Arduino системи за управление на манипулатори. Роботизирана ръка манипулатор

Изглед от вътрешната страна на дланта на хуманоидния робот RKP-RH101-3D. Дланта на ръката на хуманоидния робот е притисната на 50%. (виж фиг. 2).

В този случай са възможни сложни движения на ръката на хуманоиден робот, но програмирането става по-сложно, интересно и вълнуващо. В същото време на всеки от пръстите на ръката на хуманоидния робот е възможно да се инсталират допълнителни различни сензори и сензори, които контролират различни процеси.

Така е в общ контурманипулаторно устройство RKP-RH101-3D. Що се отнася до сложността на задачите, които може да реши даден робот, оборудван с различни манипулатори, които заместват ръцете му, те до голяма степен зависят от сложността и съвършенството на устройството за управление.
Прието е да се говори за три поколения роботи: индустриални, адаптивни и с изкуствен интелект. Но без значение какъв вид робот е проектиран, той не може без ръце на манипулатор, за да изпълнява различни задачи. Връзките на манипулатора са подвижни една спрямо друга и могат да извършват ротационни и транслационни движения. Понякога, вместо просто да грабне обект от индустриални роботи, последната връзка на манипулатора (ръката му) е някакъв работен инструмент, например бормашина, гаечен ключ, пръскачка за боя или заваръчна горелка. Хуманоидните роботи могат също така да имат различни допълнителни миниатюрни устройства на върха на пръстите на своите манипулатори с форма на ръка, например за пробиване, гравиране или рисуване.

Общ изглед на хуманоиден боен робот на сервоприводи с ръце RKP-RH101-3D (виж фиг. 3).

Здравей Giktimes!

Проектът uArm от uFactory събра средства на Kickstarter преди повече от две години. Те казаха от самото начало, че това ще бъде отворен проект, но веднага след края на компанията не бързаха да публикуват изходния код. Просто исках да изрежа плексигласа според техните чертежи и това е, но тъй като нямаше изходни материали и нямаше такова нещо в обозримо бъдеще, започнах да повтарям дизайна от снимки.

Сега моята роботизирана ръка изглежда така:

Работейки бавно за две години, успях да направя четири версии и натрупах доста опит. Можете да намерите описанието, историята на проекта и всички файлове на проекта под изрязването.

Проба и грешка

Когато започнах да работя по чертежите, исках не просто да повторя uArm, но и да го подобря. Струваше ми се, че в моите условия е напълно възможно да се направи без лагери. Също така не ми хареса факта, че електрониката се върти заедно с целия манипулатор и исках да опростя дизайна на долната част на пантата. Плюс това веднага започнах да го рисувам малко по-малък.

С тези входни параметри начертах първата версия. За съжаление нямам никакви снимки на тази версия на манипулатора (която е направена през жълт цвят). Грешките в него бяха просто епични. Първо, беше почти невъзможно да се сглоби. По правило механиката, която нарисувах преди манипулатора, беше доста проста и не трябваше да мисля за процеса на сглобяване. Но все пак го сглобих и се опитах да го запаля и ръката ми почти не мръдна! Всички части се въртяха около винтовете и ако ги затегна така, че да има по-малко луфт, тя не можеше да мръдне. Ако го разхлабя, за да може да се движи, се появява невероятна луфт. В резултат на това концепцията не оцеля дори три дни. И той започна да работи върху втората версия на манипулатора.

Червеното вече беше доста подходящо за работа. Сглобява се нормално и може да се движи със смазване. Успях да тествам софтуера на него, но все пак липсата на лагери и големите загуби при различни напъни го направиха много слаб.

След това изоставих работата по проекта за известно време, но скоро реших да го доведа докрай. Реших да използвам по-мощни и популярни серво, да увелича размера и да добавя лагери. Освен това реших, че няма да се опитвам да направя всичко перфектно наведнъж. Скицирах чертежите на бързи ръце, без чертане на красиви връзки и наредено изрязване от прозрачен плексиглас. Използвайки получения манипулатор, успях да отстраня грешки в процеса на сглобяване, идентифицирах области, които се нуждаят от допълнително укрепване, и се научих как да използвам лагери.

След като се забавлявах много с прозрачния манипулатор, започнах да рисувам финалната бяла версия. И така, сега всички механики са напълно отстранени, подхождат ми и съм готов да кажа, че не искам да променям нищо друго в този дизайн:

Депресира ме, че не можах да внеса нищо фундаментално ново в проекта uArm. По времето, когато започнах да рисувам финалната версия, те вече бяха пуснали 3D моделите в GrabCad. В резултат на това просто опростих малко нокътя, подготвих файловете в удобен формат и използвах много прости и стандартни компоненти.

Характеристики на манипулатора

Преди да се появи uArm, настолни манипулаториот този клас изглеждаше доста тъжно. Те или нямаха никаква електроника, или имаха някакво управление с резистори, или имаха собствен патентован софтуер. Второ, те обикновено нямат система от паралелни панти и самата ръкохватка променя позицията си по време на работа. Ако съберете всички предимства на моя манипулатор, ще получите доста дълъг списък:

Пръчкова система, която позволява да се поставят мощни и тежки двигатели в основата на манипулатора, както и да държи грайфера успоредно или перпендикулярно на основата
Прост набор от компоненти, които лесно се купуват или изрязват от плексиглас
Лагери в почти всички компоненти на манипулатора
Лесен за сглобяване. Това се оказа наистина трудна задача. Особено трудно беше да се обмисли процесът на сглобяване на основата
Позицията на захвата може да се променя на 90 градуса
Отворен код и документация. Всичко е подготвено в достъпни формати. Ще предоставя връзки за изтегляне на 3D модели, файлове за рязане, списък с материали, електроника и софтуер
Съвместим с Arduino. Има много противници на Arduino, но вярвам, че това е възможност за разширяване на аудиторията. Професионалистите могат лесно да напишат своя софтуер на C - това е обикновен контролер от Atmel!

Механика

За да сглобите, трябва да изрежете части от плексиглас с дебелина 5 mm:

Таксуваха ми около $10, за да изрежа всички тези части.

Основата е монтирана на голям лагер:

Беше особено трудно да се обмисли основата от гледна точка на процеса на сглобяване, но държах под око инженерите от uArm. Рокерите седят на щифт с диаметър 6 мм. Трябва да се отбележи, че моето издърпване на лакътя се държи на U-образен държач, докато това на uFactory се държи на L-образен. Трудно е да обясня каква е разликата, но мисля, че се справих по-добре.

Дръжката се сглобява отделно. Може да се върти около оста си. Самият нокът седи директно върху вала на двигателя:

В края на статията ще дам връзка към супер подробни инструкции за сглобяване в снимки. Можете уверено да завъртите всичко заедно за няколко часа, ако имате всичко необходимо под ръка. Подготвих и 3D модел в безплатна програма SketchUp. Можете да го изтеглите, да го пуснете и да видите какво и как е сглобено.

електроника

За да работи ръката, всичко, което трябва да направите, е да свържете пет серво устройства към Arduino и да ги захранвате от добър източник. uArm използва някакъв вид двигатели за обратна връзка. Инсталирах три обикновени мотора MG995 и два малки метални редукторни мотора за управление на грайфера.

Тук моят разказ е тясно преплетен с предишни проекти. Преди известно време започнах да преподавам програмиране на Arduino и дори подготвих моя собствена Arduino-съвместима платка за тези цели. От друга страна един ден имах възможност да правя евтино дъски (за което също писах). В крайна сметка всичко завърши с това, че използвах собствената си Arduino-съвместима платка и специализиран щит за управление на манипулатора.

Този щит всъщност е много прост. Има четири променливи резистора, два бутона, пет серво конектора и конектор за захранване. Това е много удобно от гледна точка на отстраняване на грешки. Можете да качите тестова скица и да запишете някакъв макрос за контрол или нещо подобно. Ще дам и линк за изтегляне на файла на платката в края на статията, но той е подготвен за производство с метализирани отвори, така че е малко полезен за домашно производство.

Програмиране

Най-интересното е управлението на манипулатора от компютър. uArm разполага с удобно приложение за управление на манипулатора и протокол за работа с него. Компютърът изпраща 11 байта към COM порта. Първият винаги е 0xFF, вторият е 0xAA, а някои от останалите са сигнали за серво. След това тези данни се нормализират и изпращат на двигателите за обработка. Моите сервомашини са свързани към цифрови входове/изходи 9-12, но това може лесно да се промени.

Терминалната програма на uArm ви позволява да промените пет параметъра, когато управлявате мишката. Докато мишката се движи по повърхността, позицията на манипулатора в равнината XY се променя. Завъртането на колелото променя височината. LMB/RMB - компресиране/декомпресиране на нокътя. RMB + колело - завъртете хватката. Всъщност е много удобно. Ако желаете, можете да напишете всеки терминален софтуер, който ще комуникира с манипулатора, използвайки същия протокол.

Тук няма да предоставям скици - можете да ги изтеглите в края на статията.

Видео за работа

И накрая видеото на самия манипулатор. Показва как да управлявате мишка, резистори и предварително записана програма.

Връзки

Файлове за рязане на плексиглас, 3D модели, списък за покупки, чертежи на дъски и софтуер можете да изтеглите в края на моя

Първо ще бъдат засегнати общи въпроси, Тогава технически спецификациирезултатът, детайлите и накрая самият процес на сглобяване.

Като цяло и като цяло

Създаването на това устройство като цяло не трябва да създава никакви затруднения. Ще бъде необходимо да се обмислят добре възможностите, които ще бъдат доста трудни за изпълнение от физическа гледна точка, така че манипулиращата ръка да изпълнява задачите, които са й възложени.

Технически характеристики на резултата

Ще бъде разгледана проба с параметри дължина/височина/ширина съответно 228/380/160 милиметра. Теглото на готовия продукт ще бъде приблизително 1 килограм. За управление се използва кабелно дистанционно управление. Очакваното време за сглобяване, ако имате опит, е около 6-8 часа. Ако не е там, тогава може да отнеме дни, седмици и с съгласие дори месеци, за да се сглоби манипулаторното рамо. В такива случаи трябва да го направите със собствените си ръце само за собствен интерес. За преместване на компонентите се използват колекторни двигатели. С достатъчно усилия можете да направите устройство, което да се върти на 360 градуса. Също така, за по-лесна работа, в допълнение към стандартните инструменти като поялник и спойка, трябва да се запасите с:

Клещи с дълъг нос.
Странични фрези.
кръстата отвертка.
4 батерии тип D.

Дистанционното управление може да се реализира с помощта на бутони и микроконтролер. Ако искате да направите дистанционно безжично управление, ще ви трябва и контролен елемент за действие в ръката на манипулатора. Като допълнения ще са необходими само устройства (кондензатори, резистори, транзистори), които ще позволят веригата да се стабилизира и през нея да се предава ток с необходимата величина в правилните моменти.

Малки детайли

За да регулирате броя на оборотите, можете да използвате адаптерни колела. Те ще направят движението на ръката на манипулатора гладко.

Също така е необходимо да се гарантира, че проводниците не усложняват движението му. Би било оптимално да ги поставите вътре в конструкцията. Можете да направите всичко отвън; този подход ще спести време, но потенциално може да доведе до трудности при преместването на отделни компоненти или цялото устройство. А сега: как да си направим манипулатор?

Сглобяване като цяло

Сега нека да продължим директно към създаването на ръката на манипулатора. Да започнем от основата. Необходимо е да се гарантира, че устройството може да се върти във всички посоки. Добро решениетой ще бъде поставен върху дискова платформа, която се задвижва във въртене от един двигател. За да може да се върти и в двете посоки, има две възможности:

Монтаж на два двигателя. Всеки от тях ще отговаря за обръщането в определена посока. Когато единият работи, другият си почива.
Инсталиране на един двигател с верига, която може да го накара да се върти в двете посоки.

Кой от предложените варианти да изберете зависи изцяло от вас. След това се прави основната конструкция. За удобна работа са необходими две „фуги“. Прикрепен към платформата, той трябва да може да се накланя в различни посоки, което се постига с помощта на двигатели, разположени в основата му. Друг или чифт трябва да се постави в сгъвката на лакътя, така че част от хватката да може да се движи по хоризонталните и вертикалните линии на координатната система. Освен това, ако искате да получите максимални възможности, можете да инсталирате друг мотор на китката. Следва най-необходимото, без което манипулиращата ръка е невъзможна. Ще трябва да направите самото устройство за улавяне със собствените си ръце. Тук има много възможности за изпълнение. Можете да дадете съвет за двете най-популярни:

Използват се само два пръста, които едновременно притискат и отпускат обекта за хващане. Това е най-простото изпълнение, което обаче обикновено не може да се похвали със значителна товароносимост.
Създаден е прототип на човешка ръка. Тук може да се използва един двигател за всички пръсти, с помощта на който ще се извършва сгъване/разгъване. Но дизайнът може да бъде направен по-сложен. Така че можете да свържете мотор към всеки пръст и да ги управлявате поотделно.

След това остава да се направи дистанционно управление, с помощта на което ще се влияе върху отделните двигатели и скоростта на тяхната работа. И можете да започнете да експериментирате, като използвате роботизиран манипулатор, който сте направили сами.

Възможни схематични представяния на резултата

Предоставя широки възможности за творчески изобретения. Затова представяме на вашето внимание няколко реализации, които можете да вземете като основа за създаване на собствено устройство за подобна цел.

Всяка представена схема на манипулатор може да бъде подобрена.

Заключение

Важното при роботиката е, че практически няма ограничение за функционално подобрение. Ето защо, ако желаете, създаването на истинско произведение на изкуството няма да бъде трудно. Говорейки за възможни начиниДопълнително подобрение е кранът. Направата на такова устройство със собствените си ръце няма да бъде трудно, в същото време ще научи децата на творческа работа, наука и дизайн. А това от своя страна може да има положително въздействие върху бъдещия им живот. Ще бъде ли трудно да направите кран със собствените си ръце? Това не е толкова проблематично, колкото може да изглежда на пръв поглед. Освен ако не си струва да се погрижите за наличието на допълнителни малки части като кабел и колела, на които ще се върти.

Роботизираната ръка MeArm е джобна версия на индустриална ръка. MeArm е лесен за сглобяване и управление робот, механична ръка. Манипулаторът има четири степени на свобода, което улеснява хващането и преместването на различни малки предмети.

Този продукт се предлага като комплект за сглобяване. Включва следните части:

комплект прозрачни акрилни части за сглобяване на механичен манипулатор;
4 серва;
контролна платка, на която са разположени микро микроконтролер Arduino Pro и графичен дисплей Nokia 5110;
джойстикова дъска, съдържаща два двуосни аналогови джойстика;
USB захранващ кабел.

Преди сглобяването на механичния манипулатор е необходимо да се калибрират сервосистемите. За калибриране ще използваме контролера Arduino. Свързваме сервосистемите към платката Arduino (необходимо е външно захранване от 5-6V 2A).

Серво средно, ляво, дясно, нокът; // създаване на 4 серво обекта

Празна настройка()
{
Serial.begin(9600);
middle.attach(11); // прикрепя серво към щифт 11, за да завърти платформата
left.attach(10); // прикрепя серво към щифт 10 на лявото рамо
right.attach(9); // прикрепя сервото към щифт 11 на дясното рамо
claw.attach(6); // прикрепя серво към щифт 6 нокът (улавяне)
}

void loop()
{
// задава позицията на сервото по големина (в градуси)
middle.write(90);
left.write(90);
right.write(90);
claw.write(25);
забавяне (300);
}
С помощта на маркер направете линия през корпуса на серво мотора и шпиндела. Свържете пластмасовата кобилица, включена в комплекта, към сервото, както е показано по-долу, като използвате малкия винт, включен в комплекта за монтаж на серво. Ще ги използваме в тази позиция, когато сглобяваме механичната част на MeArm. Внимавайте да не преместите позицията на шпиндела.

Сега можете да сглобите механичния манипулатор.
Вземете основата и прикрепете краката към нейните ъгли. След това монтирайте четири 20 mm болта и завийте гайките върху тях (половината от общата дължина).

Сега прикрепяме централното серво с два 8 мм болта към малка плоча и прикрепяме получената структура към основата с помощта на 20 мм болтове.

Сглобяваме лявата част на конструкцията.

Сглобяваме дясната секция на конструкцията.

Сега трябва да свържете лявата и дясната секции. Първо отивам на адаптерната плоча

След това надясно и получаваме

Свързване на конструкцията към платформата

И ние събираме "ноктите"

Прикрепяме „нокътя“

За сглобяване можете да използвате следното ръководство (на английски) или ръководство за сглобяване на подобен манипулатор (на руски).

Диаграма на щифта

Сега можете да започнете да пишете код на Arduino. За да управлявате манипулатора, заедно с възможността за управление на контрола с помощта на джойстик, би било хубаво да насочите манипулатора към определена точка в декартови координати (x, y, z). Има съответната библиотека, която може да бъде изтеглена от github - https://github.com/mimeindustries/MeArm/tree/master/Code/Arduino/BobStonesArduinoCode.
Координатите се измерват в mm от центъра на въртене. Началната позиция е в точката (0, 100, 50), тоест 100 mm напред от основата и 50 mm от земята.
Пример за използване на библиотеката за инсталиране на манипулатор в определена точка в декартови координати:

#include "meArm.h"
#включи

Void setup() (
arm.begin(11, 10, 9, 6);
arm.openGripper();
}

Void loop() (
// нагоре и наляво
arm.gotoPoint(-80,100,140);
// хванете
arm.closeGripper();
// надолу, вреда и надясно
arm.gotoPoint(70,200,10);
// отпуснете хватката
arm.openGripper();
// връщане към началната точка
arm.gotoPoint(0,100,50);
}

Методи на класа meArm:

невалиден започвам(вътр pinBase, вътр pinShoulder, вътр щифтЛъкът, вътр pinGripper) - Стартирайте meArm, посочете щифтове за свързване за средни, леви, десни, нокти серво. Трябва да се извика в setup();
невалиден openGripper() - отворете хватката;
невалиден closeGripper() - улавяне;
невалиден gotoPoint(плавам х, плавам г, плавам z) - преместете манипулатора в позиция на декартови координати (x, y, z);
плавам getX() - текуща X координата;
плавам getY() - текуща Y координата;
плавам getZ() - текуща Z координата.

Ръководство за сглобяване (английски)

здравей

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 - радиус работна зона, тегло и диаметър на основата.
Всички манипулатори UR са оборудвани с високо прецизни сензори за абсолютна позиция, които опростяват интеграцията с външни устройства и оборудване. Благодарение на компактния си дизайн манипулаторите UR не заемат много място и могат да се монтират в работни секции или на производствени линии, където конвенционалните роботи не могат да се поберат. Спецификации:
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 – Синдиката на работниците технически надзорГермания.
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-момент или камери. Възможни приложения

Индустриалните роботизирани манипулатори UR отварят 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.

Леене под налягане

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 могат да работят без защитни екранисъс или без служители 24 часа в денонощието, гарантиращи висока точност 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. Гримиране

Системата за управление ви позволява да контролирате развивания 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.
UR индустриалните роботизирани оръжия могат да изпълняват различни видовезаваряване: дъгово, точково, ултразвуково и плазмено. Общо:

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 автоматизирането на вашите производствени процеси с помощта на манипулатори Universal Robots официален дилър -