≡×МЕНЮ

• Ремонт
• Ремонт
• Дизайн інтер'єра
• Про все
• Про сантехніку

Будь-хто впорається маніпулятор своїми руками. Робот-маніпулятор механічні руки. Загальний опис проекту робота-маніпулятора

Загальні відомості

Отже, всі джойстики можна класифікувати з різних підстав, їх актуальні для нас спосіб підключення і тип датчиків.

За способом підключення джойстики поділяються на джойстики з USB підключеннямта Game Port підключенням. Чи можна самостійно зробити з нуля джойстик на USB мені невідомо, проте я вважаю, що це якщо і можливо, лише висококваліфікованим радіоінженерам. Інша річ переробити готовий USB джойстик під свій смак та свої потреби. Це доступно практично кожному, хто вміє тримати в руках паяльник. Зробити з нуля джойстик на Game Port нескладно, і цілком під силу кожній людині, яка вміє і любить возитися з пластмасовими та залізними цяцьками. :-)

За типом датчиків джойстики поділяються на джойстики, побудовані оптичних датчика, на змінних резисторах і магнітних резисторах. Кожен із перерахованих типів може бути зроблений на Game Port. Єдине АЛЕ полягає в тому, що я не маю жодного уявлення про магнітні резистори, тому розповідатиму тільки про оптику і змінні резистори.

Як джойстик зробити

На мій погляд, найпильнішу увагу при створенні власного джойстика потрібно приділити його механіці. Головний ворогна цьому фронті – люфт. Як можна його подолати? Моє рішення не можна назвати простим, легким та дешевим. Однак можна назвати його механічно досконалим. Полягає воно в тому, що всі поворотні вузли збираються на підшипниках кочення з подвійною опорою кожної деталі. Така конструкція володіє трьома перевагами - повною відсутністю люфту, біса міцністю і високою точністю позиціонування. Немаловажний ще й плавний хід, що виключає ривки та нерівномірності руху.

Далі вибираємо тип електронної начинки. Оптика чи резистори? Оптика точніше, вона виключає тремтіння. Однак оптика дуже непроста в установці та налаштуванні. Резистори простіше у монтажі. Але треба бути дуже перебірливим у виборі резисторів, купувати імпортні та не дешеві, інакше забезпечено тремтіння, яке зіпсує все враження.

Почнемо з механіки. Ось подивіться, тут я намалював поворотний вузол мого саморобного джойстика. Використовуються кулькові підшипники зовнішнім діаметром 19 та внутрішнім 6 мм. Всі підшипники вставлені та закріплені у виточених круглих металевих шайбах, товщиною 12 мм.

Отже, бачимо, що весь вузол складається з трьох основних вузлів: вузла крену, тангажу та гойдалки.

Пильовик купується від кульової Жигулів, але не великий, а маленький, з діаметром гумки 14 мм. Саме під трубку ручки. Цей пильовик окрім захисту механізму від пилу та сторонніх поглядів, пружний ручку, і тримає її в середньому положенні.

Щоб впливати на гойдалку болт кріплення трубки просвердлено в центрі, і в нього вкручений болт з різьбленням М3 без капелюшка. Цей болт передає момент на качалку.

Накладки я робив із вініпласту завтовшки 10 мм. Далі свердлив у центрі отвір, і запресовував у ньому підшипник (силою вдавлював. Тримається чудово). Самі підшипники витягуються з 3.5 кулера (бловера), якщо він на підшипниках кочення.

Ось знімок механіки:

Зробивши вузол механіки (на це може піти кілька місяців) потрібно зробити корпус. Тут вам вже повний простір. Я для цього використовую вініпласт. Застосовується він на промисловому виробництві під час монтажу електричних вузлів. Товщина варіюється від 3 мм до невідомості. Найтовстіший я бачив 30 мм. Нам потрібний завтовшки не менше 8 мм для запасу міцності.

Вініпласт дуже міцний, еластичний і добре обробляється. З нього можна склеїти бокситкою будь-який корпус на ваш смак. Згладіть кути, пофарбуйте – від заводського ніхто не відрізнить. Щоправда, тут є один нюанс. Для того, щоб корпус був міцнішим, і виглядав більш пристойно, я роблю так.

Берете відпилений шматок вініпласту потрібного розміру, намічаєте олівцем лінії згинів. Тепер шукаєте будь-який електроприлад, який має поверхню розжарювання близько 400 і вище градусів (бажано, щоб при дотику шматочка вініпласту до поверхні нагрівання вініпласт злегка плавився – тоді температура зійде). Ідеальний варіант- Прут тена, діаметром 8 - 15 мм. У мене є невідомий кулінарний електроприлад, який має таку поверхню - круглий прут, який розжарюється до червона. Я використав його. Тримаємо деякий час вініпласт над цим прутом, щоб від наміченої смужки олівця до прута була мінімальна відстань, яка не дозволяє матеріалу плавитися. Коли відрізок вініпласту досить прогрівається, він стає еластичним і легко згинається на потрібний кут. У нашому випадку це 90 градусів. Потім, витримуючи руками кут, охолоджуємо згин під струменем. холодної водиз водопровідного крана, вініпласт застигає, і це навічно:-). Також чинимо з протилежною поверхнею. Залишилося випиляти з вініпласту дві бічні накладки, щільно підігнати їх так, щоб вони без проміжків заходили всередину, і склеїти епоксидною смолою. Далі робимо у верхній поверхні нового корпусу необхідний отвір для штока РУС, випилюємо нижню кришку. Повинно вийти приблизно так:

Потім монтуємо поворотний вузол до корпусу і сам джойстик майже готовий.

Якщо конструкцію пофарбувати, і доповнити великим пильовиком, то вийде приблизно це:

Як бачите джойстик для підлоги. Сама ручка з військового Мі-8 (такі ставилися на Мі-24).

Але чому ж майже готовий? А тому, що немає педалей...

Найскладніше в педалях, це зробити їх у пристойному вигляді, щоб вони не нагадували тортурний інструмент:-) Ось погляньте.

Технологія проста. Беремо потрібний шматок текстоліту, нагріваємо рівно посередині і перегинаємо на гострий кут (більше 90 градусів). Кут потрібен такий, щоб торець педалі в середньому положенні був на мінімальній відстані від поверхні, а крайніх положеннях відстань від торця до поверхні була рівною. Далі робимо в вертикальної поверхнідва вертикальні прорізи на потрібний хід педалей. Потім беремо дві невеликі дверні петлі, випилюємо по їх ширині і необхідної довжини самі педалі, і з'єднуємо петлі, педалі та кістяки.

Потім робимо сталеві напрямні, прикручуємо їх до педалей. Сталеві напрямні піддаються токарній обробці - в потрібних місцях послаблюються, щоб з них не спадала гумка (гумка залита синім), а в потрібних товщають, оскільки крізь цю товщину піде струна (на малюнку залита червоним), що забезпечує зворотний зв'язок педалей. Сама струна має бути міцною і тонкою. Я використав для її ролі міцну ізоляцію матер'яну електричного кабелю. Зійде і білизняна капронова мотузка. Цю мотузку потрібно протягнути через два блоки. Бажано, щоб ці блоки були зібрані на кулькових підшипниках, і мали канавки, щоб струна не спадала. Блоки кріпляться на болтах діаметром 6 мм. Менше не можна, оскільки це несучий вузол, працюватимемо ногами, і потрібна міцність.

На малюнку я зобразив спосіб кріплення резистора і передачі на нього моменту. Влаштувати оптичну схему ще простіше. Все електромеханічне господарство закривається пластмасовим кожухом.

В даний час я роблю собі нові педалі, принципово іншої конструкції. Після закінчення роботи зроблю необхідні малюнки і покладу тут з поясненнями.

...пройшло кілька місяців...

Ось і прийшла та година, коли я можу приступити до опису нових педалей.

Неабияк політавши (більше року) на педалетках (так я називаю педалі вищенаведеного типу, їх ще можна обізвати автопедалями), я усвідомив, що дозрів для підвищення рівня реалізму:-) Педалетки вийшли у відставку, і були подаровані товаришеві.

Все почалося з роздумів щодо конструкції. Взагалі, найскладніше і найголовніше у педалебудуванні (як і взагалі у творчості) – це спочатку повністю побудувати педалі в голові та на папері. Тільки після цього слід переходити до матеріального втілення педалей. Якщо не дотримуватися цього принципу, неминучі постійні переробки, що виливається, зрештою, в спотворення конструкції, і призводить до пошуку нових матеріалів.

Давайте визначимося із сутністю хардкорних авіапедалей.

Хардкорні авіапедалі:

1. Працюють за принципом зворотнього зв'язку(давиш одну педаль від себе – друга йде до тебе);
2. Самі педалі при натисканні не змінюють горизонтальний кут установки;
3. Відстань між педалями має відповідати аналогічній відстані реальних літаках;
4. Педалі пружні, і мають чітко відчувається ногами, нейтральну точку позиціонування.

Для того щоб такі педалі працювали, потрібно:

1. Велика площаконтакту основи педалей із підлогою для виключення перекидання конструкції;
2. Виключити можливість ковзання основи педалей по підлозі;

Першим етапом роздумів над педалями є етап придумування основи майбутніх педалей:-) Можливі два шляхи. Перший - це піти шляхом найменшого опору - взяти за основу товстий лист ДСП, і змонтувати на ньому всі необхідні вузли, забезпечивши основу гумовими наклейками для виключення зміщення конструкції. Другий шлях (складніше) - вигадати щось інше, не суцільне, не важке і не громіздке. У рамках цього шляху виділимо два. Перший - це самому виготовити основу. Другий – взяти готове. У першому випадку із металевих труб виготовляється Т-подібна конструкція, на якій закріплюються необхідні вузли. На кінцях конструкції споруджуються шипи. У другому випадку проблемою є пошук потрібного ширвжитку. Я вирішив її, застосувавши як основу основу вітчизняної металевої стійки під телевізор. Вона являє собою чорну пятиногу (я зустрічав і чотириноги), буває з коліщатками, або без них. Коліщатків доведеться позбутися.

Внутрішній діаметр «склянки» цієї стійки і його глибина дозволяють розмістити в ньому міцний вузол механіки майбутніх педалей.

Сам вузол можна виготовити вручну, а можна замовити у токаря/фрезерувальника. У будь-якому випадку доведеться купити два підшипники, зовнішнім діаметром 40 мм.

Спочатку я зробив вузол сам, з підручних матеріалів, які знайшов у себе в коробках з мотлохом. Це було досить важко, оскільки неможливо підібрати болт з діаметром різьблення, що відповідає внутрішньому діаметру підшипників, що тягне за собою стомлюючий процес центрування підшипників на болті. Також непросто в домашніх умовах просвердлити болт М14 наскрізь вздовж. Проте все робиться. Зробивши я зіткнувся з однією проблемою. Справа в тому, що педалі я підпаював до мікросхеми трастмайстра TOP GUN FOX PRO 2 USB. Опитування резистора «педальної» осі в цьому джої розраховане на жорстку фіксацію полярності резистора. Інакше кажучи - педальний резюк грамотно опитується лише тому випадку, якщо розпаювання крайніх ніг резюка ідентична оригінальної. Однак, якщо резистор розташувати під конструкцією (склянкою стійки педалей), то для досягнення відповідності впливу на педалі та реакції керма напряму у грі, потрібно перепаяти крайні контакти на резисторі. Після перепаювання опитування резистора спотворюється, з'являється нерівномірність в управлінні, постійно збивається центрування.

Ще однією проблемою, яку не вдалося вирішити з ходу, виявилося центрування педалей. Я спробував два варіанти. Реалізуючи перший, я спробував захопити пружинами саму штангу педалей із двох боків. Однак це був невірний шлях, оскільки пружини були тугі, і одна зі сторін педалей завжди впиралася у пружину, яка вже була стиснута. У другому випадку я просвердлив штангу по центру горизонтально, і приробив туди болт, на який накинув пружину. Цей варіант виявився непоганим, хіба що не забезпечував нейтральної зони, що точно відчувається. Як пізніше з'ясувалося, застосований для центрування болт діаметром 6 мм виявився недостатньо міцним і підгинався.

Також весела історія сталася із обмежувачами ходу педалей. Я спочатку задумав зробити обмежувачі і витратив чимало часу на їх монтаж. Там теж були свої варіанти, свої помилки та єдино-можливе рішення. Однак, коли я одного разу зняв обмежувачі і спробував без них педалі, я дійшов висновку про непотрібність обмежувачів. Це зумовлено тим, що якщо підпружинити педалі достатньою мірою, вивернути їх на критичний для резистора кут просто неможливо, застосовуючи розумні зусилля на педалях - пружина не дає вивернути більше, і починає рухатися вся конструкція. Іншими словами, щоб повернути голову резюку, потрібно спеціально поставитися цією метою, і впертися в одну педаль всією масою. Однак у цьому випадку можна легко зламати і обмежувач, і всю систему пружності. А якщо так, то обмежувачі не потрібні. Виглядало все так:

Загалом, помучившись деякий час із резистором, я вирішив пересадити резистор нагору. Для цього була потрібна переробка істотних вузлів конструкції механічного вузла, оскільки підпружнювалися педалі зверху. На цей раз я вирішив звернутися до токаря. Зробив креслення, яке тут наводжу. Якщо є бажання піти моїми стопами, то малюнок можна зберегти на диск, роздрукувати на принтері, і нести токарю.

Для того, щоб змонтувати отриману конструкцію в основі потрібно просвердлити основу і нарізати в отворах різьблення, щоб болтами зафіксувати вузол у склянці.

Бути чи не бути? Ось яким питанням спантеличимося в першому абзаці. Ні, зрозумійте мене правильно, РУД як такий, безумовно, необхідний на джойстику, справа в тому, чи він повинен бути окремим від джойстика? Однозначну відповідь можна дати лише у тому випадку, якщо Ваш джойстик підлоговий. Якщо підлоговий – то окремий РУД необхідний. А якщо джой настільний? І для керування двигуном у нього передбачений відповідний важіль (повзунок)? Тут уже справа кожного. Залежить від поглядів вірила на життя його вірпільське, на частку його бідолашне:-) Моя думка однозначно - якщо джой настільний, то ставити на стіл ще одну коробку з важелем для керування двигуном, є не що інше, як привід для істерики в курнику. Курам сподобається, і вони сміятимуться так, що може навіть полопаються.

Чому я такий категоричний у цьому питанні? Та тому, що зовсім не бачу причин для появи окремого РУДу поряд із настільним джоєм. Що може стати причиною? Необхідність у розширенні функціональності? Смішно, оскільки основи сучасних джойстиків нашпиговані кнопками, розташованими досить зручно. А якщо не вистачає, можна ненадовго прибрати руку з основи і тицьнути пальцем у клавіатуру, розташовану в парі сантиметрів від основи джойстика. Крім того, оперувати в бою великим пальцем лівої руки куди зручніше, ніж шурувати всією кінцівкою туди-сюди на окремому руді. Перевірено. Але може це шляхетне прагнення до підвищення реалізму? Тим паче смішно, оскільки реалізм насамперед укладено в авіапедалях, у другу чергу у підлоговій РУС, і лише у третю чергу – в окремому РУД. Використовуючи метафору, можна сказати, що робити настільний РУД при настільному РУС це все одно, що «проапгрейдить» немічний старий комп'ютер покупкою нового «пацанського» корпусу баксів за 300:-) Однак це моя думка, вона суб'єктивна. Може комусь важливіше корпус.

Сподіваюся, Ви визначилися з необхідністю для вас окремого РУД. Якщо життя Ваше без окремого РУД представляється Вам сірим і похмурим, то продовжуємо дебати:-)

Отже, якими є основні вимоги до РУД?

1. Плавний хід без ривків, нерівномірність у переміщенні;
2. Тугий хід. Тугий настільки, щоб РУД утримувався в тому положенні, в якому Ви його відпустили, і не переміщався від коливань ефіру:-);
3. Достатня вага і розмір основи, щоб при маніпуляціях РУД основа РУД не крутилося по столу (стулу);
4. Зручна ручка;
5. Достатня амплітуда переміщення РУД.

Як реалізовуватимемо ці вимоги? Плавність забезпечимо побудовою механізму на кулькових підшипниках. Тугого ходу доб'ємося застосуванням системи, що підгальмовує. Вагу збільшимо вантажами. Розміри зробимо достатніми. Зрештою, амплітуду відрегулюємо за потребами.

Почнемо, за традицією, з блоку механіки.

Першим питанням тут буде варіант базового кріплення вузла механіки. Можливі такі варіанти:

1. Верхнє кріплення;
2. Нижнє кріплення;
3. Бокове кріплення.

Дивимося на малюнку:

Кожен варіант має свої плюси та мінуси.

Перший варіант краще тим, що при його застосуванні гранично полегшений доступ до вмісту РУД - зняв нижню кришку і оперуй як Пирогов:-) Мінуси полягають у тому, що, по-перше, сам корпус РУД повинен бути досить міцним і товстим, по-друге , на верхній панелі з'являться два капелюшки болтів (нам, естетам, це не личить), і в третіх, довжина штока РУД скорочується, і відповідно до скорочення, закруглюється траєкторія ходу РУД.

Плюс другого варіанта є велика довжина штока РУД, можливість використовувати для корпусу основи РУД матеріал тонше, відсутні капелюшки болтів на верхній частині основи, зусилля на РУД розподіляються більш вдало в плані стійкості конструкції. Недоліком другого варіанта є утруднений доступ в утробу основи. Для розкриття потрібно відкрутити нижню кришку і сам механізм від кришки. Та й механіка буде частково прихована гранню куточка-кріплення.

Третій варіант має всі плюси другого (якщо механізм кріпити до нижньої кришки). Єдиний його великий мінус - необхідність виготовляти обмежувачі руху РУД (у перших варіантах амплітуда руху РУД обмежується величиною прорізу в корпусі), що стосується дрібного мінусу, то він полягає в тому, що виглядає 2 варіант менш ґрунтовно, ніж перші два. Так, мало не забув - плюс ще в тому, що немає прорізу на верхній панелі, і бруду до корпусу не потрапляє.

Я вибрав третій варіант. Причина в тому, що у мене вийшов весь матеріал для нормального виготовлення корпусу. Коли дістану матеріал перероблю за варіантом 2. Ви вирішуйте самі. Як кажуть, виходячи зі здібностей та потреб:-)

Так, до речі, можливий ще один варіант, а саме:

Даний варіант краще для любителів «ретро»:-), він принципово схожий на РУД Як-3. Однак дана схема має один суттєвий мінус – у рукоятках важко розмістити кнопки та додаткові осі. І тим більше складно цими осями і кнопками користуватися. В наявності обмежена функціональність.

Загалом добре. З цим начебто закінчили вибір робити Вам, а я трошки його полегшив, оскільки вказав на плюси та мінуси. Вмиваю руки:-)

Тепер перейдемо безпосередньо до розгляду блоку механіки РУД. Потрібні два кулькові підшипники внутрішнім діаметром 7 мм. Якщо Ви обрали нижню схему, то, відповідно, чотири підшипники. Також раджу придбати куточком з гранями 70 мм, або просто пластиною сталі, товщиною не менше 5 мм (у цьому випадку доведеться при реалізації верхньої схеми № 3 кріпити механіку до кришки). Дивимося малюнок, вид збоку:

Як видно на малюнку, на болт з різьбленням М6 одягнений шток РУД, далі надята металева трубка (бажано щоб її внутрішній діаметр дозволяв сісти на болт впритул) довжиною 10 мм, потім йде підшипник, знову трубка, але трохи довше (20-30 мм) , Знову підшипник, і все це міцно затягнуте гайкою. Кінець болта попередньо оброблений на наждаку, щоб діаметр був 3-4 мм.

Після складання системи на металевій пластині просвердлюються чотири отвори, і до пластини за допомогою хомутів кріпляться підшипники. Це видно на наступному малюнку:

Пристрій системи гальмування, гадаю, очевидний. Сила гальмування регулюється затягуванням гайки на шпильці. Як гальмуюча прокладка я обрав смужки шкіри (замші), оскільки шкіра не кришиться як гума і не засмічує механізм. Гальмо діє досить довго, і не послаблюється.

Коли Ви закінчите складання механічного вузла, залишиться лише прикріпити пластину-основу згідно з вибраним варіантом (до нижньої кришки або до верхньої частини корпусу). Як до механіки підвісити різюк, гадаю, зрозуміло.

Шток РУД можна зробити як із трубки (сталевого прута), так і з пластини. Я використовував смужку текстоліту, товщиною 8мм, та шириною приблизно 40 мм. Злегка вигнув її на кінці, і прикріпив до вигнутого кінця ручку.

Тепер про корпус. Корпус основи можна зробити самому, а можна взяти готову пластмасову коробку потрібних розмірів. Якщо вирішили зробити, я рекомендую керуватися порадами в розділі Загальні відомості. Механіка, де я розповідав як роблю корпуси.

Нутрощі корпусу можна нашпигувати різним залізом для обтяження конструкції. І, нарешті, забезпечте нижню кришку гумовими наклейками для збільшення тертя корпусу РУД та поверхні.

Насамкінець пару слів про безпосередньо ручці РУД. Її можна зробити по-різному. Керуйтеся власними побажаннями. Я вибрав для ручки порожнисту пластмасову склянку і кришкою, що закручується. Порожнистий тому, що в ньому я розмістив кнопки і резистор управління кроком гвинта. Як це зробити подивіться малюнок:

Отже, ручка руда – це такий «стакан» із напівпрозорої, білої пластмаси з товстими стінками. Цю склянку я виявив випадково. У ньому я біля будинку свердла зберігав:-) Склянка зроблена як конус, і в широкій частині має різьблення, на яке накручується кришка. Цю кришку я прикріпив (чотирма болтами М4) до товстої смуги вигнутого текстоліту, зробив отвір щоб пропустити багатожильний провід. На кришку накручується склянка - ось і вся руда.

У верхній (глухій) частині склянка просвердлена, і в неї вроблено різюк (вітчизняний, 150 кОм, підпаяний замість трастмайстрів до плати. У вітчизняного велика амплітуда повороту опитується, а у рідного мізерний кут опитування). Далі на глуху частину із зовнішнього боку кріпиться (трьома болтами М4) саморобна шайба з товстого текстоліту, покликання якої - приховати гайку, що кріпить резюк до склянки, та прибрати зазор між маховичком резистора та торцем склянки. На шток резюка одягнений маховичок від вузла фотозбільшувача, який (щасливий збіг) підходить діаметром до склянки. Наживо він виглядає так:

Ось як на ньому лежить рука:

Насамкінець хочу додати, що все, що я тут описав, робиться без залучення сторонніх людей. Все що потрібно - лещата, ножівка по металу, дриль, слюсарний набір (свердла, мітчики та лерки). Я також використав наждачний верстат власного виготовлення. Якщо у Вас його немає, то не впадайте у відчай - напильник і руки творять чудеса. Інші інструменти (пасатижі, кусачки та ін.), гадаю, у всіх є.

Kelt (makkov at mail dot ru)

DIY або Зроби сам ,

Електроніка для початківців

Привіт, гіктаймсе!

Проект uArm від uFactory зібрав кошти на кікстартері вже понад два роки тому. Вони від початку говорили, що це буде відкритий проектАле відразу після закінчення компанії вони не поспішали викладати вихідники. Я хотів просто порізати оргскло по їхніх кресленнях і все, але так як вихідників не було і в найближчому майбутньому не передбачалося, то я почав повторювати конструкцію по фотографіях.

Зараз моя робо-рука виглядає так:

Працюючи не поспішаючи за два роки, я встиг зробити чотири версії і отримав досить багато досвіду. Опис, історію проекту та всі файли проекту ви зможете знайти під катом.

Проби та помилки

Починаючи працювати над кресленнями, я хотів не просто повторити uArm, а покращити його. Мені здавалося, що в моїх умовах можна обійтися без підшипників. Також мені не подобалося те, що електроніка обертається разом з усім маніпулятором і хотілося спростити конструкцію нижньої частини шарніра. Плюс я почав малювати його одразу трохи менше.

З такими параметрами я намалював першу версію. На жаль, у мене не збереглося фотографій тієї версії маніпулятора (який був виконаний у жовтому кольорі). Помилки в ній були просто найепічнеші. По-перше, її було майже неможливо зібрати. Як правило, механіка, яку я малював до маніпулятора, була досить проста, і мені не доводилося замислюватися про процес складання. Але таки я його зібрав і спробував запустити, І рука майже не рухалася! Всі дітлі крутилися навколо гвинтів і, якщо я затягував їх так, щоб було менше люфтів, вона не могла рухатися. Якщо послаблював так, щоб вона могла рухатись, з'являлися неймовірні люфти. Зрештою концепт не прожив і трьох днів. І розпочав роботу над другою версією маніпулятора.

Червоний був цілком придатний до роботи. Він нормально збирався і з мастилом міг рухатися. На ньому я зміг протестувати софт, але все ж таки відсутність підшипників і великі втрати на різних тягах робили його дуже слабким.

Потім я закинув роботу над проектом на якийсь час, але незабаром прийняв рішення довести його до пуття. Я вирішив використовувати більш потужні та популярні сервоприводи, збільшити розмір та додати підшипники. Причому я вирішив, що не намагатимуся зробити відразу все ідеально. Я накидав креслення на швидку руки, не викреслюючи красивих поєднань і замовив різання з прозорого оргскла. На маніпуляторі я зміг налагодити процес складання, виявив місця, що потребують додаткового зміцнення, і навчився використовувати підшипники.

Після того, як я вдосталь награвся із прозорим маніпулятором, я засів за креслення фінальної білої версії. Отже, зараз вся механіка повністю налагоджена, влаштовує мене і готова заявити, що більше нічого не хочу міняти в цій конструкції:

Мене пригнічує те, що я не зміг привнести нічого принципово нового до проекту uArm. На той час, як я почав малювати фінальну версію, вони вже викотили 3D-моделі на GrabCad. У результаті я лише трохи спростив клешню, підготував файли у зручному форматі та застосував дуже прості та стандартні комплектуючі.

Особливості маніпулятора

До появи uArm, настільні маніпуляториподібного класу виглядали досить сумно. У них або не було електроніки взагалі, або було якесь керування з резисторами, або було своє пропрієтарне ПЗ. По-друге, вони зазвичай не мали системи паралельних шарнірів і саме захоплення змінював своє становище у процесі роботи. Якщо зібрати всі переваги мого маніпулятора, виходить досить довгий список:

1. Система тяг, що дозволяють розмістити потужні я важкі двигуни в основі маніпулятора, а також утримують захоплення паралельно або перпендикулярно до основи
2. Простий набір комплектуючих, які легко купити або вирізати з оргскла
3. Підшипники майже у всіх вузлах маніпулятора
4. Простота збирання. Це виявилося справді складним завданням. Особливо важко було продумати процес складання основи
5. Положення захоплення можна міняти на 90 градусів
6. Відкриті вихідники та документація. Все підготовлено у доступних форматах. Я дам посилання для скачування на 3D-моделі, файли для різання, список матеріалів, електроніку та софт
7. Arduino-сумісність. Є багато супротивників Arduino, але я вважаю, що це можливість розширення аудиторії. Професіонали цілком можуть написати свій софт на C – це ж звичайний контролер від Atmel!

Механіка

Для складання необхідно вирізати деталі з оргскла завтовшки 5мм:

З мене за різання всіх цих деталей взяли близько 10 доларів.

Основа монтується на великому підшипнику:

Особливо важко було продумати основу з погляду процесу складання, але я підглядав за інженерами з uArm. Гойдалки сидять на штифті діаметром 6мм. Потрібно відзначити, що тяга ліктя у мене тримається на П-подібному тримачі, а у uFactory на Г-подібному. Важко пояснити в чому різниця, але я вважаю, що в мене вийшло краще.

Захоплення збирається окремо. Він може повертатися довкола своєї осі. Сама клешня сидить прямо на валу двигуна:

Наприкінці статті я дам посилання на супердокладну інструкцію зі збирання у фотографіях. За пару годин можна впевнено все це скрутити, якщо все потрібне є під рукою. Також я підготував 3D-модель у безкоштовній програмі SketchUp. Її можна завантажити, покрутити та подивитися що і як зібрано.

Електроніка

Щоб змусити руку працювати, достатньо всього лише підключити п'ять сервоприводів до Arduino і подати на них живлення з хорошого джерела. У uArm використані якісь двигуни із зворотним зв'язком. Я поставив три звичайні двигуни MG995 і два маленькі двигуни з металевим редуктором для управління захопленням.

Тут моя розповідь тісно сплітається з попередніми проектами. З деяких пір я почав і для цих цілей навіть підготував свою Arduino-сумісну плату. З іншого боку якось мені підвернулася можливість дешево виготовити плати (про що я теж). У результаті все це закінчилося тим, що я використав для управління маніпулятором свою власну Arduino-сумісну плату та спеціалізований шилд.

Цей шилд насправді дуже простий. На ньому чотири змінні резистори, дві кнопки, п'ять роз'ємів для сервоприводу та роз'єм живлення. Це дуже зручно з погляду налагодження. Можна завантажити тестовий скетч і записати якийсь макрос для керування або щось на зразок того. Посилання для завантаження файлу плати я теж дам наприкінці статті, але вона підготовлена ​​для виготовлення з металізацією отворів, так що мало придатна для домашнього виробництва.

Програмування

Найцікавіше це управління маніпулятором з комп'ютера. У uArm є зручний додаток для керування маніпулятором та протокол для роботи з ним. Комп'ютер відправляє COM-порт 11 байт. Перший завжди 0xFF, другий 0xAA і деякі з тих, що залишилися - сигнали для сервоприводів. Далі ці дані нормалізуються та віддаються на відпрацювання двигунам. У мене сервоприводи підключені до цифрових входів/виходів 9-12, але легко можна поміняти.

Термінальна програма від uArm дозволяє змінювати п'ять параметрів під час керування мишею. Під час руху миші по поверхні змінюється положення маніпулятора у площині XY. Обертання коліщатка - зміна висоти. ЛКМ/ПКМ - стиснути/розтиснути клешню. ПКМ + коліщатко - поворот захоплення. Насправді дуже зручно. За бажання можна написати будь-який термінальний софт, який спілкуватиметься з маніпулятором за таким же протоколом.

Я не буду тут наводити скетчі - завантажити їх можна буде наприкінці статті.

Відео роботи

І, нарешті, саме відео роботи маніпулятора. На ньому показано управління мишею, резисторами та заздалегідь записаною програмою.

Посилання

Файли для різання оргскла, 3D-моделі, список для покупки, креслення плати та софт можна завантажити наприкінці моєї

Зараз уже мало хто пам'ятає, на жаль, що у 2005 році були Chemical Brothers і у них був чудовий кліп – Believe, де роботизована рукаганялася містом за героєм відео.

Тоді в мене виникла мрія. Нездійсненна на той момент, тому що ні найменшого уявлення про електроніку в мене не було. Але мені хотілося вірити – believe. Пройшло 10 років, і буквально вчора мені вдалося вперше зібрати свого власного робота-маніпулятора, запустити його в роботу, потім зламати, полагодити, і знову запустити в роботу, а принагідно знайти друзів і здобути впевненість у власних силах.

Увага, під катом спойлери!

Все почалося з (привіт, Майстер Кіт, і дякую, що дозволили написати у вашому блозі!), який був майже відразу знайдений та обраний після статті на Хабрі. На сайті йдеться, що зібрати робота - під силу навіть 8-річній дитині - чим я гірша? Я так само тільки пробую свої сили.

Спочатку була параною

Як справжній параноїк, одразу висловлю побоювання, які в мене були спочатку щодо конструктора. У моєму дитинстві спершу були добротні радянські конструктори, потім китайські іграшки, що розсипалися в руках... а потім дитинство скінчилося:(

Тому з того, що залишилося в пам'яті про іграшки, було:

• Пластмаса ламатиметься і кришитиметься в руках?
• Деталі нещільно підходитимуть один до одного?
• У наборі будуть не всі деталі?
• Зібрана конструкція буде неміцною та недовговічною?

І, нарешті, урок, який було винесено із радянських конструкторів:

• Частину деталей доведеться допилювати напилком
• А частини деталей просто не буде у наборі
• І ще частина спочатку не працюватиме, її доведеться міняти

Що я можу сказати зараз: не дарма у моєму улюбленому кліпі Believe головний геройбачить страхи там, де їх нема. Жодна з побоювань не виправдалася: деталей було рівно стільки, скільки потрібно, всі вони підходили один до одного, на мій погляд - ідеально, що дуже піднімало настрій по ходу роботи.

Деталі конструктора не тільки чудово підходять один до одного, але також продуманий той момент, що деталі майже неможливо переплутати. Щоправда, з німецькою педантичністю творці відклали гвинтиків рівно стільки скільки потрібноТому втрачати гвинтики по підлозі або плутати «який куди» при складанні робота небажано.

Технічні характеристики:

Довжина: 228 мм
Висота: 380 мм
Ширина: 160 мм
Вага у складанні: 658 гр.

Живлення: 4 батарейки типу D
Вага предметів, що піднімаються:до 100 гр
Підсвічування: 1 світлодіод
Тип управління:провідний дистанційний пульт
Приблизний час збирання: 6:00
Рух: 5 колекторних моторів
Захист конструкції під час руху:храповик

Рухливість:
Механізм захоплення: 0-1,77""
Рух зап'ястя:в межах 120 градусів
Рух ліктя:в межах 300 градусів
Рух плеча:в межах 180 градусів
Обертання на платформі:в межах 270 градусів

Вам знадобляться:

• подовжені плоскогубці (не вийде обійтися без них)
• бічні кусачки (можна замінити на ніж для паперу, ножиці)
• Хрестова викрутка
• 4 батарейки типу D

Важливо! Про дрібні деталі

До речі про «гвинтики». Якщо ви стикалися з подібною проблемою, і знаєте, як зробити збірку ще зручнішою - ласкаво просимо в коментарі. Поки що поділюсь своїм досвідом.

Однакові за функцією, але різні за довжиною болти та шурупи досить чітко прописані в інструкції, наприклад, на середньої фотовнизу ми бачимо болти P11 та P13. А може P14 – ну, тобто, ось знову, я знову їх плутаю. =)

Розрізнити їх можна: в інструкції прописано, скільки скільки міліметрів. Але, по-перше, не сидітимеш же зі штангенциркулем (особливо якщо тобі 8 років і в тебе його просто немає), а, по-друге, розрізнити їх у результаті можна тільки, якщо покласти поруч, що може не відразу прийти на розум (мені не спало, хе-хе).

Тому заздалегідь попереджу, якщо надумаєте збирати цього чи схожого робота самі, ось вам підказка:

• або заздалегідь придивіться до кріпильних елементів;
• або купіть собі більше дрібних гвинтів, саморізів і болтів, щоб не паритися.

Також, у жодному разі не викидайте нічого, поки не закінчите складання. На нижній фотографії в середині, між двома деталями від корпусу «голови» робота - невелике кільце, яке мало не полетіло на сміття разом з іншими «обрізками». А це, між іншим, тримач для світлодіодного ліхтарика у «голові» механізму захоплення.

Процес складання

До роботи додається інструкція без зайвих слів – лише зображення та чітко каталогізовані та промарковані деталі.

Деталі досить зручно відкушуються і зачистки не вимагають, але мені сподобалася ідея кожну деталь обробити ножем для картону та ножицями, хоч це й не обов'язково.

Складання починається з чотирьох з п'яти моторів, що входять в конструкцію, збирати які справжнє задоволення: я просто обожнюю шестерні механізми.

Моторчики ми виявили акуратно упакованими та «прилиплими» один до одного - готуйтеся відповісти на запитання дитини, чому колекторні моторчики магнітяться (можна одразу в коментарях! :)

Важливо:у 3 з 5 корпусів моторчиків потрібно втопити гайки з боків- На них надалі ми посадимо корпуси при складанні руки. Бічні гайки не потрібні тільки в моторчику, який піде в основу платформи, але щоб потім не згадувати, який корпус куди краще втопіть гайки в кожному з чотирьох жовтих корпусів відразу. Тільки для цієї операції будуть потрібні плоскогубці, надалі вони не знадобляться.

Приблизно через 30-40 хвилин кожен з 4х моторів виявився забезпеченим своїм шестерним механізмом і корпусом. Збирається все не складніше, ніж у дитинстві збирався Кіндер-сюрприз, тільки набагато цікавіше. Питання на уважність по фото вище:три з чотирьох вихідних шестерень чорні, а де біла? З її корпусу повинні виходити синій та чорний провід. В інструкції це все є, але, гадаю, звернути на це увагу ще раз варто.

Після того, як у вас на руках опинилися всі мотори, крім «головного», ви приступите до збирання платформи, на якій стоятиме наш робот. Саме на цьому етапі до мене прийшло розуміння, що зі шурупами і гвинтами треба було чинити більш вдумливо: як видно на фото вище, двох гвинтів для скріплення моторчиків разом за рахунок бічних гайок мені не вистачило - вони вже були десь мною вкручені в глибині вже зібраної платформи. Довелося імпровізувати.

Коли платформа та основна частина руки зібрані, інструкція запропонує вам перейти до збирання механізму захоплення, де повно дрібних деталей та рухомих частин – найцікавіше!

Але, треба сказати, що на цьому спойлери закінчаться і почнуться відео, тому що мені потрібно було їхати на зустріч з подругою і робота, якого не встигла закінчити, довелося захопити з собою.

Як стати душею компанії за допомогою робота

Легко! Коли ми продовжили збирання разом, стало зрозуміло: збирати робота самостійно. дужеприємно. Працювати над конструкцією разом – приємно подвійно. Тому сміливо можу рекомендувати цей набір для тих, хто не хоче сидіти у кафе за нудними розмовами, але хоче побачитись з друзями та добре провести час. Більше того, мені здається, і тимбілдинг з таким набором – наприклад, збірка двома командами, на швидкість – практично безпрограшний варіант.

Робот ожив у наших руках одразу, як тільки ми закінчили складання. Передати вам наше захоплення, я, на жаль, не можу словами, але, думаю, багато хто тут зрозуміє. Коли конструкція, яку ти сам зібрав, раптом починає жити повноцінним життям - це кайф!

Ми зрозуміли, що страшенно зголодніли і пішли поїсти. Іти було недалеко, тож робота ми донесли до рук. І тут на нас чекав ще один приємний сюрприз: робототехніка не тільки захоплююча. Вона ще й зближує. Як тільки ми сіли за столик, нас оточили люди, які хотіли познайомитись з роботом і зібрати собі такого самого. Найбільше хлопцям сподобалося вітатися з роботом «за щупальця», тому що поводиться він справді як живий, та й насамперед це ж рука! Словом, основні принципи аніматроніки були освоєні користувачами інтуїтивно. Ось як це виглядало:

Troubleshooting

Після повернення додому на мене чекав неприємний сюрприз, і добре, що він трапився до публікації цього огляду, тому що тепер ми відразу обговоримо troubleshooting.

Вирішивши спробувати посунути рукою по максимальній амплітуді, вдалося досягти характерного тріску і відмови функціональності механізму двигуна в лікті. Спершу це мене засмутило: ну ось, нова іграшка, тільки зібрана – і вже більше не працює.

Але потім мене осяяло: якщо ти сам її щойно зібрав, за чим же справа стала? =) Я ж чудово знаю набір шестерень усередині корпусу, а щоб зрозуміти, чи зламався сам мотор, чи просто недостатньо добре був закріплений корпус, можна не виймаючи моторчика з плати дати йому навантаження і подивитися, чи продовжаться клацання.

Ось тут мені і вдалося відчути себе справжнімробо-майстром!

Акуратно розібравши «ліктьовий суглоб», вдалося визначити, що без навантаження моторчик працює безперебійно. Розійшовся корпус, усередину випав один із шурупів (бо його примагнітив моторчик), і якби ми продовжили експлуатацію, то шестерні були б пошкоджені - у розібраному вигляді на них була виявлена ​​характерна «пудра» із пластмаси, що стерлася.

Дуже зручно, що робота не довелося розбирати. І класно насправді, що поломка сталася через не зовсім акуратне складання в цьому місці, а не через якісь заводські труднощі: їх у моєму наборі взагалі не було виявлено.

Порада:Спочатку після збирання тримайте викрутку і плоскогубці під рукою - можуть стати в нагоді.

Що можна виховати завдяки цьому набору?

Впевненість в собі!

Мало того, що в мене знайшлися спільні теми для спілкування з зовсім незнайомими людьми, але мені також вдалося самостійно не лише зібрати, а й полагодити іграшку! Отже, я можу не сумніватися: з моїм роботом завжди все буде ок. І це дуже приємне почуття, коли йдеться про улюблені речі.

Ми живемо у світі, де ми страшенно залежимо від продавців, постачальників, співробітників сервісу та наявності вільного часу та грошей. Якщо ти майже нічого не вмієш робити, тобі за все доведеться платити і, швидше за все, переплачувати. Можливість відремонтувати іграшку самому, тому що ти знаєш, як у неї влаштований кожен вузол - це безцінно. Нехай у дитини така впевненість у собі буде.

Підсумки

Що сподобалось:

• Зібраний за інструкцією робот не зажадав налагодження, запустився відразу
• Деталі майже неможливо переплутати
• Сувора каталогізація та наявність деталей
• Інструкція, яку не потрібно читати (тільки зображення)
• Відсутність значних люфтів та зазорів у конструкціях
• Легкість складання
• Легкість профілактики та ремонту
• Last but not least: свою іграшку збираєш сам, за тебе не працюють філіппінські діти

Що потрібно ще:

• Ще кріпильних елементів, про запас
• Деталі та запчастини до нього, щоб можна було замінити за потреби
• Ще роботів, різних та складних
• Ідеї, що можна покращити\приробити\прибрати - словом, на збірці гра не закінчується! Дуже хочеться, щоб вона продовжувалася!

Вердикт:

Збирати робота з цього конструктора - не складніше, ніж пазл або «Кіндер-сюрприз», тільки результат набагато масштабніший і викликав бурю емоцій у нас і оточуючих. Відмінний набір, дякую,

Даний проект є багаторівневим модульним завданням. Перший етап проекту - складання модуля роботизованої руки-маніпулятора, що постачається у вигляді набору деталей. Другим етапом завдання буде складання інтерфейсу IBM PC також із набору деталей. Нарешті, третій етап завдання є створення модуля голосового управління.

Маніпулятором робота можна управляти вручну за допомогою ручного пульта керування, що входить до комплекту набору. Рукою робота можна також керувати через зібраний з набору інтерфейс IBM PC, або використовуючи модуль голосового управління. Набір інтерфейсу IBM PC дозволяє керувати та програмувати дії робота через робочий комп'ютер IBM PC. Пристрій голосового керування дозволить вам керувати рукою робота за допомогою голосових команд.

Всі ці модулі разом утворюють функціональний пристрій, який дозволить вам проводити експерименти та програмувати автоматизовані послідовності дій або навіть «оживляти» керовану повністю «проводами» руку-маніпулятор.

Інтерфейс PC дозволить вам за допомогою персонального комп'ютера запрограмувати руку-маніпулятор на ланцюг автоматизованих дій або оживити її. Існує також опція, в якій можна управляти рукою в інтерактивному режимі, використовуючи або ручний контролер, або програму під Windows 95/98. «Оживлення» руки є «розважальною» частиною ланцюжка запрограмованих автоматизованих дій. Наприклад, якщо ви одягнете на руку-маніпцулятор дитячу ляльку рукавички і запрограмуєте пристрій на показ невеликого шоу, то ви запрограмуєте «оживання» електронної ляльки. Програмування автоматизованих процесів знаходить широке застосування у промисловості та промисловості розваг.

Найбільш широко застосовуваним у промисловості роботом є робот рука-маніпулятор. Рука робота є виключно гнучкий інструмент хоча б тому, що кінцевий сегмент маніпулятор руки може бути відповідним інструментом, необхідним для конкретного завдання або виробництва. Наприклад, шарнірний зварювальний маніпулятор може бути використаний для точкового зварювання, за допомогою сопла-розпилювача можна фарбувати різні деталі та вузли, а захоплення може використовуватися для затискання та встановлення предметів – це лише деякі приклади.

Отже, як бачимо, рука-маніпулятор робота виконує багато корисних функцій і може бути ідеальним інструментом вивчення різних процесів. Однак створення роботизованої руки-маніпулятора з «нуля» є складним завданням. Набагато простіше зібрати руку з деталей готового набору. Компанія OWI продає достатньо гарні наборируки-маніпулятори, які можна придбати у багатьох дистриб'юторів електронних пристроїв(Див. список деталей в кінці цього розділу). За допомогою інтерфейсу можна підключити зібрану руку-маніпулятор до порту принтера робочого комп'ютера. Як робочий комп'ютер можна використовувати машину серії IBM PC або сумісну, яка підтримує DOS або Windows 95/98.

Після підключення до порту принтера комп'ютера рукою-маніпулятором можна керувати в інтерактивному режимі або програмним чином із комп'ютера. Керування рукою в інтерактивному режимі дуже просто. Для цього достатньо натиснути на одну з функціональних клавіш, щоб передати роботу команду виконання того чи іншого руху. Друге натискання клавіші припиняє виконання команди.

Програмування ланцюжка автоматизованих дій також не становить особливих труднощів. Спершу натисніть клавішу Program, щоб перейти в програмну моду. У цій моді рука функціонує точно так, як це було описано вище, але при цьому на додаток кожна функція і час її дії фіксуються в script-файлі. Script-файл може містити до 99 різних функцій, включаючи паузи. Сам файл script може бути повторно відтворений 99 разів. Запис різних script-файлів дозволяє проводити експерименти з керованою комп'ютером послідовністю автоматизованих дій та «пожвавлення» руки. p align="justify"> Робота з програмою під Windows 95/98 більш детально описана нижче. Програма під Windows включена в набір інтерфейсу роботизованої руки-маніпулятора або може бути безкоштовно завантажена з Інтернету http://www.imagesco.com.

На додаток до програми Windows можна керувати рукою, використовуючи BASIC або QBASIC. Програма рівня DOS міститься на дискетах, які у комплект набору інтерфейсу. Однак DOS програма дозволяє здійснювати керування лише в інтерактивному режимі з використанням клавіатури (див. роздрук BASIC програми на одній з дискет). Програма рівня DOS не дозволяє створювати файли script. Однак якщо є досвід програмування на BASIC, то послідовність рухів руки-маніпулятора може бути запрограмована аналогічно роботі файлу script, що використовується в програмі під Windows. Послідовність рухів може повторюватися, як це зроблено у багатьох «живих» роботах.

Роботизована рука-маніпулятор

Рука-маніпулятор (див. рис. 15.1) має три ступені свободи руху. Ліктове зчленування може переміщатися вертикально вгору-вниз дугою приблизно 135°. Плечовий «суглоб» переміщує захоплення вперед і назад дугою приблизно 120°. Рука може повертатися на підставі годинникової стрілки або проти годинникової стрілки на кут приблизно 350°. Захоплення руки робота може брати та утримувати об'єкти до 5 см у діаметрі та повертатися навколо у кистьовому зчленуванні приблизно на 340°.

Мал. 15.1. Кінематична схема рухів та поворотів руки-робота

Для приведення руки в рух компанія OWI Robotic Arm Trainer використовувала п'ять мініатюрних двигунів постійного струму. Двигуни забезпечують керування рукою за допомогою дротів. Таке «провідне» управління означає, що кожна функція руху робота (тобто робота відповідного двигуна) керується окремими проводами (подачею напруги). Кожен із п'яти двигунів постійного струму керує своїм рухом руки-маніпулятора. Управління проводами дозволяє зробити блок контролера руки, що безпосередньо реагує на електричні сигнали. Це полегшує схему інтерфейсу руки робота, який підключається до порту принтера.

Рука виготовлена ​​із легкого пластику. Більшість деталей, що несуть основне навантаження, також виконані із пластику. Двигуни постійного струму, використані в конструкції руки, являють собою мініатюрні високооборотні двигуни з низьким моментом, що крутить. Для збільшення крутного моменту кожен двигун з'єднаний з редуктором. Двигуни разом із редукторами встановлені всередині конструкції руки-маніпулятора. Хоча редуктор збільшує момент, що крутить, рука робота не може підняти або нести досить важкі предмети. Рекомендована максимально допустима вага при піднятті становить 130 г.

Набір для виготовлення руки робота та його компоненти представлені на рисунках 15.2 та 15.3.

Мал. 15.2. Набір для виготовлення руки-робота

Мал. 15.3. Редуктор перед збиранням

Принцип керування двигунами

Для того щоб зрозуміти принцип роботи керування по дротах, подивимося, як цифровий сигнал керує роботою окремого двигуна постійного струму. Для керування двигуном потрібні два комплементарні транзистори. Один транзистор має провідність типу PNP, інший – відповідно провідність типу NPN. Кожен транзистор працює як електронний ключ, керуючи рухом струму, що протікає через двигун постійного струму. Напрями руху струму, керовані кожним із транзисторів, протилежні. Напрямок струму визначає напрямок обертання двигуна відповідно за годинниковою стрілкою або проти годинникової стрілки. На рис. 15.4 наведено тестову схему, яку ви можете зібрати перед виготовленням інтерфейсу. Зверніть увагу, що коли обидва транзистори замкнені, двигун вимкнений. У кожний момент часу має бути включений лише один транзистор. Якщо в якийсь момент обидва транзистори випадково виявляться відкритими, це призведе до короткому замиканню. Кожен двигун управляється двома транзисторами інтерфейсу, що працюють аналогічним чином.

Мал. 15.4. Схема пристрою перевірки

Конструкція інтерфейсу для PC

Схема PC інтерфейсу наведено на рис. 15.5. У набір деталей інтерфейсу PC входить друкована плата, розташування деталей на якій показано на рис. 15.6.

Мал. 15.5. Принципова схемаінтерфейсу PC

Мал. 15.6. Схема розташування деталей РС інтерфейсу

Насамперед потрібно визначити бік монтажу друкованої плати. На боці монтажу прокреслено білі лінії, що позначають резистори, транзистори, діоди, ІС та роз'єм DB25. Усі деталі вставляють у плату з монтажного боку.

Загальна вказівка: після паяння деталі до провідників друкованої плати необхідно видалити надмірно довгі висновки з боку друку. Дуже зручно дотримуватись певної послідовності при монтажі деталей. Спершу змонтуйте резистори 100 кОм (кольорове маркування кілець: коричневе, чорне, жовте, золоте або срібне), які позначені R1-R10. Потім змонтуйте 5 діодів D1-D5, переконавшись, що чорна смужка на діодах знаходиться навпроти гнізда DB25, як показано білими лініями, нанесеними на монтажну сторону друкованої плати. Потім змонтуйте резистори 15 кОм (кольорове маркування, коричневий, зелений, помаранчевий, золотий або срібний), позначені R11 та R13. У позиції R12 припаяйте до плати червоний світлодіод. Анод світлодіода відповідає отвору під R12, позначеним знаком +. Потім змонтуйте 14- та 20-контактні панельки під ІС U1 та U2. Змонтуйте та впаяйте роз'єм DB25 кутового типу. Не намагайтеся вставляти ніжки роз'єму в плату із зайвим зусиллям, тут потрібна виключно точність. За потреби обережно похитайте роз'єм, намагаючись не погнути ніжки висновків. Закріпіть перемикач двигуна і регулятор напруги типу 7805. Відріжте чотири шматки дроту необхідної довжини і припаяйте до верхньої частини перемикача. Дотримуйтесь розташування проводів, як показано на малюнку. Вставте та впаяйте транзистори TIP 120 та TIP 125. Нарешті, впаяйте восьмиконтактний цокольний роз'єм та з'єднувальний 75 міліметровий кабель. Цоколь монтується так, що найдовші висновки дивляться нагору. Вставте дві ІС – 74LS373 та 74LS164 – у відповідні панелі. Переконайтеся, що положення ключа ІС на кришці збігається з ключем, позначеним білими лініями на друкованій платі. Ви могли побачити, що на платі залишилися місця під додаткові деталі. Це місце призначене для адаптера змінного струму. На рис. 15.7 показано фотографію готового інтерфейсу з боку монтажу.

Мал. 15.7. PC інтерфейс в зборі. Вид зверху

Принцип роботи інтерфейсу

Рука-маніпулятор має п'ять двигунів постійного струму. Відповідно нам знадобляться 10 шин входу/виходу для керування кожним двигуном, включаючи напрямок обертання. Паралельний (принтерний) порт IBM PC та сумісних машин містить лише вісім шин вводу/виводу. Для збільшення числа шин управління в інтерфейсі руки робота використовується ІС 74LS164, яка є перетворювачем послідовного коду на паралельний (SIPO). При використанні всього двох шин паралельного порту D0 і D1, якими надсилається послідовний код в ІС, ми можемо отримати вісім додаткових шин вводу/виводу. Як мовилося раніше, можна створити вісім шин ввода/вывода, але у цьому інтерфейсі використовуються п'ять із них.

Коли послідовний код надходить на вхід ІВ 74LS164, на виході ІВ з'являється відповідний паралельний код. Якби виходи ІС 74LS164 були безпосередньо підключені до входів транзисторів, що управляють, то окремі функції руки-маніпулятора включалися і вимикалися б в такт посилці послідовного коду. Очевидно, що така ситуація є неприпустимою. Щоб уникнути цього, у схему інтерфейсу введено другу ІС 74LS373 – керований восьмиканальний електронний ключ.

ІС 74LS373 восьмиканальний ключ має вісім вхідних та вісім вихідних шин. Двійкова інформація, присутня на вхідних шинах, передається на відповідні виходи ІС тільки в тому випадку, якщо на ІВ подано дозвільний сигнал. Після вимкнення роздільного сигналу поточний станвихідних шин зберігається (запам'ятовується). У цьому стані сигнали на вході ІВ не мають жодного впливу на стан вихідних шин.

Після передачі послідовного пакета інформації в ІВ 74LS164 з виведення D2 паралельного порту подається сигнал на ІС 74LS373. Це дозволяє передати інформацію вже в паралельному коді з входу ІС 74LS174 на вихідні шини. Станом вихідних шин управляються відповідно транзистори TIP 120, які, своєю чергою, керують функціями руки-маніпулятора. Процес повторюється під час подачі кожної нової команди на руку-маніпулятор. Шини паралельного порту D3-D7 керують безпосередньо транзисторами TIP 125.

Підключення інтерфейсу до руки-маніпулятора

Живлення роботизованої руки-маніпулятора здійснюється від джерела живлення 6, що складається з чотирьох D-елементів, розташованих в основі конструкції. Інтерфейс PC живиться також від цього джерела 6 В. Джерело живлення є біполярним і видає напруги ±3 В. Живлення на інтерфейс подається через восьмиконтактний роз'єм Molex, приєднаний до основи маніпулятора.

Приєднайте інтерфейс до руки-маніпулятора за допомогою восьмижильного кабелю Molex довжиною 75 мм. Кабель Molex приєднується до роз'єму, розташованого в основі маніпулятора (див. рис. 15.8). Перевірте, чи правильно вставлено гніздо. Для з'єднання плати інтерфейсу з комп'ютером використовується кабель типу DB25 довжиною 180 см, що є у наборі. Один кінець кабелю приєднується до порту принтера. Інший кінець з'єднується з гніздом DB25 на платі інтерфейсу.

Мал. 15.8. З'єднання РС інтерфейсу з рукою-роботом

У більшості випадків до порту принтера штатно підключено принтер. Щоб не займатися приєднанням та відключенням роз'ємів кожного разу, коли ви хочете використовувати маніпулятор, корисно придбати двопозиційний блок перемикача шин принтерів A/B (DB25). Приєднайте роз'єм інтерфейсу маніпулятора до входу А, а принтер – до входу В. Тепер можна використовувати перемикач для з'єднання комп'ютера або з принтером, або з інтерфейсом.

Встановлення програми під Windows 95

Вставте дискету 3,5" з позначкою "Disc 1" у дисковод для флоппі-дисків і запустіть програму установки (setup.exe). Програма установки створить директорію з ім'ям "Images" на жорсткому диску і скопіює необхідні файли в цю директорію. У Start меню з'явиться піктограма Images Для запуску програми клацніть на іконці Images у стартовому меню.

Робота з програмою під Windows 95

З'єднайте інтерфейс із портом принтера комп'ютера за допомогою кабелю DB 25 довжиною 180 см. З'єднайте інтерфейс з основою руки-маніпулятора. До певного часу тримайте інтерфейс у вимкненому стані. Якщо в цей час увімкнути інтерфейс, інформація, що збереглася в порту принтера, може викликати рухи руки-маніпулятора.

Клацнувши двічі по іконці Images у стартовому меню, запустіть програму. Вікно програми показано на рис. 15.9. Під час роботи програми червоний світлодіод на платі інтерфейсу має блимати. Примітка:щоб світлодіод почав блимати, включення живлення інтерфейсу не потрібно. Швидкість миготіння світлодіода визначається швидкістю роботи процесора комп'ютера. Мерехтіння світлодіода може виявитися дуже тьмяним; для того, щоб це помітити, вам, можливо, доведеться зменшити освітленість у кімнаті і скласти долоні «кільцем» для спостереження за світлодіодом. Якщо світлодіод не блимає, можливо, програма звертається за помилковою адресою порту (порт LPT). Щоб переключити інтерфейс на іншу адресу порту (LPT порт), зайдіть у вікно меню установки адреси порту принтера (Printer Port Options box), розташованого у правому верхньому куті екрана. Виберіть іншу опцію. Правильне встановленняадреса порту викликає блимання світлодіода.

Мал. 15.9. Скріншот програми PC інтерфейсу під Windows

Коли світлодіод буде блимати, клацніть на іконці Puuse і лише після цього увімкніть інтерфейс. Клацання відповідної функціональної клавіші викличе рух у відповідь руки-маніпулятора. Повторне Клацання призведе до зупинки руху. Використання функціональних клавіш для керування рукою називається інтерактивною модою керування.

Створення файлу script

Для програмування рухів та автоматизованих послідовностей дій руки-маніпулятора використовуються файли script. Script-файл містить список тимчасових команд, які керують рухами руки-маніпулятора. Створити файл script дуже просто. Для створення файлу натисніть функціональну клавішу program. Ця операція дозволить увійти в моду програмування script-файлу. Натискаючи на функціональні клавіші, ми керуватимемо рухами руки, як ми вже робили, але при цьому інформація команд записуватиметься в жовту script-таблицю, розташовану в нижньому лівому кутку екрана. Номер кроку, починаючи з одиниці, буде вказано в лівій колонці, а для кожної нової команди він збільшуватиметься на одиницю. Тип руху (функції) вказано у середній колонці. Після повторного клацання функціональної клавіші виконання руху припиняється, а третьої колонці з'являється значення часу виконання руху від початку до закінчення. Час виконання руху вказується з точністю до чверті секунди. Продовжуючи так само, користувач може запрограмувати в script-файл до 99 рухів, включаючи паузи в часі. Потім файл script можна зберегти, а надалі завантажити з будь-якої директорії. Виконання команд файлу script можна циклічно повторити до 99 разів, для чого необхідно ввести кількість повторів у вікно Repeat і натиснути Start. Для закінчення запису в файл script натисніть клавішу Interactive. Ця команда переведе комп'ютер назад до інтерактивного режиму.

«Оживлення» предметів

Script-файли можуть бути використані для комп'ютерної автоматизації дій або для пожвавлення предметів. У разі пожвавлення предметів керований роботизований механічний скелет зазвичай покритий зовнішньою оболонкою і сам не видно. Пам'ятаєте ляльку-рукавичку, описану на початку глави? Зовнішня оболонка може мати вигляд людини (частково або повністю), прибульця, тварини, рослини, каменю і чогось іншого.

Обмеження галузі застосування

Якщо ви хочете досягти професійного рівнявиконання автоматизованих дій чи «пожвавлення» предметів, то, так би мовити, для підтримки марки, точність позиціонування при виконанні рухів у кожний момент часу має наближатися до 100%.

Однак ви можете помітити, що в міру повторення послідовності дій, записаних у файлі script, положення руки-маніпулятора (патерн-руху) буде відрізнятися від початкового. Це відбувається з кількох причин. У міру розряду батарей джерела живлення руки-маніпулятора зменшення потужності, що підводиться до двигунів постійного струму, призводить до зниження моменту, що крутить, і швидкості обертання двигунів. Таким чином, довжина переміщення маніпулятора і висота піднятого вантажу за той самий проміжок часу буде відрізнятися для свіжих і «свіжих» батарей. Але причина не лише у цьому. Навіть при стабілізованому джерелі живлення частота обертання валу двигуна змінюватиметься, оскільки відсутня регулятор частоти обертання двигуна. Для кожного фіксованого відрізка часу кількість обертів щоразу трохи відрізнятиметься. Це призведе до того, що кожного разу буде відрізнятися і положення руки-маніпулятора. На додачу до всього, в шестернях редуктора є певний люфт, який також не береться до уваги. Під впливом всіх цих факторів, які ми тут докладно розглянули, при виконанні циклу повторюваних команд файлу script-файлу положення руки-маніпулятора буде щоразу трохи відрізнятися.

Пошук вихідного положення

Можна удосконалити роботу пристрою, додавши до нього схему зворотного зв'язку, яка відстежує положення руки-маніпулятора. Ця інформація може бути введена до комп'ютера, що дозволить визначити абсолютне положення маніпулятора. З такою системою позиційного зворотного зв'язку можливе встановлення положення руки-маніпулятора в одну і ту ж точку на початку виконання кожної послідовності команд, записаних у script-файлі.

Для цього є багато можливостей. В одному з основних методів позиційний контроль у кожній точці не передбачено. Натомість використовується набір кінцевих вимикачів, які відповідають вихідній «стартовій» позиції. Кінцеві вимикачі визначають лише одну позицію – коли маніпулятор доходить до положення «старт». Щоб це зробити, необхідно встановити послідовність кінцевих вимикачів (кнопок) таким чином, щоб вони замикалися, коли маніпулятор досягає крайнього положення у тому чи іншому напрямку. Наприклад, один кінцевий вимикач можна встановити на підставі маніпулятора. Вимикач повинен спрацьовувати лише тоді, коли рука-маніпулятор досягне крайнього положення при обертанні за годинниковою стрілкою. Інші кінцеві вимикачі потрібно встановити на плечовому та ліктьовому зчленуванні. Вони повинні спрацьовувати за повного розгинання відповідного зчленування. Ще один вимикач встановлюється на пензлі та спрацьовує, коли пензель повертається до упору за годинниковою стрілкою. Останній кінцевий вимикач встановлюється на захопленні та замикається при його повному відкриванні. Щоб поставити маніпулятор у вихідне положення, кожен можливий рух маніпулятора здійснюється у бік, необхідний для замикання відповідного кінцевого вимикача, доки цей вимикач не замкнеться. Після того як досягнуто початкове положення для кожного руху, комп'ютер буде точно знати справжнє положення руки-маніпулятора.

Після досягнення вихідного становища ми можемо заново запустити програму, записану в script-файлі, з припущення, що помилка позиціонування під час виконання кожного циклу накопичуватиметься досить повільно, що ні призводитиме до занадто великим відхиленням становища маніпулятора від бажаного. Після виконання script-файлу рука виставляється у вихідне положення, і цикл роботи файлу script повторюється.

У деяких послідовностях знання тільки вихідного положення виявляється недостатнім, наприклад, при піднятті яйця без ризику роздавити його шкаралупу. У подібних випадках необхідна складніша та точна системапозиційного зворотного зв'язку. Сигнали датчиків можуть бути оброблені за допомогою АЦП. Отримані сигнали можуть бути використані для визначення значень таких параметрів, як положення, тиск, швидкість і момент, що обертає. Як ілюстрацію можна навести такий простий приклад. Уявіть, що ви прикріпили невеликий лінійний резистор змінний до вузла захоплення. Змінний резистор встановлений таким чином, що переміщення його двигуна вперед і назад пов'язане з відкриттям та закриттям захоплення. Таким чином, залежно від ступеня відкриття захоплення змінюється опір змінного резистора. Після калібрування, за допомогою вимірювання поточного опору змінного резистора можна точно встановити кут розкриття затискачів захоплення.

Створення подібної системи зворотного зв'язку вводить ще один рівень складності пристрою і, відповідно, призводить до його подорожчання. Тому більш простим варіантом є введення системи ручного керування для коригування положення та рухів руки-маніпулятора у процесі виконання script-програми.

Система ручного керування інтерфейсом

Після того, як ви переконаєтеся, що інтерфейс працює правильним чином, можна за допомогою 8-контактного плоского роз'єму підключити до нього блок ручного керування. Перевірте положення підключення 8-контактного роз'єму Molex до головки роз'єму на платі інтерфейсу, як показано на рис. 15.10. Акуратно вставте гніздо до його надійного з'єднання. Після цього рукою-маніпулятором можна керувати з ручного пульта будь-якої миті часу. Не має значення, чи інтерфейс з'єднаний з комп'ютером чи ні.

Мал. 15.10. Підключення ручного керування

Програма DOS керування з клавіатури

Є DOS програма, що дозволяє керувати роботою руки-маніпулятора з комп'ютерної клавіатури в інтерактивному режимі. Список клавіш, які відповідають виконанню тієї чи іншої функції, наведено в таблиці.

В голосовому управлінні рукою-маніпулятором використовується набір розпізнавання мовлення (УРР), описаний в гол. 7. У цьому розділі ми виготовимо інтерфейс, який зв'язує УРР з рукою-маніпулятором. Цей інтерфейс також пропонується у вигляді набору компанією Images SI, Inc.

Схема інтерфейсу для УРР показано на рис. 15.11. В інтерфейсі використаний мікроконтролер 16F84. Програма для мікроконтролера виглядає так:

'Програма інтерфейсу УРР

Symbol PortA = 5

Symbol TRISA = 133

Symbol PortB = 6

Symbol TRISB = 134

If bit4 = 0 then trigger 'Якщо запис у тригер дозволено, читати схе

Goto start ‘Повторення

pause 500 'Чекання 0,5 с

Peek PortB, B0 ‘Читання коду BCD

If bit5 = 1 then send “Вихідний код

goto start ‘Повторення

peek PortA, b0 ‘Читання порту А

if bit4 = 1 then eleven 'Число є 11?

poke PortB, b0 ‘Вихідний код

goto start ‘Повторення

if bit0 = 0 then ten

goto start ‘Повторення

goto start ‘Повторення

Мал. 15.11. Схема контролера УРР для руки-робота

Оновлення програми під 16F84 можна безкоштовно завантажити з http://www.imagesco.com

Програмування інтерфейсу УРР

Програмування інтерфейсу УРР аналогічне процедурі програмування УРР набору, описаного в гол. 7. Для правильної роботируки-маніпулятора ви повинні запрограмувати командні слова відповідно до номерів, що відповідають певному руху маніпулятора. У табл. 15.1 наведено приклади командних слів, які керують роботою руки-маніпулятора. Ви можете вибрати командні слова на ваш смак.

Таблиця 15.1

Список деталей для інтерфейсу PC

(5) Транзистор NPN TIP120

(5) Транзистор PNP TIP 125

(1) ІС 74164 перетворювач коду

(1) ІС 74LS373 вісім ключів

(1) Світлодіод червоний

(5) Діод 1N914

(1) Гніздо роз'єму Molex на 8 контактів

(1) Кабель Molex 8-жильний довжиною 75 мм

(1) Двопозиційний перемикач

(1) Роз'єм кутовий типу DB25

(1) Кабель DB 25 1,8 м із двома роз'ємами М – типу.

(1) Друкована плата

(3) Резистор 15 кОм, 0,25 Вт

Усі перелічені деталі входять у комплект набору.

Список деталей для інтерфейсу розпізнавання мовлення

(5) Транзистор NPN TIP 120

(5) Транзистор PNP TIP 125

(1) ІС 4011 логічний елемент АБО-НЕ

(1) ІС 4049 – 6 буферів

(1) ІС 741 операційний підсилювач

(1) Резистор 5,6 кОм, 0,25 Вт

(1) Резистор 15 кОм, 0,25 Вт

(1) Головна частина роз'єму Molex 8 контактів

(1) Кабель Molex 8 жил, довжина 75 мм

(10) Резистор 100 кОм, 0,25 Вт

(1) Резистор 4,7 кОм, 0,25 Вт

(1) ІС регулятор напруги 7805

(1) ІС PIC 16F84 мікроконтролер

(1) Кварцовий резонатор 4,0 МГц

Набір інтерфейсу руки-маніпулятор

Набір для виготовлення руки маніпулятора компанії OWI

Інтерфейс розпізнавання мови для руки-маніпулятора

Набір пристрою розпізнавання мовлення

Деталі можна замовити у:

Images, SI, Inc.

Спочатку будуть порушені загальні питання, потім технічні характеристикирезультату, деталі, а під кінець і сам процес збирання.

В цілому та загальному

створення даного пристроюзагалом не повинно викликати якихось складнощів. Необхідно буде якісно продумати тільки можливості, що буде досить складно здійснити з фізичної точки зору, щоб рука-маніпулятор виконувала поставлені перед нею завдання.

Технічні характеристики результату

Розглядатиметься зразок з параметрами довжини/висоти/ширини відповідно 228/380/160 міліметрів. Вага зробленої складатиме приблизно 1 кілограм. Для керування використовується провідний дистанційний пульт. Орієнтовний час збирання за наявності досвіду – близько 6-8 годин. Якщо його немає, то можуть піти дні, тижні, а за потурання і місяці, щоб була зібрана рука-маніпулятор. Своїми руками та одному в таких випадках варто робити хіба що для власного інтересу. Для руху складових використовуються колекторні двигуни. Доклавши достатньо зусиль, можна зробити прилад, який повертатиметься на 360 градусів. Також для зручності роботи, крім стандартного інструментарію на кшталт паяльника та припою, необхідно запастися:

1. Подовженими плоскогубцями.
2. Бічні кусачки.
3. Хрестовий викруткою.
4. 4-ма батарейками типу D.

Пульт дистанційного керування можна реалізувати, використовуючи кнопки та мікроконтролер. За бажання зробити дистанційне бездротове керування елемент контролю дій знадобиться і в руці-маніпуляторі. Як доповнення необхідні будуть лише пристрої (конденсатори, резистори, транзистори), які дозволять стабілізувати схему і передавати по ній у потрібні моменти часу струм необхідної величини.

Дрібні деталі

Для регуляції кількості обертів можна використовувати перехідні коліщатка. Вони дозволять зробити рух руки-маніпулятора плавними.

Також необхідно подбати про те, щоб дроти не ускладнювали її рухи. Оптимальним буде прокласти їх усередині конструкції. Можна зробити все і ззовні, такий підхід заощадить час, але потенційно може призвести до складнощів у переміщенні окремих вузлів або всього пристрою. А тепер як зробити маніпулятор?

Складання в загальних рисах

Тепер приступаємо безпосередньо до створення руки-маніпулятора. Починаємо з основи. Необхідно забезпечити можливість повороту пристрою на всі боки. Хорошим рішеннямбуде його розміщення на дисковій платформі, яка приводиться у обертання за допомогою одного двигуна. Щоб вона могла обертатися в обидві сторони, існує два варіанти:

1. Встановлення двох двигунів. Кожен із них відповідатиме за поворот у конкретну сторону. Коли один працює, другий перебуває у стані спокою.
2. Установка одного двигуна зі схемою, яка зможе змусити його крутиться в обидва боки.

Який із запропонованих варіантів обрати, залежить виключно від вас. Далі робиться основна конструкція. Для комфорту роботи необхідно два «суглоби». Прикріплений до платформи повинен уміти нахилятися в різні боки, що вирішується за допомогою двигунів, які розміщені в його основі. Ще один або пару слід розмістити в місці ліктьового вигину, щоб частину захоплення можна було переміщати горизонтальною та вертикальною лінією системи координат. Далі, за бажання отримати максимальні можливості, можна встановити ще двигун у місці зап'ястя. Далі найбільш необхідне, без чого не представляється рука-маніпулятор. Своїми руками належить зробити сам пристрій захоплення. Тут є безліч варіантів реалізації. Можна дати наведення за двома найпопулярнішими:

Відео: Як зробити маніпулятор

1. Використовується лише два пальці, які одночасно стискають та розтискають об'єкт захоплення. Є найпростішою реалізацією, яка, щоправда, зазвичай може похвалитися значної вантажопідйомністю.
2. Створюється зразок людської руки. Тут для всіх пальців може використовуватися один двигун, за допомогою якого здійснюватиметься згин/розгин. Але можна зробити і конструкцію складнішою. Так, можна до кожного пальця приєднати по двигуну та керувати ними окремо.

Далі залишається зробити пульт, за допомогою якого буде впливати на окремі двигуни та темпи їх роботи. І можна приступати до експериментів, використовуючи робот-маніпулятор, зроблений своїми руками.

Можливі схематичні зображення результату

Рука-маніпулятор надає широкі можливості для творчих вигадок. Тому надаються вашій увазі кілька реалізацій, які можна взяти за основу для створення власного пристрою такого призначення.

Відео: маніпулятор своїми руками.mpg

Будь-яка схема маніпулятора може бути вдосконалена.

Висновок

Важливим у робототехніці є те, що практично не існує обмеження щодо функціонального покращення. Тому за бажання створити справжній витвір мистецтва не складе труднощів. Говорячи про можливі шляхи додаткового покращення, слід зазначити кран-маніпулятор. Своїми руками зробити такий пристрій не складе труднощів, одночасно він дозволить привчити дітей до творчої праці, науки та конструювання. А це, у свою чергу, позитивно може позначитися на їхньому майбутньому житті. Чи складно зробити кран-маніпулятор своїми руками? Це не так проблемно, як здається на перший погляд. Хіба що варто подбати про наявність додаткових дрібних деталей на кшталт троса та коліс, за якими він крутитиметься.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!