Индустриален робот манипулатор: Мога всичко и мога всичко. Робот манипулатор механична ръка Arduino системи за управление на манипулатори
Връзка:
Ако сте сглобили частите на манипулатора в съответствие с инструкциите, можете да започнете монтажа електронна схема. Предлагаме да свържете сервосистемите на манипулатора към Arduino UNO чрез Trerma-Power Shield и да контролирате сервосистемите с помощта на потенциометри Trema.
- Завъртането на копчето на първия потенциометър Trema ще завърти основата.
- Завъртането на копчето на втория потенциометър Trema ще завърти лявото рамо.
- Завъртането на третото копче на потенциометъра Trema ще завърти дясното рамо.
- Завъртането на четвъртото копче на потенциометъра Trema ще премести ръкохватката.
Програмният код (скицата) осигурява защита на сервомеханизмите, която се състои в това, че диапазонът на тяхното въртене е ограничен от интервала (два ъгъла) на свободна игра. Минималните и максималните ъгли на въртене са посочени като последните два аргумента на функцията map() за всяко серво. И стойността на тези ъгли се определя по време на процеса на калибриране, който трябва да се извърши преди започване на работа с манипулатора.
Програмен код:
Ако подадете захранване преди калибриране, манипулаторът може да започне да се движи неправилно! Първо изпълнете всички стъпки за калибриране.
#включи
Калибриране:
Преди да започнете работа с манипулатора е необходимо да го калибрирате!
- Калибрирането се състои в определяне на крайните стойности на ъгъла на въртене за всяко серво, така че частите да не пречат на техните движения.
- Изключете всички сервосистеми от Trema-Power Shield, качете скицата и свържете захранването.
- Отворете монитора на серийния порт.
- Мониторът ще покаже ъглите на въртене на всяко серво (в градуси).
- Свържете първото серво (което контролира въртенето на основата) към щифт D10.
- Завъртането на копчето на първия потенциометър Trema (щифт A2) ще завърти първото серво (щифт D10) и мониторът ще промени текущия ъгъл на това серво (стойност: A1 = ...). Крайните позиции на първото серво ще бъдат в диапазона от 10 до 170 градуса (както е написано в първия ред на кода на цикъла). Този диапазон може да бъде променен чрез замяна на стойностите на последните два аргумента на функцията map() в първия ред на кода на цикъла с нови. Например, замяната на 170 със 180 ще увеличи крайната позиция на сервото в дадена посока. И като замените 10 с 20, ще намалите другата крайна позиция на същото серво.
- Ако сте заменили стойностите, трябва да качите отново скицата. Сега сервото ще се върти в новите граници, посочени от вас.
- Свържете второто серво (което контролира въртенето на лявото рамо) към щифт D9.
- Завъртането на копчето на втория потенциометър Trema (щифт A3) ще завърти второто серво (щифт D9) и мониторът ще промени текущия ъгъл на това серво (стойност: A2 = ...). Крайните позиции на второто серво ще бъдат в диапазона от 80 до 170 градуса (както е написано във втория ред на скицата на цикъла). Този диапазон се променя по същия начин, както при първото серво.
- Ако сте заменили стойностите, трябва да качите отново скицата.
- Свържете третото серво (което контролира въртенето на дясното рамо) към щифт D8. и го калибрирайте по същия начин.
- Свържете четвъртото серво (контролиращо захващащото устройство) към щифт D7. и го калибрирайте по същия начин.
Достатъчно е да извършите калибриране веднъж, след сглобяване на манипулатора. Промените, които правите (стойности на граничните ъгли) ще бъдат запазени във файла със скицата.
Този проект е модулна задача на много нива. Първият етап от проекта е сглобяването на модула на роботизираната ръка, доставен като комплект части. Вторият етап от задачата ще бъде сглобяването на интерфейса на IBM PC, също от комплект части. И накрая, третият етап от задачата е създаването на модул за гласово управление.
Ръката на робота може да се управлява ръчно с помощта на ръчния контролен панел, включен в комплекта. Ръката на робота също може да се управлява чрез IBM PC интерфейс, сглобен в комплект, или с помощта на модул за гласово управление. Интерфейсният комплект IBM PC ви позволява да контролирате и програмирате действията на робота чрез работен компютър IBM PC. Устройството за гласово управление ще ви позволи да контролирате ръката на робота с помощта на гласови команди.
Всички тези модули заедно образуват функционално устройство, което ще ви позволи да експериментирате и програмирате автоматизирани последователности от действия или дори да оживите напълно управлявана от кабелна роботизирана ръка.
Компютърният интерфейс ще ви позволи, като използвате персонален компютър, да програмирате ръката на манипулатора за верига от автоматизирани действия или да я „съживите“. Има и опция, при която можете да контролирате ръката интерактивно, като използвате ръчен контролер или програма за Windows 95/98. „Анимацията“ на ръката е „развлекателната“ част от веригата от програмирани автоматизирани действия. Например, ако поставите детска кукла в ръкавица върху роботизирана ръка и програмирате устройството да изпълни малко шоу, вие ще програмирате електронната кукла да оживее. Програмиране на автоматизирани действия широко приложениев индустрията и развлеченията.
Най-широко използваният робот в индустрията е роботизираната ръка. Ръката на робота е изключително гъвкав инструмент, дори само защото крайният сегмент на манипулатора на ръката може да бъде подходящият инструмент, необходим за конкретна задача или производство. Например може да се използва шарнирен позиционер за заваряване точково заваряване, дюзата за пръскане може да се използва за боядисване на различни части и възли, а захватът може да се използва за захващане и позициониране на предмети, само за да назовем няколко.
И така, както виждаме, роботизираната ръка изпълнява много полезни функции и може да служи като идеален инструмент за изучаване на различни процеси. Създаването на роботизирана ръка от нулата обаче е трудна задача. Много по-лесно е да сглобите ръка от части от готов комплект. OWI продава достатъчно добри комплектиманипулаторни ръце, които могат да бъдат закупени от много дистрибутори електронни устройства(Вижте списъка с части в края на тази глава). С помощта на интерфейса можете да свържете сглобената роботизирана ръка към порта за принтер на вашия работещ компютър. Като работен компютър можете да използвате серия IBM PC или съвместима машина, която поддържа DOS или Windows 95/98.
Веднъж свързана към порта за принтер на компютъра, роботизираната ръка може да се управлява интерактивно или програмно от компютъра. Ръчното управление в интерактивен режим е много просто. За да направите това, просто щракнете върху един от функционалните клавиши, за да изпратите на робота команда за извършване на определено движение. Второто натискане на клавиш спира командата.
Програмирането на верига от автоматизирани действия също не е трудно. Първо щракнете върху клавиша Program, за да влезете в режим на програмиране. В този мод ръката функционира точно по същия начин, както е описано по-горе, но освен това всяка функция и нейната продължителност се записват в скриптов файл. Файлът със скрипт може да съдържа до 99 различни функции, включително паузи. Самият скриптов файл може да бъде възпроизведен 99 пъти. Записването на различни скриптови файлове ви позволява да експериментирате с компютърно контролирана последователност от автоматизирани действия и да „съживите“ ръката. Работата с програмата под Windows 95/98 е описана по-подробно по-долу. Програмата за Windows е включена в интерфейсния комплект на роботизираната ръка или може да бъде изтеглена безплатно от интернет на http://www.imagesco.com.
В допълнение към Windows програмаръката може да се управлява с BASIC или QBASIC. Програмата на ниво DOS се съдържа на дискети, включени в интерфейсния комплект. Програмата DOS обаче позволява управление само в интерактивен режим с помощта на клавиатурата (вижте разпечатката на програмата BASIC на една от дискетите). Програмата на ниво DOS не ви позволява да създавате скриптови файлове. Въпреки това, ако имате опит в програмирането на BASIC, тогава последователността от движения на ръката на манипулатора може да бъде програмирана подобно на работата на скрипт файл, използван в програма под Windows. Последователността на движенията може да се повтаря, както се прави в много "оживени" роботи.
Роботизирана ръка
Рамото на манипулатора (виж фиг. 15.1) има три степени на свобода на движение. Лакътната става може да се движи вертикално нагоре и надолу в дъга от приблизително 135°. Раменната „става“ движи хвата напред и назад в приблизително 120° дъга. Рамото може да се върти по посока на часовниковата стрелка или обратно на часовниковата стрелка върху основата си под ъгъл от приблизително 350°. Ръкохватът на робота може да хваща и задържа предмети с диаметър до 5 см и да се върти около ставата на китката на приблизително 340°.
Ориз. 15.1. Кинематична диаграма на движенията и въртенията на роботизираната ръка
OWI Robotic Arm Trainer използва пет миниатюрни мотора, за да движи ръката. постоянен ток. Моторите осигуряват управление на ръката с помощта на проводници. Това „кабелно“ управление означава, че всяка функция на движението на робота (т.е. работата на съответния двигател) се управлява от отделни проводници (захранване с напрежение). Всеки от петте DC мотора контролира различно движение на ръката. Управлението чрез кабел ви позволява да направите ръчен контролер, който директно реагира на електрически сигнали. Това опростява дизайна на интерфейса на ръката на робота, който се свързва към порта на принтера.
Ръката е изработена от лека пластмаса. Повечето части, които поемат основното натоварване, също са направени от пластмаса. Двигателите с постоянен ток, използвани в дизайна на рамото, са миниатюрни, високоскоростни двигатели с нисък въртящ момент. За да се увеличи въртящият момент, всеки двигател е свързан към скоростна кутия. Двигателите заедно с редукторите са монтирани в структурата на рамото на манипулатора. Въпреки че скоростната кутия увеличава въртящия момент, ръката на робота не може да повдига или носи достатъчно тежки предмети. Препоръчителната максимална тежест на повдигане е 130 g.
Комплектът за изработка на ръка на робот и неговите компоненти са показани на фигури 15.2 и 15.3.
Ориз. 15.2. Комплект за изработка на роботизирана ръка
Ориз. 15.3. Скоростна кутия преди монтаж
Принцип на управление на двигателя
За да разберем как работи управлението чрез проводник, нека да разгледаме как цифровият сигнал контролира работата на един DC мотор. За управление на двигателя са необходими два допълващи се транзистора. Единият транзистор има проводимост тип PNP, другият има проводимост тип NPN. Всеки транзистор действа като електронен ключ, контролиращ движението на тока, протичащ през DC двигателя. Посоките на тока, управляван от всеки от транзисторите, са противоположни. Посоката на тока определя посоката на въртене на двигателя, съответно по посока на часовниковата стрелка или обратно на часовниковата стрелка. На фиг. Фигура 15.4 показва тестова верига, която можете да сглобите, преди да направите интерфейса. Имайте предвид, че когато и двата транзистора са изключени, моторът е изключен. Само един транзистор трябва да бъде включен по всяко време. Ако в даден момент и двата транзистора случайно се включат, това ще доведе до късо съединение. Всеки двигател се управлява от два интерфейсни транзистора, работещи по подобен начин.
Ориз. 15.4. Проверете схемата на устройството
Дизайн на компютърен интерфейс
Диаграмата на компютърния интерфейс е показана на фиг. 15.5. Комплектът части за компютърен интерфейс включва печатна платка, местоположението на частите върху която е показано на фиг. 15.6.
Ориз. 15.5. Схематична диаграма PC интерфейс
Ориз. 15.6. Оформление на частите на компютърния интерфейс
На първо място, трябва да определите страната на монтаж на печатната платка. От страната на монтажа има бели линии, начертани за обозначаване на резистори, транзистори, диоди, интегрални схеми и конектор DB25. Всички части се вкарват в платката от страната на монтажа.
Общи съвети: след запояване на частта към проводниците на печатната платка е необходимо да се премахнат прекалено дългите проводници от страната на печат. Много е удобно да следвате определена последователност при инсталиране на части. Първо инсталирайте резисторите от 100 kOhm (пръстени с цветен код: кафяв, черен, жълт, златен или сребрист), които са обозначени с R1-R10. След това монтирайте 5-те диода D1-D5, като се уверите, че черната ивица на диодите е срещу конектора DB25, както е показано от белите линии, маркирани от монтажната страна на печатната платка. След това инсталирайте 15k ома резистори (цветно кодирани кафяво, зелено, оранжево, златно или сребристо), обозначени с R11 и R13. В позиция R12 запоете червен светодиод към платката. Светодиодният анод съответства на отвора под R12, означен със знака +. След това монтирайте 14- и 20-пиновите гнезда под IC U1 и U2. Монтирайте и запоете DB25 ъглов конектор. Не се опитвайте да пъхнете насила щифтовете на конектора в платката; това изисква изключителна прецизност. Ако е необходимо, леко разклатете конектора, като внимавате да не огънете крачетата на щифта. Прикрепете плъзгащия се превключвател и регулатора на напрежението 7805. Отрежете четири парчета тел с необходимата дължина и запоете към горната част на превключвателя. Следвайте разположението на кабела, както е показано на снимката. Поставете и запоете транзисторите TIP 120 и TIP 125. Накрая запойте осем-пиновия конектор на основата и 75-милиметровия свързващ кабел. Основата е монтирана така, че най-дългите кабели да са обърнати нагоре. Поставете две ИС - 74LS373 и 74LS164 - в съответните гнезда. Уверете се, че позицията на IC ключа върху капака на IC съвпада с ключа, маркиран с бели линии на PCB. Може би сте забелязали, че на платката има място за допълнителни части. Това място е за мрежовия адаптер. На фиг. Фигура 15.7 показва снимка на готовия интерфейс от страна на инсталацията.
Ориз. 15.7. Сглобяване на компютърен интерфейс. Поглед отгоре
Как работи интерфейсът
Роботизираната ръка има пет постояннотокови двигателя. Съответно ще ни трябват 10 входно/изходни шини за управление на всеки двигател, включително посоката на въртене. Паралелният (принтер) порт на IBM PC и съвместимите машини съдържа само осем I/O шини. За да увеличи броя на управляващите шини, интерфейсът на ръката на робота използва 74LS164 IC, който е сериен към паралелен (SIPO) преобразувател. Използвайки само две шини за паралелен порт, D0 и D1, които изпращат сериен код към IC, можем да получим осем допълнителни I/O шини. Както споменахме, могат да бъдат създадени осем I/O шини, но този интерфейс използва пет от тях.
Когато в IC 74LS164 се въведе сериен код, съответният паралелен код се появява на изхода на IC. Ако изходите на 74LS164 IC бяха директно свързани към входовете на управляващите транзистори, тогава отделните функции на рамото на манипулатора биха се включвали и изключвали навреме с изпращането на серийния код. Очевидно тази ситуация е недопустима. За да се избегне това, в интерфейсната верига беше въведен втори IC 74LS373 - управляван осемканален електронен ключ.
Осемканален превключвател IC 74LS373 има осем входни и осем изходни шини. Двоичната информация, присъстваща на входните шини, се предава към съответните изходи на IC само ако сигналът за разрешаване е приложен към IC. След изключване на сигнала за активиране Сегашно състояниеизходните шини се запазват (запомнят). В това състояние сигналите на входа на ИС не оказват влияние върху състоянието на изходните шини.
След предаване на сериен пакет информация към IC 74LS164, сигнал за разрешаване се изпраща към IC 74LS373 от щифт D2 на паралелния порт. Това ви позволява да прехвърляте информация вече в паралелен код от входа на IC 74LS174 към неговите изходни шини. Състоянието на изходните шини се контролира съответно от транзисторите TIP 120, които от своя страна контролират функциите на рамото на манипулатора. Процесът се повтаря всеки път нов отборвърху ръката на манипулатора. Шините на паралелен порт D3-D7 управляват директно TIP 125 транзистори.
Свързване на интерфейса към рамото на манипулатора
Роботизираната ръка се захранва от 6V захранване, състоящо се от четири D-клетки, разположени в основата на конструкцията. PC интерфейсът също се захранва от този източник на 6 V. Захранването е биполярно и произвежда ±3 V. Захранването се подава към интерфейса чрез осем-пинов Molex конектор, прикрепен към основата на греблото.
Свържете интерфейса към рамото с помощта на 75 mm осемжилен кабел Molex. Кабелът Molex се свързва към конектора, разположен в основата на греблото (вижте Фигура 15.8). Проверете дали конекторът е поставен правилно и здраво. За да свържете интерфейсната платка към компютъра, използвайте кабел DB25 с дължина 180 см, включен в комплекта. Единият край на кабела се свързва към порта на принтера. Другият край се свързва към конектора DB25 на интерфейсната платка.
Ориз. 15.8. Свързване на компютърния интерфейс към роботизираната ръка
В повечето случаи принтерът обикновено е свързан към порта за принтер. За да избегнете неприятностите от включването и изключването на конектори всеки път, когато искате да използвате показалеца, полезно е да закупите двупозиционен блок за превключване на A/B шина за принтер (DB25). Свържете съединителя на интерфейса на показалеца към вход A и принтера към вход B. Вече можете да използвате превключвателя, за да свържете компютъра или към принтера, или към интерфейса.
Инсталиране на програмата под Windows 95
Поставете 3,5" дискета с надпис "Disc 1" във флопи устройството и стартирайте програмата за настройка (setup.exe). Програмата за настройка ще създаде директория с име "Images" на вашия твърд диск и ще копира необходимите файлове в тази директория. В Старт В менюто ще се появи иконата Изображения. За да стартирате програмата, щракнете върху иконата Изображения в менюто Старт.
Работа с програмата под Windows 95
Свържете интерфейса към порта за принтер на компютъра с помощта на кабел DB 25 с дължина 180 см. Свържете интерфейса към основата на роботизираната ръка. Дръжте интерфейса изключен до определено време. Ако включите интерфейса в този момент, информацията, съхранена в порта на принтера, може да предизвика движения на ръката на манипулатора.
Щракнете двукратно върху иконата Images в стартовото меню, за да стартирате програмата. Прозорецът на програмата е показан на фиг. 15.9. Когато програмата работи, червеният светодиод на интерфейсната платка трябва да мига. Забележка:Не е необходимо интерфейсът да се включва, за да започне да мига светодиодът. Скоростта, с която светодиодът мига, се определя от скоростта на процесора на вашия компютър. Трептенето на светодиода може да изглежда много слабо; За да забележите това, може да се наложи да намалите светлината в стаята и да стиснете ръцете си, за да видите светодиода. Ако светодиодът не мига, тогава програмата може да има достъп до грешен адрес на порт (LPT порт). За да превключите интерфейса към друг адрес на порт (LPT порт), отидете в полето Printer Port Options, разположено в горния десен ъгъл на екрана. Изберете друга опция. Правилна инсталацияадрес на порт ще накара светодиода да мига.
Ориз. 15.9. Екранна снимка на програмата за компютърен интерфейс за Windows
Когато светодиодът мига, щракнете върху иконата Puuse и едва след това включете интерфейса. Щракването върху съответния функционален клавиш ще предизвика отговорно движение на ръката на манипулатора. Щракването отново ще спре движението. Използване на функционални клавиши за управление на ръката ви се нарича интерактивен режим на управление.
Създаване на скрипт файл
Скрипт файловете се използват за програмиране на движения и автоматизирани последователности от действия на ръката на манипулатора. Файлът на скрипта съдържа списък с временни команди, които контролират движенията на ръката на манипулатора. Създаването на файл със скрипт е много лесно. За да създадете файл, щракнете върху софтуерния бутон на програмата. Тази операция ще ви позволи да влезете в модата на „програмиране“ на скрипт файл. Чрез натискане на функционалните клавиши ще контролираме движенията на ръката, както вече направихме, но в същото време информацията за командата ще се записва в жълтата таблица със скриптове, разположена в долния ляв ъгъл на екрана. Номерът на стъпката, започващ от единица, ще бъде посочен в лявата колона, като за всяка нова команда ще се увеличава с единица. Типът движение (функция) е посочен в средната колона. След повторно натискане на функционалния клавиш изпълнението на движението спира, а в третата колона се появява стойността на времето на изпълнение на движението от началото до края му. Времето за изпълнение на движението се посочва с точност до четвърт секунда. Продължавайки по този начин, потребителят може да програмира до 99 движения във файла на скрипта, включително времеви паузи. След това файлът със скрипта може да бъде запазен и по-късно зареден от всяка директория. Изпълнението на командите на скриптовия файл може да се повтаря циклично до 99 пъти, за което трябва да въведете броя на повторенията в прозореца Повторение и да щракнете върху Старт. За да завършите писането в скриптовия файл, натиснете интерактивния клавиш. Тази команда ще върне компютъра обратно в интерактивен режим.
"Ревитализация" на обекти
Скрипт файловете могат да се използват за автоматизиране на компютърни действия или за оживяване на обекти. В случай на „анимация“ на обекти, управляваният роботизиран механичен „скелет“ обикновено е покрит с външна обвивка и самият той не се вижда. Помните ли куклата с ръкавици, описана в началото на главата? Външната обвивка може да бъде под формата на човек (частично или изцяло), извънземно, животно, растение, камък или нещо друго.
Ограничения на приложението
Ако искате да постигнете професионално нивоизвършване на автоматизирани действия или „съживяване“ на обекти, тогава, така да се каже, за поддържане на марката, точността на позициониране при извършване на движения във всеки момент от времето трябва да се доближава до 100%.
Въпреки това може да забележите, че докато повтаряте последователността от действия, записани във файла на скрипта, позицията на ръката на манипулатора (модел на движение) ще се различава от първоначалната. Това се случва по няколко причини. Тъй като захранващите батерии на ръката се изтощават, намаляването на мощността, подадена към DC двигателите, води до намаляване на въртящия момент и скоростта на въртене на двигателите. По този начин дължината на движение на манипулатора и височината на повдигнатия товар за един и същи период от време ще се различават за мъртви и „свежи“ батерии. Но това не е единствената причина. Дори при стабилизиран източник на захранване, скоростта на вала на двигателя ще варира, тъй като няма регулатор на скоростта на двигателя. За всеки фиксиран период от време броят на оборотите ще бъде малко по-различен всеки път. Това ще доведе до факта, че позицията на манипулиращата ръка ще бъде различна всеки път. Като капак на всичко има известен луфт в предавките на скоростната кутия, който също не е отчетен. Поради всички тези фактори, които обсъдихме подробно тук, когато изпълнявате цикъл от повтарящи се команди на скриптов файл, позицията на ръката на манипулатора ще бъде малко по-различна всеки път.
Намиране на началната позиция
Можете да подобрите работата на устройството, като добавите верига към него обратна връзка, който проследява позицията на манипулиращата ръка. Тази информация може да бъде въведена в компютър, което позволява да се определи абсолютната позиция на манипулатора. С такава система за позиционна обратна връзка е възможно да се зададе позицията на ръката на манипулатора в една и съща точка в началото на изпълнението на всяка последователност от команди, записани в скриптовия файл.
Има много възможности за това. Един от основните методи не осигурява позиционен контрол във всяка точка. Вместо това се използва набор от крайни превключватели, които съответстват на първоначалната "стартова" позиция. Крайните превключватели определят точно само една позиция - когато манипулаторът достигне "стартова" позиция. За да направите това, е необходимо да настроите последователност от крайни изключватели (бутони), така че да се затварят, когато манипулаторът достигне крайно положение в една или друга посока. Например, един краен изключвател може да бъде монтиран на основата на манипулатора. Превключвателят трябва да работи само когато рамото на манипулатора достигне крайно положение при въртене по посока на часовниковата стрелка. Други крайни изключватели трябва да се монтират на раменните и лакътните стави. Те трябва да се задействат, когато съответната става е напълно разтегната. Друг превключвател е монтиран на ръката и се активира, когато ръката се завърти докрай по посока на часовниковата стрелка. Последният краен изключвател е монтиран на грайфера и се затваря, когато е напълно отворен. За връщане на манипулатора в първоначалното му положение всяко възможно движение на манипулатора се извършва в посоката, необходима за затваряне на съответния краен превключвател, докато този превключвател се затвори. След като бъде достигната началната позиция за всяко движение, компютърът точно ще „познае“ истинската позиция на роботизираната ръка.
След достигане на първоначалната позиция можем да стартираме отново програмата, записана в скриптовия файл, въз основа на предположението, че грешката при позициониране по време на всеки цикъл ще се натрупва достатъчно бавно, за да не доведе до твърде големи отклонения на позицията на манипулатора от желаният. След изпълнение на скриптовия файл ръката се поставя в първоначалната си позиция и цикълът на скриптовия файл се повтаря.
В някои поредици познаването само на началната позиция не е достатъчно, например при повдигане на яйце без риск от смачкване на черупката му. В такива случаи по-сложен и прецизна системапозиционна обратна връзка. Сигналите от сензорите могат да се обработват с помощта на ADC. Получените сигнали могат да се използват за определяне на стойности за параметри като позиция, налягане, скорост и въртящ момент. Следният прост пример може да се използва, за да илюстрира това. Представете си, че сте прикрепили малък линеен променлив резистор към модула за захващане. Променливият резистор е монтиран по такъв начин, че движението на неговия плъзгач напред и назад е свързано с отварянето и затварянето на захващащото устройство. По този начин, в зависимост от степента на отваряне на грайфера, съпротивлението на променливия резистор се променя. След калибриране, чрез измерване на текущото съпротивление на променливия резистор, можете точно да определите ъгъла на отваряне на скобите за захващане.
Създаването на такава система за обратна връзка въвежда друго ниво на сложност в устройството и съответно води до неговото оскъпяване. Следователно повече прост варианте въвеждането на система за ръчно управление за регулиране на позицията и движенията на ръката на манипулатора по време на изпълнение на скриптова програма.
Ръчна система за управление на интерфейса
След като се уверите, че интерфейсът работи правилно, можете да използвате 8-пиновия плосък конектор, за да свържете ръчния контролен блок към него. Проверете позицията на свързване на 8-пиновия конектор Molex към главата на конектора на интерфейсната платка, както е показано на фиг. 15.10. Внимателно поставете конектора, докато бъде здраво свързан. След това ръката на манипулатора може да се управлява от ръчното дистанционно управление по всяко време. Няма значение дали интерфейсът е свързан към компютър или не.
Ориз. 15.10. Връзка за ръчно управление
DOS програма за управление на клавиатурата
Има DOS програма, която ви позволява да контролирате работата на манипулаторното рамо от клавиатурата на компютъра в интерактивен режим. Списъкът с клавиши, съответстващи на изпълнението на определена функция, е даден в таблицата.
При гласов контрол на ръката на манипулатора се използва комплект за разпознаване на реч (SRR), който беше описан в глава. 7. В тази глава ще направим интерфейс, който свързва URR с рамото на манипулатора. Този интерфейс също се предлага като комплект от Images SI, Inc.
Диаграмата на интерфейса за URR е показана на фиг. 15.11. Интерфейсът използва микроконтролер 16F84. Програмата за микроконтролера изглежда така:
„URR интерфейсна програма
Символ PortA = 5
Символ TRISA = 133
Символ PortB = 6
Символ TRISB = 134
Ако bit4 = 0, тогава задействайте „Ако е разрешено писане в тригера, прочетете схемата
Отидете до „Повторение“.
пауза 500 ‘Изчакайте 0,5 сек
Peek PortB, B0 „Прочетете BCD код
Ако bit5 = 1, изпратете „Изходен код
отидете на старт „Повторете
peek PortA, b0 „Четене на порт A
ако бит4 = 1, тогава единадесет „Числото 11 ли е?
poke PortB, b0 „Изходен код
отидете на старт „Повторете
ако bit0 = 0, тогава десет
отидете на старт „Повторете
отидете на старт „Повторете
Ориз. 15.11. Схема на URR контролера за роботизираната ръка
Актуализацията на програмата за 16F84 може да бъде изтеглена безплатно от http://www.imagesco.com
Програмиране на URR интерфейса
Програмирането на URR интерфейса е подобно на процедурата за програмиране на URR от комплекта, описан в Глава. 7. За правилна работаръката на манипулатора, трябва да програмирате командни думи според числата, съответстващи на конкретно движение на манипулатора. В табл 15.1 показва примери на командни думи, които управляват работата на манипулаторното рамо. Можете да изберете командни думи според вашия вкус.
Таблица 15.1
Списък на частите на компютърния интерфейс
(5) NPN транзистор TIP120
(5) транзистор PNP TIP 125
(1) IC 74164 конвертор на кодове
(1) IC 74LS373 осем ключа
(1) LED червен
(5) Диод 1N914
(1) 8-пинов Molex женски
(1) Кабел Molex 8-жилен с дължина 75 мм
(1) DIP превключвател
(1) DB25 ъглов конектор
(1) Кабел DB 25 1,8 m с два M-тип конектора.
(3) Резистор 15 kOhm, 0,25 W
Всички изброени части са включени в комплекта.
Списък на частите на говорния интерфейс
(5) Транзистор NPN TIP 120
(5) транзистор PNP TIP 125
(1) IC 4011 NOR врата
(1) IC 4049 – 6 буфера
(1) Операционен усилвател IC 741
(1) Резистор 5,6 kOhm, 0,25 W
(1) Резистор 15 kOhm, 0,25 W
(1) Molex 8 пинов конектор
(1) Molex кабел 8 жила, дължина 75 мм
(10) Резистор 100 kOhm, 0,25 W
(1) Резистор 4,7 kOhm, 0,25 W
(1) IC регулатор на напрежение 7805
(1) PIC 16F84 микроконтролер IC
(1) 4,0 MHz кристал
Интерфейсен комплект за рамото на манипулатора
Комплект за изработка на рамо манипулатор от OWI
Интерфейс за разпознаване на реч за роботизирана ръка
Комплект устройство за разпознаване на реч
Можете да поръчате части от:
Images, SI, Inc.
Създаваме роботизиран манипулатор с помощта на далекомер и внедряваме подсветка.
Ще изрежем основата от акрил. Като двигатели използваме серво задвижвания.
Общо описание на проекта за роботизиран манипулатор
Проектът използва 6 серво мотора. За механичната част е използван акрил с дебелина 2 мм. Основата от диско топка беше полезна като статив (единият двигател е монтиран вътре). Използват се също ултразвуков сензор за разстояние и 10 мм светодиод.
За управление на робота се използва захранваща платка Arduino. Самият източник на захранване е компютърното захранване.
Проектът предоставя изчерпателни обяснения за разработването на роботизирана ръка. Отделно се разглеждат въпросите за захранването на разработения дизайн.
Основни компоненти за проекта на манипулатора
Да започнем разработката. Ще имаш нужда:
- 6 сервомотора (използвах 2 модела mg946, 2 mg995, 2 futuba s3003 (mg995/mg946 имат по-добри характеристики от futuba s3003, но последните са много по-евтини);
- акрил с дебелина 2 милиметра (и малко парче с дебелина 4 мм);
- ултразвуков сензор за разстояние hc-sr04;
- Светодиоди 10 мм (цвят - по Ваша преценка);
- статив (използван като основа);
- алуминиева дръжка (струва около 10-15 долара).
За шофиране:
- Платка Arduino Uno (използвана в проекта домашна дъска, което е напълно подобно на Arduino);
- захранваща платка (ще трябва да я направите сами, ще се върнем към този въпрос по-късно, изисква специално внимание);
- захранване (в в такъв случайизползва се компютърно захранване);
- компютър за програмиране на вашия манипулатор (ако използвате Arduino за програмиране, тогава Arduino IDE)
Разбира се, ще ви трябват кабели и някои основни инструменти като отвертки и други подобни. Сега можем да преминем към дизайна.
Механичен монтаж
Преди да започна да разработвам механичната част на манипулатора, заслужава да се отбележи, че нямам чертежи. Всички възли бяха направени "на коляното". Но принципът е много прост. Имате две акрилни връзки, между които трябва да инсталирате серво мотори. И другите два линка. Също така за монтаж на двигатели. Е, самият грайфер. Най-лесният начин да закупите такъв захват е в интернет. Почти всичко е монтирано с винтове.
Дължината на първата част е около 19 см; вторият - около 17,5; Дължината на предната връзка е около 5,5 см. Останалите размери изберете според размерите на вашия проект. По принцип размерите на останалите възли не са толкова важни.
Механичното рамо трябва да осигурява ъгъл на въртене от 180 градуса в основата. Така че трябва да инсталираме серво мотор отдолу. В този случай той е инсталиран в същата диско топка. Във вашия случай това може да е всяка подходяща кутия. Роботът е монтиран на този серво мотор. Можете, както е показано на фигурата, да инсталирате допълнителен метален фланец пръстен. Можете и без него.
За монтаж ултразвуков сензор, използва се акрил с дебелина 2 мм. Можете да инсталирате светодиод точно отдолу.
Трудно е да се обясни подробно как точно се конструира такъв манипулатор. Много зависи от компонентите и частите, които имате на склад или закупите. Например, ако размерите на вашите сервомеханизми са различни, връзките на акрилната арматура също ще се променят. Ако размерите се променят, калибрирането на манипулатора също ще бъде различно.
Определено ще трябва да удължите кабелите на сервомотора след завършване на разработката на механичната част на манипулатора. За тези цели този проект използва кабели от интернет кабел. За да изглежда всичко това, не бъдете мързеливи и инсталирайте адаптери на свободните краища на удължените кабели - женски или мъжки, в зависимост от изходите на вашата Arduino платка, щит или източник на захранване.
След като сглобим механичната част, можем да преминем към „мозъците“ на нашия манипулатор.
Манипулаторна хватка
За да инсталирате дръжката, ще ви трябва серво мотор и няколко винта.
И така, какво точно трябва да се направи.
Вземете кобилицата от сервото и я скъсете, докато пасне на хватката ви. След това затегнете двата малки винта.
След като монтирате сервото, завъртете го в крайно ляво положение и стиснете челюстите на захвата.
Сега можете да инсталирате сервото с 4 болта. В същото време се уверете, че двигателят е все още в крайно ляво положение и челюстите на захващащото устройство са затворени.
Можете да свържете серво задвижването към платката Arduino и да проверите функционалността на грайфера.
Моля, имайте предвид, че могат да възникнат проблеми с работата на хващача, ако болтовете/винтовете са прекалено затегнати.
Добавяне на осветление към показалеца
Можете да озарите проекта си, като добавите осветление към него. За това бяха използвани светодиоди. Прави се лесно и изглежда много ефектно на тъмно.
Местата за инсталиране на светодиоди зависят от вашата креативност и въображение.
Електрическа схема
Можете да използвате потенциометър от 100 kOhm вместо резистор R1, за да регулирате ръчно яркостта. Като съпротивление R2 са използвани резистори 118 Ohm.
Списък на основните компоненти, които са използвани:
- R1 - резистор 100 kOhm
- R2 - резистор 118 ома
- Транзистор bc547
- Фоторезистор
- 7 светодиода
- Превключване
- Връзка към Arduino платка
Като микроконтролер е използвана платка Arduino. За захранване е използвано захранване от персонален компютър. Като свържете мултиметъра към червения и черния кабел, ще видите 5 волта (които се използват за серво моторите и ултразвуковия сензор за разстояние). Жълто и черно ще ви дадат 12 волта (за Arduino). Правим 5 конектора за сервомоторите, паралелно свързваме положителните към 5 V, а отрицателните към земята. Същото и със сензора за разстояние.
След това свържете останалите конектори (по един от всяко серво и два от далекомера) към платката, която запоихме, и Arduino. В същото време не забравяйте да посочите правилно щифтовете, които сте използвали в програмата в бъдеще.
Освен това на захранващата платка беше инсталиран светодиоден индикатор за захранване. Това е лесно за изпълнение. Освен това е използван резистор от 100 ома между 5 V и земята.
10-милиметровият светодиод на робота също е свързан към Arduino. Резистор от 100 ома преминава от щифт 13 към положителния крак на светодиода. Отрицателно - до земята. Можете да го деактивирате в програмата.
За 6 серво мотора се използват 6 конектора, тъй като двата серво мотора по-долу използват един и същ управляващ сигнал. Съответните проводници са свързани и свързани към един щифт.
Повтарям, че захранването от персонален компютър се използва като захранване. Или, разбира се, можете да закупите отделно захранване. Но като се има предвид факта, че имаме 6 диска, всеки от които може да консумира около 2 A, такова мощно захранване няма да бъде евтино.
Моля, обърнете внимание, че конекторите от сервосистемите са свързани към изходите на ШИМ на Arduino. Близо до всеки такъв щифт на дъската има символ~. Ултразвуков сензор за разстояние може да бъде свързан към щифтове 6, 7. Светодиод може да бъде свързан към щифт 13 и маса. Това са всички щифтове, от които се нуждаем.
Сега можем да преминем към програмирането на Arduino.
Преди да свържете платката чрез USB към вашия компютър, уверете се, че сте изключили захранването. Когато тествате програмата, изключете и захранването на вашата роботизирана ръка. Ако захранването не е изключено, Arduino ще получи 5 волта от usb и 12 волта от захранването. Съответно, захранването от usb ще се прехвърли към източника на захранване и ще "увисне" малко.
Схемата на свързване показва, че са добавени потенциометри за управление на сервосистемите. Потенциометрите не са задължителни, но кодът по-горе няма да работи без тях. Потенциометрите могат да бъдат свързани към щифтове 0,1,2,3 и 4.
Програмиране и първо стартиране
За управление се използват 5 потенциометъра (можете напълно да го замените с 1 потенциометър и два джойстика). Схемата за свързване с потенциометри е показана в предишната част. Скицата на Arduino е тук.
По-долу има няколко видеоклипа на роботизираната ръка в действие. Надявам се, че ще се насладите.
Видеото по-горе показва последните модификации на въоръжението. Трябваше да променя малко дизайна и да заменя няколко части. Оказа се, че сервото на futuba s3003 е доста слабо. Оказа се, че служат само за хващане или завъртане на ръката. Така те инсталираха mg995. Е, mg946 като цяло ще бъде отличен вариант.
Контролна програма и обяснения към нея
// задвижванията се управляват с помощта на променливи резистори - потенциометри.
int potpin = 0; // аналогов щифт за свързване на потенциометър
int val; // променлива за четене на данни от аналоговия щифт
myservo1.attach(3);
myservo2.attach(5);
myservo3.attach(9);
myservo4.attach(10);
myservo5.attach(11);
pinMode(led, OUTPUT);
(//серво 1 аналогов пин 0
val = analogRead(potpin); // чете стойността на потенциометъра (стойност между 0 и 1023)
// мащабира получената стойност за използване със серво (получаване на стойност в диапазона от 0 до 180)
myservo1.write(val); // привежда сервото в позиция в съответствие с изчислената стойност
забавяне (15); // изчаква сервомоторът да достигне определената позиция
val = analogRead(potpin1); // серво 2 на аналогов пин 1
val = map(val, 0, 1023, 0, 179);
myservo2.write(val);
val = analogRead(potpin2); // серво 3 на аналогов пин 2
val = map(val, 0, 1023, 0, 179);
myservo3.write(val);
val = analogRead(potpin3); // серво 4 на аналогов пин 3
val = map(val, 0, 1023, 0, 179);
myservo4.write(val);
val = analogRead(potpin4); //serva 5 на аналогов пин 4
val = map(val, 0, 1023, 0, 179);
myservo5.write(val);
Скицирайте с помощта на ултразвуков сензор за разстояние
Това е може би една от най-впечатляващите части на проекта. На манипулатора е монтиран сензор за разстояние, който реагира на препятствия наоколо.
Основните обяснения на кода са представени по-долу
#define trigPin 7
Следната част от кода:
Присвоихме имена на всички 5 сигнала (за 6 устройства) (може да бъде всичко)
Следва:
Serial.begin(9600);
pinMode(trigPin, ИЗХОД);
pinMode(echoPin, INPUT);
pinMode(led, OUTPUT);
myservo1.attach(3);
myservo2.attach(5);
myservo3.attach(9);
myservo4.attach(10);
myservo5.attach(11);
Казваме на платката Arduino към кои щифтове са свързани светодиодите, серво моторите и сензорът за разстояние. Тук няма нужда да променяте нищо.
празна позиция1())(
digitalWrite(led, HIGH);
myservo2.writeMicroseconds(1300);
myservo4.writeMicroseconds(800);
myservo5.writeMicroseconds(1000);
Има някои неща, които можете да промените тук. Зададох позиция и я нарекох позиция1. Ще се използва в бъдещата програма. Ако искате да осигурите различно движение, променете стойностите в скоби от 0 до 3000.
След това:
празна позиция2())(
digitalWrite(led,LOW);
myservo2.writeMicroseconds(1200);
myservo3.writeMicroseconds(1300);
myservo4.writeMicroseconds(1400);
myservo5.writeMicroseconds(2200);
Подобно на предишното парче, само че в този случай е позиция2. По същия принцип можете да добавяте нови позиции за движение.
голяма продължителност, разстояние;
digitalWrite(trigPin, LOW);
забавяне Микросекунди (2);
digitalWrite(trigPin, HIGH);
забавяне Микросекунди (10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
продължителност = pulseIn(echoPin, HIGH);
разстояние = (продължителност/2) / 29.1;
Сега основният код на програмата започва да работи. Не трябва да го променяте. Основната задача на горните редове е да конфигурирате сензора за разстояние.
След това:
ако (разстояние<= 30) {
ако (разстояние< 10) {
myservo5.writeMicroseconds(2200); //отворен грабер
myservo5.writeMicroseconds(1000); //затваряне на грайфера
Вече можете да добавяте нови движения въз основа на разстоянието, измерено от ултразвуковия сензор.
ако (разстояние<=30){ // данная строка обеспечивает переход в position1, если расстояние меньше 30 см.
позиция1(); //по същество ръката ще работи каквото посочите между скобите ( )
else( // ако разстоянието е по-голямо от 30 cm, отидете на позиция2
position()2 // подобно на предишния ред
Можете да промените разстоянието в кода и да правите каквото искате.
Последни редове код
ако (разстояние > 30 || разстояние<= 0){
Serial.println("Извън диапазона"); // изведе съобщение в серийния монитор, че сме излезли извън посочения диапазон
Serial.print(разстояние);
Serial.println("cm"); //разстояние в сантиметри
забавяне (500); //забавяне 0,5 секунди
Разбира се, можете да конвертирате всичко тук в милиметри, метри, да промените показваното съобщение и т.н. Можете да си поиграете малко със забавянето.
Това е всичко. Наслаждавайте се, надграждайте собствените си манипулатори, споделяйте идеи и резултати!
Здравейте!
Говорим за линията колаборативни роботизирани манипулатори от Universal Robots.
Компанията Universal Robots, първоначално от Дания, произвежда съвместни роботизирани манипулатори за автоматизиране на циклични производствени процеси. В тази статия представяме техните основни технически характеристики и разглеждаме областите на приложение.
Какво е това?
Продуктите на компанията са представени от линия от три леки индустриални манипулационни устройства с отворена кинематична верига:
UR3, UR5, UR10.
Всички модели имат 6 степени на мобилност: 3 преносими и 3 ориентиращи. Устройствата на Universal Robots произвеждат само ъглови движения.
Роботизираните манипулатори са разделени на класове, в зависимост от максимално допустимия полезен товар. Други разлики са радиусът на работната площ, теглото и диаметърът на основата.
Всички манипулатори UR са оборудвани с високо прецизни сензори за абсолютна позиция, които опростяват интегрирането с външни устройства и оборудване. Благодарение на компактния си дизайн манипулаторите UR не заемат много място и могат да бъдат инсталирани в работни секции или на производствени линии, където конвенционалните роботи не могат да се поберат. Характеристики:
Защо са интересни?Лесно програмиране
Специално разработената и патентована технология за програмиране позволява на неквалифицирани оператори бързо да конфигурират и управляват UR роботизирани ръце, използвайки интуитивна технология за 3D визуализация. Програмирането става чрез поредица от прости движения на работния орган на манипулатора до необходимите позиции или чрез натискане на стрелките в специална програма на таблета.UR3: UR5: UR10: Бърза настройка
Операторът при първоначално стартиране ще се нуждае от по-малко от час, за да разопакова, инсталира и програмира първата проста операция. UR3: UR5: UR10: Сътрудничество и сигурност
UR манипулаторите могат да заменят операторите, изпълняващи рутинни задачи в опасни и замърсени среди. Системата за управление отчита външните смущаващи влияния, упражнявани върху манипулатора на робота по време на работа. Благодарение на това системите за манипулиране UR могат да се експлоатират без защитни бариери, близо до работните места на персонала. Системите за безопасност на роботите са одобрени и сертифицирани от TÜV – Германската техническа инспекция.
UR3: UR5: UR10: Разнообразие от работни органи
В края на индустриалните манипулатори UR е предвиден стандартизиран монтаж за монтиране на специални работни части. Между работния орган и крайната връзка на манипулатора могат да се монтират допълнителни модули от датчици за сила-въртящ момент или камери. Възможни приложения
С индустриалните роботизирани манипулатори UR се отваря възможността за автоматизиране на почти всички циклични рутинни процеси. Устройствата Universal Robots са се доказали в различни области на приложение.
Превод
Инсталирането на UR манипулатори в зоните за прехвърляне и опаковане повишава точността и намалява свиването. Повечето операции по прехвърляне могат да се извършват без надзор. Полиране, буфериране, шлайфане
Вградената сензорна система ви позволява да контролирате точността и равномерността на приложената сила върху криви и неравни повърхности.
Шприцоване
Високата прецизност на повтарящите се движения позволява на роботите UR да се използват за обработка на полимери и задачи за леене под налягане.
Поддръжка на CNC машини
Класът на защита на корпуса осигурява възможност за инсталиране на манипулационни системи за съвместна работа с машини с ЦПУ. Опаковане и подреждане
Традиционните технологии за автоматизация са тромави и скъпи. Лесно адаптивни, UR роботите са способни да работят със или без защитни щитове около служителите 24 часа на ден, осигурявайки висока прецизност и продуктивност. Контрол на качеството
За триизмерни измервания е подходящ роботизиран манипулатор с видеокамери, което е допълнителна гаранция за качеството на продуктите. Сглобяване
Едно просто устройство за закрепване позволява на роботите UR да бъдат оборудвани с подходящи спомагателни механизми, необходими за сглобяването на части от дърво, пластмаса, метал и други материали. Грим
Системата за управление ви позволява да контролирате развития въртящ момент, за да избегнете прекомерно затягане и да осигурите необходимото напрежение. Лепене и заваряване
Високата точност на позициониране на работния елемент ви позволява да намалите количеството отпадъци при извършване на операции по залепване или нанасяне на вещества.
Индустриалните роботизирани ръце UR могат да извършват различни видове заваряване: дъгово, точково, ултразвуково и плазмено. Обща сума:
Индустриалните манипулатори от Universal Robots са компактни, леки и лесни за научаване и използване. UR роботите са гъвкаво решение за широк спектър от задачи. Манипулаторите могат да бъдат програмирани да извършват всякакви действия, присъщи на движенията на човешка ръка, и са много по-добри във въртеливите движения. Манипулаторите не са склонни към умора или страх от нараняване, те не се нуждаят от почивки или почивни дни.
Решенията на Universal Robots ви позволяват да автоматизирате всеки рутинен процес, което увеличава скоростта и качеството на производството.
Обсъдете автоматизацията на вашите производствени процеси с помощта на манипулатори Universal Robots с официален дилър -
Общинска бюджетна институция
допълнително обучение "Станция за млади техници"
град Каменск Шахтински
Общински етап на областното състезание
„Младите дизайнери на Дон за третото хилядолетие“
Раздел "Роботика"
« Arduino манипулаторна ръка"
учител по допълнително образование
MBU DO "SYUT"
Материали и инструменти 6
Механични компоненти на манипулатор 7
Електронно пълнене на манипулатор 9
Въведение 3
Проучване и анализ 4
Етапи на производство на единици и сглобяване на манипулатора 6
Заключение 11
Източници на информация 12
Приложение 13
Въведение
Роботизираният манипулатор е триизмерна машина, която има три измерения, съответстващи на пространството на живо същество. В широк смисъл манипулаторът може да се определи като техническа система, която може да замести човек или да му помогне да изпълнява различни задачи.
В момента развитието на роботиката не напредва, а върви напред. Само през първите 10 години на 21 век са изобретени и внедрени повече от 1 милион робота. Но най-интересното е, че разработките в тази област могат да се извършват не само от екипи от големи корпорации, групи от учени и професионални инженери, но и от обикновени ученици по света.
Разработени са няколко комплекса за изучаване на роботика в училище. Най-известните от тях са:
Ардуино.
Роботис Биолоид;
LEGO Mindstorms;
Конструкторите Arduino представляват голям интерес за създателите на роботи. Платките Arduino са комплект за радио дизайн, много прост, но достатъчно функционален за много бързо програмиране на езика Viring (всъщност C++) и вдъхване на технически идеи в живот.
Но както показва практиката, работата на младите специалисти от новото поколение придобива все по-голямо практическо значение.
Обучението на децата по програмиране винаги ще бъде актуално, тъй като бързото развитие на роботиката е свързано преди всичко с развитието на информационните технологии и средствата за комуникация.
Целта на проекта е да се създаде образователен радиоконструктор на базата на манипулаторна ръка, който да учи децата да програмират в среда Arduino по игрови начин. Да се даде възможност на колкото се може повече деца да се запознаят с дизайнерските дейности по роботика.
Цели на проекта:
разработване и изграждане на учебна ръка - манипулатор с минимални разходи, който не е по-нисък от чуждестранните аналози;
използване на сервоприводи като манипулаторни механизми;
управлявайте механизмите на манипулатора с помощта на радиокомплекта Arduino UNO R 3;
разработване на програма в програмната среда Arduino за пропорционално управление на сервосистеми.
За постигане на поставената цел и задачи на нашия проект е необходимо да се проучат видовете съществуващи манипулатори, техническа литература по тази тема и хардуерната и изчислителна платформа Arduino.
Проучвания и анализи
Проучване.
Индустриален манипулатор - предназначен да изпълнява двигателни и контролни функции в производствения процес, т.е. автоматично устройство, състоящо се от манипулатор и препрограмируемо управляващо устройство, което генерира контролни действия, които задават необходимите движения на изпълнителните органи на манипулатора. Използва се за придвижване на производствени артикули и извършване на различни технологични операции.
ОТНОСНО 
гърмящият конструктор - манипулаторът е снабден с роботизирана ръка, която се притиска и отпуска. С негова помощ можете да играете шах, като го управлявате дистанционно. Можете също да използвате роботизирана ръка, за да раздавате визитки. Движенията включват: китка 120°, лакът 300°, основно завъртане 270°, основно движение 180°. Играчката е много добра и полезна, но цената й е около 17 200 рубли.
Благодарение на проекта „uArm“ всеки може да сглоби свой собствен настолен мини-робот. "uArm" е 4-осен манипулатор, миниатюрна версия на индустриалния робот "ABB PalletPack IRB460".Манипулаторът е оборудван с микропроцесор Atmel и набор от сервомотори, общата цена на необходимите части е 12 959 рубли. Проектът uArm изисква поне основни умения за програмиране и опит в изграждането на Legos. Мини-роботът може да бъде програмиран за много функции: от свирене на музикален инструмент до зареждане на сложна програма. В момента се разработват приложения за iOS и Android, които ще ви позволят да управлявате „uArm“ от смартфон.
Манипулатори "uArm"
Повечето съществуващи манипулатори включват поставяне на двигатели директно в ставите. Това е по-просто като дизайн, но се оказва, че двигателите трябва да повдигат не само полезния товар, но и други двигатели.
Анализ.
За основа взехме манипулатора, представен на уебсайта Kickstarter, наречен „uArm“. Предимството на този дизайн е, че платформата за поставяне на грайфера винаги е успоредна на работната повърхност. Тежките двигатели са разположени в основата, силите се предават чрез пръти. В резултат на това манипулаторът има три сервопривода (три степени на свобода), които му позволяват да движи инструмента по трите оси на 90 градуса.
Те решиха да монтират лагери в движещите се части на манипулатора. Този дизайн на манипулатора има много предимства пред много модели, които се продават в момента: Общо манипулаторът използва 11 лагера: 10 броя за вал 3 мм и един за вал 30 мм.
Характеристики на манипулаторното рамо:
Височина: 300 мм.
Работна зона (с напълно изпъната ръка): от 140 mm до 300 mm около основата
Максимална товароносимост на една ръка разстояние: 200гр
Консумация на ток, не повече: 1A
Лесен за сглобяване. Беше обърнато много внимание на това да има такава последователност на сглобяване на манипулатора, в която би било изключително удобно да се завинтват всички части. Това беше особено трудно за мощните серво задвижващи устройства в основата.
Управлението се осъществява с помощта на променливи резистори, пропорционално управление. Можете да проектирате управление тип пантограф, като това на ядрените учени и героя в големия робот от филма „Аватар“, може да се управлява и с мишка, а с помощта на примерни кодове можете да създадете свои собствени алгоритми за движение.
Отвореност на проекта. Всеки може да направи свои собствени инструменти (вендуза или щипка за молив) и да зареди в контролера програмата (скица), необходима за изпълнение на задачата.
Етапи на производство на компоненти и сглобяване на манипулатора
Материали и инструменти
За направата на рамото на манипулатора е използван композитен панел с дебелина 3 мм и 5 мм. Това е материал, който се състои от два алуминиеви листа с дебелина 0,21 mm, свързани с термопластичен полимерен слой, има добра твърдост, лек е и се обработва лесно. Изтеглените снимки на манипулатора в интернет бяха обработени от компютърната програма Inkscape (векторен графичен редактор). Чертежите на ръката на манипулатора бяха начертани в програмата AutoCAD (система за триизмерно компютърно проектиране и рисуване).
Готови части за манипулатора.
Готови части от основата на манипулатора.
Механично съдържание на манипулатора
За основа на манипулатора са използвани сервомеханизми MG-995. Това са дигитални сервомеханизми с метални зъбни колела и сачмени лагери, осигуряват сила от 4,8 kg/cm, прецизно позициониране и приемлива скорост. Едно серво задвижване тежи 55,0 грама с размери 40,7 х 19,7 х 42,9 мм, захранващо напрежение от 4,8 до 7,2 волта.
Сервомашините MG-90S бяха използвани за захващане и завъртане на ръката. Това също са дигитални сервоприводи с метални зъбни колела и сачмен лагер на изходящия вал, осигуряват усилие от 1,8 kg/cm и прецизен контрол на позицията. Едно серво задвижване тежи 13,4 грама с размери 22,8 х 12,2 х 28,5 мм, захранващо напрежение от 4,8 до 6,0 волта.
Серво задвижване MG-995 Серво задвижване MG90S
За улесняване на въртенето на основата на рамото - манипулатор с товар се използва лагер с размери 30x55x13.
Монтаж на лагери. Монтаж на въртящо се устройство.
Основата на комплекта ръка - манипулатор.
Части за сглобяване на грайфер. Монтаж на грайфер.
Електронно пълнене на манипулатора
Има проект с отворен код, наречен Arduino. Основата на този проект е основен хардуерен модул и програма, в която можете да напишете код за контролера на специализиран език и която ви позволява да свържете и програмирате този модул.
За работа с манипулатора използвахме платка Arduino UNO R 3 и съвместима разширителна платка за свързване на серво. Има монтиран 5 волтов стабилизатор за захранване на серво, PLS контакти за свързване на серво и конектор за свързване на променливи резистори. Захранването се осъществява от блок 9V, 3A.
Контролна платка Arduino UNO R 3.
Схематична диаграма на разширението за контролната платка Arduino UNO R 3 е разработен, като се вземат предвид възложените задачи.
Принципна схема на разширителната платка за контролера.
Разширителна платка за контролера.
Свързваме платката Arduino UNO R 3 с помощта на USB A-B кабел към компютъра, задаваме необходимите настройки в средата за програмиране и създаваме програма (скица) за работата на сервомеханизмите, използвайки библиотеките на Arduino. Компилираме (проверяваме) скицата, след което я зареждаме в контролера. Подробна информация за работата в среда Arduino можете да намерите на уебсайта http://edurobots.ru/category/uroki/ (Arduino за начинаещи. Уроци).
Прозорец на програмата със скица.
Заключение
Този модел на манипулатора се отличава с ниската си цена в сравнение с простия строителен комплект „Duckrobot“, който извършва 2 движения и струва 1102 рубли, или строителния комплект Lego „Полицейски участък“, който струва 8429 рубли. Нашият конструктор изпълнява 5 движения и струва 2384 рубли.
| Компоненти и материал | Количество | |||
| Серво задвижване MG-995 | ||||
| Серво задвижване MG90S | ||||
| Лагер 30х55х13 | ||||
| Лагер 3х8х3 | ||||
| M3x27 месингова женска-женска стойка | ||||
| Винт M3x10 с цел. под ч/б | ||||
| Композитен панел с размер 0.6m2 | ||||
| Контролна платка Arduino UNO R 3 | ||||
| Променливи резистори 100 ком. | ||||
Ниската цена допринесе за разработването на технически конструктор за манипулаторна ръка, пример за който ясно демонстрира принципа на работа на манипулатора и изпълнението на възложените задачи по игрив начин.
Принципът на работа в програмната среда Arduino се е доказал в тестовете. Този начин за управление и преподаване на програмиране по игрив начин е не само възможен, но и ефективен.
Първоначалният файл със скица, взет от официалния сайт на Arduino и дебъгван в програмната среда, осигурява правилна и надеждна работа на манипулатора.
В бъдеще искам да изоставя скъпите серво и да използвам стъпкови двигатели, така че ще се движи доста точно и гладко.
Манипулаторът се управлява с помощта на пантограф чрез Bluetooth радиоканал.
Източници на информация
Гололобов Н. В. За проекта Arduino за ученици. Москва. 2011 г.
Кърт Е. Д. Въведение в микроконтролерите с превод на руски от Т. Волков. 2012 г.
Белов A.V. Ръководство за самообучение за разработчици на устройства за AVR микроконтролери. Наука и технологии, Санкт Петербург, 2008 г.
http://www.customelectronics.ru/robo-ruka-sborka-mehaniki/ верижен манипулатор.
http://robocraft.ru/blog/electronics/660.html манипулатор чрез Bluetooth.
http://robocraft.ru/blog/mechanics/583.html връзка към статия и видео.
http://edurobots.ru/category/uroki/ Arduino за начинаещи.
Приложение
Чертеж на основата на манипулатора
Чертеж на стрелата и захвата на манипулатора.
