Vorhandensein eines roten Notfallknopfes, der bei Bedarf alle Motoren des Roboterarms abschaltet, um Ausfälle und Schäden zu vermeiden
tragbares modulares Design

Schritt 1: Komponenten

Für Handschuh:

Schritt 2: Vormontage

Vor der Hauptmontage Gehirnhandwerk Ich empfehle dringend, einen Prototyp mit einem Steckbrett zu bauen, um die Funktionalität jeder Komponente zu testen hausgemacht.

Das Projekt selbst enthält zwei schwierige Momente: Der erste besteht darin, zwei nRF24-Empfänger-Sender übereinander aufzustellen, um eine reibungslose Interaktion zu gewährleisten. Es stellt sich heraus, dass weder Nano noch Uno stabile 3,3 V für den korrekten Betrieb der Module liefern. Dies wird durch das Hinzufügen von 47-mF-Kondensatoren an den Stromanschlüssen beider nRF24-Module gelöst. Grundsätzlich ist es wünschenswert, sich vor der Verwendung von nRF24-Modulen mit deren Funktionsweise im IRQ- und Nicht-IRQ-Modus und anderen Nuancen vertraut zu machen. Und die folgenden Ressourcen werden dabei helfen. nRF24. und nRF24 lib

Und zweitens füllen sich die Uno-Kontakte ziemlich schnell, aber das ist nicht überraschend, da Sie 5 Motoren, Hintergrundbeleuchtung, zwei Tasten und ein Kommunikationsmodul steuern müssen. Daher musste ein Schieberegister verwendet werden. Aufgrund der Tatsache, dass nRF24-Module die SPI-Schnittstelle verwenden, habe ich mich entschieden, anstelle der Funktion „shiftout()“ auch SPI zum Programmieren des Schieberegisters zu verwenden. Und überraschenderweise funktionierte die Codeskizze beim ersten Mal. Sie können dies anhand der Pinbelegung und der Zeichnungen überprüfen.

Lassen Sie es gehen Brotbrett und Pullover gehören dir Geistesfreunde 🙂

Schritt 3: Handschuhe

Der OWI Robo-Arm verfügt über 6 Kontrollpunkte:

Beleuchtungs-LED am Griff
ergreifen
Handgelenk
Der Ellenbogen ist der Teil des Manipulators, der mit dem Handgelenk verbunden ist
Schulter – Teil des Manipulators, der an der Basis befestigt ist
Die Basis

Handschuh- Handwerk steuert alle diese 6 Elemente, also die Hintergrundbeleuchtung und die Bewegungen des Manipulators mit 5 Freiheitsgraden. Dazu wird am Handschuh ein Sensor angebracht, wie im Foto angedeutet, mit dessen Hilfe die Steuerung erfolgt:

Der Griff wird über Tasten am Mittelfinger und kleinen Finger gesteuert, d. h. wenn Zeigefinger und Mittelfinger zusammengeführt werden, schließt sich der Griff, und wenn Kleinfinger und Ringfinger zusammengeführt werden, öffnet er sich.
Das Handgelenk wird über einen flexiblen Sensor gesteuert Zeigefinger Bei halber Beugung des Fingers wird das Handgelenk abgesenkt und bei voller Beugung des Fingers angehoben.
Der Ellenbogen wird durch einen Beschleunigungsmesser gesteuert. Wenn Sie die Handfläche nach oben oder unten neigen, hebt bzw. senkt sich der Ellenbogen.
Auch die Schulter wird durch den Beschleunigungsmesser gesteuert – eine Drehung der Handfläche nach rechts oder links bewirkt, dass sich die Schulter nach oben bzw. unten bewegt.
Die Basis wird auch durch einen Beschleunigungsmesser gesteuert. Wenn Sie die gesamte Handfläche (mit der Vorderseite nach oben) nach rechts oder links neigen, dreht sich die Basis nach rechts bzw. links.
Die Hintergrundbeleuchtung wird durch gleichzeitiges Drücken beider Tasten, die die Aufnahme steuern, ein-/ausgeschaltet.
Gleichzeitig werden die Tasten aktiviert, wenn sie 1/4 Sekunde lang gedrückt gehalten werden, um eine Reaktion bei versehentlicher Berührung zu vermeiden.

Während der Komponentenplatzierung hausgemacht Sie müssen den Handschuh mit einem Faden und einer Nadel bearbeiten, nämlich zwei Knöpfe, einen flexiblen Widerstand, ein Modul mit einem Gyroskop und einem Beschleunigungsmesser sowie die Drähte annähen, die von allen oben genannten zum Stecker führen Gehirn-Anschluss.

Auf der Platine sind zwei LEDs mit Steckverbinder montiert: grün – Betriebsanzeige und gelb – Anzeige der Datenübertragung zur Manipulatorsteuerung.

Schritt 4: Senderblock

Der Senderblock besteht aus einem Arduino Nano, einem nRF24-Funkmodul, einem Stecker für ein Flachbandkabel und drei Widerständen: zwei 10-kΩ-Abschlusswiderständen für die Griffsteuerungstasten am Handschuh und einem 20-kΩ-Spannungsteiler für den flexiblen Sensor, der für die Handgelenksteuerung verantwortlich ist.

Alle elektronischen Komponenten sind auf der Platine verlötet. Beachten Sie, wie das nRF24-Modul über dem Nano hängt. Ich dachte, was ist Gehirnposition wird Störungen verursachen, aber nein, alles funktioniert einwandfrei.

Die 9-V-Batterie macht das Armband sperrig, aber ich wollte mich vielleicht später nicht mit der Lithium-Batterie herumschlagen.

Aufmerksamkeit!! Lesen Sie vor dem Löten die Pinbelegung!

Schritt 5: Manipulator-Controller

Die Basis des Roboterarm-Controllers ist der Arduino Uno, der über die drahtlosen nRF24-Kommunikationsmodule Signale vom Handschuh empfängt und auf dieser Grundlage den OWI-Manipulator mithilfe von 3 L293D-Mikroschaltungen steuert.

Da waren also fast alle Uno-Kontakte beteiligt Leitung, Ich gehe zu ihnen, passte kaum in das Controller-Gehäuse!

Dem Konzept entsprechend Gehirnhandwerk, zu Beginn ist der Controller im ausgeschalteten Zustand (als ob der rote Notfallknopf gedrückt würde), dies ermöglicht es, einen Handschuh anzuziehen und sich auf die Steuerung vorzubereiten. Wenn der Bediener bereit ist, wird die grüne Taste gedrückt und die Kommunikation zwischen dem Handschuh und der Manipulatorsteuerung hergestellt (die gelbe LED am Handschuh und die rote LED an der Steuerung beginnen zu leuchten).

OWI-Verbindung

Roboterarm und Steuerung sind über ein 14-adriges Flachbandkabel verbunden, siehe Abbildung.

Die LEDs sind über einen 220-Ohm-Widerstand mit Masse (-) und dem Arduino-Pin a0 verlötet.
Alle Drähte von den Motoren sind mit dem L293D-Chip an den Pins 3/6 oder 11/14 (+/-) verbunden. Jeder L293D unterstützt zwei Motoren, daher zwei Pinpaare.
Die OWI-Stromkabel befinden sich an den Rändern des 7-poligen Steckers (linkes Ende +6V und rechtes Ende GND) auf der hinteren gelben Abdeckung, siehe Foto. Dieses Paar ist mit Pin 8 (+) und den Pins 4,5,12,13 (GND) auf allen drei L293D-Chips verbunden.

Aufmerksamkeit!! Schauen Sie sich im nächsten Schritt unbedingt die Pinbelegung an!

Schritt 6: Pinbelegung (Pinbelegung)

5 V – 5 V für die Beschleunigungsmesserplatine, Tasten und flexiblen Sensor
a0 – flexibler Sensoreingang
a1 - gelbe LED
a4 - SDA zum Beschleunigungsmesser
a5 - SCL zum Beschleunigungsmesser
d02 - Unterbrechungskontakt des nRF24L01-Moduls (Pin 8)
d03 - Eingabe der Taste zum Öffnen des Griffs
d04 – Eingabe der Komprimierungstaste erfassen
d09 – SPI CSN zum NRF24L01-Modul (Pin 4)
d10 – SPI CS zu NRF24L01 Modul (Pin 3)
d11 – SPI MOSI zu NRF24L01 Modul (Pin 6)

d13 – SPI SCK zum NRF24L01-Modul (Pin 5)
Vin - „+ 9V“
GND – Masse, Masse

3,3 V - 3,3 V für NRF24L01-Modul (Pin 2)
5V - 5V an Tasten
Vin - „+ 9V“
GND – Masse, Masse
a0 - „+“ LED am Handgelenk
a1 – SPI-SS-Pin für die Registerverschiebungsauswahl – zu Pin 12 am Schieberegister
a2 - Eingabe über die rote Taste
a3 - Eingabe der grünen Taste
a4 - Bewegung der Basis nach rechts - Pin 15 auf L293D
a5 - LED
d02 - IRQ-Eingang des nRF24L01-Moduls (Pin 8)
d03 – Basismotor einschalten – Pin 1 oder 9 am L293D
d04 - Basisbewegung nach links - Pin 10 am entsprechenden L293D
d05 – Aktivierung des Armmotors – Pin 1 oder 9 an L293D
d06 – Ellenbogenmotor-Aktivierung – Pin 1 oder 9 auf L293D
D07 – SPI CSN zum NRF24L01-Modul (Pin 4)
d08 – SPI CS-zu-NRF24L01-Modul (Pin 3)
d09 – Handgelenkmotor aktivieren – Pin 1 oder 9 auf L293D
d10 – Schalten Sie den Erfassungsmotor ein – Pin 1 oder 9 am L293D
d11 – SPI MOSI zum NRF24L01-Modul (Pin 6) und Pin 14 am Schieberegister
d12 – SPI MISO zu NRF24L01 Modul (Pin 7)
d13 – SPI SCK zum NRF24L01-Modul (Pin 5) und Pin 11 am Schieberegister

Schritt 7: Kommunikation

Handschuh hausgemacht sendet 10 Mal pro Sekunde oder wenn ein Signal von einem der Sensoren empfangen wird, 2 Byte Daten an die Manipulatorsteuerung. Diese 2 Bytes reichen für 6 Kontrollpunkte, da Sie nur Folgendes senden müssen:

Hintergrundbeleuchtung aktivieren/deaktivieren (1 Bit) – ich verwende tatsächlich 2 Bits in Verbindung mit den Motoren, aber eines reicht aus.
Ausschalten/Rechts/Links für alle 5 Motoren – jeweils 2 Bits, also insgesamt 10 Bits

Es stellt sich heraus, dass 11 oder 12 Bit ausreichen.

Richtungscodes:
Aus: 00
Rechts: 01
Links: 10

Bitweise sieht das Steuersignal so aus:

Byte 1 kann bequem direkt zum Schieberegister geleitet werden, da es die rechte/linke Seite der Motoren 1 bis 4 steuert.

Eine Verzögerung von 2 Sekunden deaktiviert die Kommunikation und die Motoren stoppen dann, als ob der rote Knopf gedrückt würde.

Schritt 8: Code

Der Handschuhcode enthält Abschnitte aus den folgenden Bibliotheken:

Der Kommunikationsstruktur wurden zwei weitere Bytes hinzugefügt, um die angeforderte Geschwindigkeit der Handgelenk-, Ellenbogen-, Schulter- und Basismotoren zu senden. Dabei handelt es sich um einen 5-Bit-Wert (0..31), der proportional zur Winkelposition des Handschuhs ist. Die Manipulatorsteuerung verteilt den empfangenen Wert (0..31) jeweils auf die PWM-Werte Gehirnmotorik. Dies ermöglicht eine konsistente Kontrolle der Geschwindigkeit des Bedieners und eine präzisere Manipulation des Roboterarms.

Neue Reihe von Gesten Kunsthandwerk:

Hintergrundbeleuchtung: Taste am Mittelfinger – Einschalten, am kleinen Finger – Ausschalten.
Ein flexibler Sensor steuert den Griff – halb gebeugter Finger – Öffnen, ganz gebeugter Finger – Schließen.
Das Handgelenk wird durch die Abweichung der Handfläche relativ zur Horizontalen nach oben und unten entsprechend der Bewegung gesteuert. Je größer die Abweichung, desto höher die Geschwindigkeit.
Der Ellenbogen wird durch die Abweichung der Handfläche relativ zur Horizontalen nach rechts bzw. links gesteuert. Je größer die Abweichung, desto größer die Geschwindigkeit.
Die Schulter wird durch Drehen der Handfläche nach rechts und links relativ zur ausgestreckten Handfläche nach oben gesteuert. Durch die Drehung der Handfläche relativ zur Ellenbogenachse bewegt sich der Roboterarm.
Die Basis wird auf die gleiche Weise wie die Schulter kontrolliert, jedoch mit der Handfläche nach unten.

Schritt 9: Was kann noch verbessert werden?

Wie viele ähnliche Systeme auch dieses Gehirntrick kann umprogrammiert werden, um Ihre zu erhöhen Funktionalität. Darüber hinaus das Design hausgemacht erweitert das Spektrum an Steuerungsmöglichkeiten, die mit einem Standard-Bedienpanel nicht verfügbar sind:

Steigende Geschwindigkeitserhöhung: Jede Motorbewegung beginnt mit der minimalen Geschwindigkeit, die sich dann jede Sekunde schrittweise erhöht, bis das erforderliche Maximum erreicht ist. Dies ermöglicht eine präzisere Steuerung jedes Motors, insbesondere der Griff- und Handgelenkmotoren.
Schnellere Verzögerung: Wenn der Motor einen Stoppbefehl von der Steuerung erhält, ändert er seine Position noch etwa 50 ms lang, so dass eine „Unterbrechung“ der Bewegung eine präzisere Steuerung ermöglicht.
Und was noch?

Vielleicht können in Zukunft komplexere Gesten zur Steuerung genutzt werden, oder sogar mehrere Gesten gleichzeitig.

Aber das liegt in der Zukunft, und nun viel Glück bei Ihrer Arbeit und ich hoffe auch bei meiner Brainguide es war hilfreich für dich!