Mehanička ruka robota manipulatora. Jeftina robotska ruka, programabilna na Arduinu: robotski manipulator uradi sam. Elektronsko punjenje manipulatora

Robotski manipulator je trodimenzionalna mašina koja ima tri dimenzije koje odgovaraju prostoru živog bića. U širem smislu, manipulator se može definisati kao tehnički sistem, sposoban da zamijeni osobu ili joj pomogne u izvođenju razne zadatke.

Trenutno razvoj robotike ne napreduje, već teče ispred vremena. Samo u prvih 10 godina 21. veka izumljeno je i implementirano više od milion robota. Ali najzanimljivije je da razvoj u ovoj oblasti mogu da provode ne samo timovi velikih korporacija, grupe naučnika i profesionalnih inženjera, već i obični školarci širom sveta.

Razvijeno je nekoliko kompleksa za proučavanje robotike u školi. Najpoznatiji od njih su:

Robotis Bioloid;

LEGO Mindstorms;

Arduino.

Arduino konstruktori su od velikog interesa za graditelje robota. Arduino ploče su radio konstruktor, vrlo jednostavan, ali dovoljno funkcionalan za vrlo brzo programiranje u Viring jeziku (zapravo C++) i oživljavanje tehničkih ideja.

Ali, kako praksa pokazuje, sve veći praktični značaj dobiva rad mladih stručnjaka nove generacije.

Podučavanje djece programiranju uvijek će biti relevantno, jer je brzi razvoj robotike povezan, prije svega, s razvojem informacione tehnologije i sredstva komunikacije.

Cilj projekta je kreiranje edukativnog radio-konstruktora zasnovanog na ruci manipulatora, za podučavanje djece programiranju u Arduino okruženju. forma igre. Pružiti priliku što većem broju djece da se upoznaju sa dizajnerskim aktivnostima u robotici.

Ciljevi projekta:

razviti i izgraditi nastavnu ruku - manipulatora sa minimalni troškovi sredstva koja nisu inferiorna od stranih analoga;

koristiti servo kao mehanizme manipulatora;

upravljati mehanizmima manipulatora pomoću radio-konstruktora Arduino UNO R 3;

razviti program u Arduino programskom okruženju za proporcionalnu kontrolu servo uređaja.

Za postizanje postavljenog cilja i zadataka našeg projekta potrebno je proučiti vrste postojećih manipulatora, tehničku literaturu na ovu temu i Arduino hardversku i računarsku platformu.

Istraživanja i analize

Studija.

Industrijski manipulator - dizajniran za obavljanje motornih i upravljačkih funkcija u proizvodnom procesu, tj. automatski uređaj, koji se sastoji od manipulatora i reprogramabilnog kontrolnog uređaja koji generiše kontrolne akcije koje određuju potrebne pokrete izvršnim organima manipulator. Koristi se za premještanje proizvodnih predmeta i izvođenje raznih tehnološke operacije.

O
granajući konstruktor - manipulator je opremljen robotskom rukom koja se sabija i otpušta. Uz njegovu pomoć možete igrati šah kontrolirajući ga na daljinu. Također možete koristiti robotsku ruku da dijelite vizit karte. Pokreti uključuju: ručni zglob 120°, lakat 300°, osnovnu rotaciju 270°, osnovnu rotaciju 180°. Igračka je vrlo dobra i korisna, ali njena cijena je oko 17.200 rubalja.

Zahvaljujući projektu “uArm”, svako može da sastavi sopstveni desktop mini robot. "uArm" je 4-osni manipulator, minijaturna verzija industrijskog robota "ABB PalletPack IRB460". UArm projekat zahtijeva barem osnovne vještine programiranja i iskustvo u izgradnji Legosa. Mini robot se može programirati za mnoge funkcije: od igranja do muzički instrument, prije učitavanja nekog složenog programa. Trenutno se razvijaju aplikacije za iOS i Android, koje će vam omogućiti da kontrolišete "uArm" sa pametnog telefona.

Manipulatori "uArm"

Većina postojećih manipulatora uključuje postavljanje motora direktno u zglobove. Ovo je jednostavnije u dizajnu, ali se ispostavilo da motori moraju podići ne samo teret, već i druge motore.

Analiza.

Za osnovu smo uzeli manipulator predstavljen na Kickstarter web stranici, koji se zvao “uArm”. Prednost ovog dizajna je što je platforma za postavljanje hvataljke uvijek paralelna radna površina. Teški motori se nalaze u bazi, sile se prenose preko šipki. Kao rezultat toga, manipulator ima tri serva (tri stepena slobode), koji mu omogućavaju da pomera alat duž sve tri ose za 90 stepeni.

IN pokretni dijelovi manipulator je odlučio da ugradi ležajeve. Ovaj dizajn manipulatora ima puno prednosti u odnosu na mnoge modele koji su trenutno u prodaji: Ukupno, manipulator koristi 11 ležajeva: 10 komada za osovinu od 3 mm i jedan za osovinu od 30 mm.

Karakteristike ruke manipulatora:

Visina: 300 mm.

Radna površina (sa potpuno ispruženom rukom): od 140 mm do 300 mm oko baze

Maksimalna nosivost na dužini ruke: 200g

Potrošnja struje, ne više: 1A

Lako se sklapa. Puno pažnje je posvećeno tome da postoji takav redoslijed montaže manipulatora, u kojem bi bilo izuzetno zgodno zašrafiti sve dijelove. Ovo je bilo posebno teško za moćne servo pogonske jedinice u bazi.

Upravljanje se ostvaruje pomoću varijabilnih otpornika, proporcionalna kontrola. Možete dizajnirati kontrolu tipa pantografa, poput one nuklearnih naučnika i heroja u velikom robotu iz filma “Avatar” njome se može upravljati i mišem, a pomoću primjera koda možete kreirati vlastite algoritme kretanja.

Otvorenost projekta. Svako može napraviti svoje alate (gusjenicu ili kopču za olovku) i učitati program (skicu) neophodan za završetak zadatka u kontroler.

Faze izrade komponenti i montaže manipulatora

Materijali i alati

Za izradu ruke manipulatora korišćena je kompozitna ploča debljine 3mm i 5mm. Ovo je materijal koji se sastoji od dva aluminijska lima debljine 0,21 mm, spojena termoplastičnim polimernim slojem, ima dobru krutost, lagana je i laka za obradu. Preuzete fotografije manipulatora na internetu su obrađene kompjuterski program Inkscape (uređivač vektorske grafike). U AutoCAD-u (trodimenzionalni sistem kompjuterski potpomognuto projektovanje i crtež) nacrtani su crteži ruke manipulatora.

Gotovi delovi za manipulatora.

Gotovi dijelovi baze manipulatora.

Mehanički sadržaj manipulatora

Za osnovu manipulatora korišteni su servo MG-995. To su digitalni servo uređaji sa metalnim zupčanicima i kugličnim ležajevima, daju snagu od 4,8 kg/cm, precizno pozicioniranje i prihvatljivu brzinu. Jedan servo pogon težak je 55,0 grama, dimenzija 40,7 x 19,7 x 42,9 mm, napon napajanja od 4,8 do 7,2 volta.

MG-90S servo korišteni su za hvatanje i rotaciju ruke. To su također digitalni servo uređaji sa metalnim zupčanicima i kugličnim ležajem na izlaznom vratilu, koji pružaju silu od 1,8 kg/cm i preciznu kontrolu položaja. Jedan servo pogon težak je 13,4 grama, dimenzija 22,8 x 12,2 x 28,5 mm, napon napajanja od 4,8 do 6,0 volti.

Servo pogon MG-995 Servo pogon MG90S

Ležaj dimenzija 30x55x13 koristi se za olakšavanje rotacije baze ruke - manipulatora sa opterećenjem.

Ugradnja ležajeva. Rotirajući uređaj sastavljeno.

Osnova ruke - sklop manipulatora.

Dijelovi za montažu hvataljke. Sklop hvataljke.

Elektronsko punjenje manipulatora

Postoji jedan otvoreni projekat, koji se zove Arduino. Osnova ovog projekta je osnovni hardverski modul i program u koji možete napisati kod za kontroler na specijalizovanom jeziku, a koji vam omogućava povezivanje i programiranje ovog modula.

Za rad sa manipulatorom koristili smo Arduino UNO R 3 ploču i kompatibilnu ploču za proširenje za povezivanje servo uređaja. Ima 5 voltni stabilizator instaliran za napajanje servosa, PLS kontakte za povezivanje servosa i konektor za povezivanje varijabilnih otpornika. Napajanje se vrši iz bloka 9V, 3A.

Arduino kontrolna ploča UNO R 3.

Shematski dijagram proširenja za Arduino kontrolnu ploču UNO R 3 je razvijen uzimajući u obzir postavljene zadatke.

Šematski dijagram ploče za proširenje za kontroler.

Ploča za proširenje za kontroler.

Povezujemo Arduino UNO R 3 ploču pomoću USB kabl A-B na računar, instalirajte neophodna podešavanja u programskom okruženju sastavljamo program (skicu) za rad servo uređaja koristeći Arduino biblioteke. Sastavljamo (provjeravamo) skicu, a zatim je učitavamo u kontroler. WITH detaljne informacije o radu u Arduino okruženju možete pronaći na web stranici http://edurobots.ru/category/uroki/ (Arduino za početnike. Lekcije).

Prozor programa sa skicom.

Zaključak

Ovaj model manipulatora odlikuje se niskom cijenom, u usporedbi s jednostavnim konstrukcionim setom "Duckrobot", koji izvodi 2 pokreta i košta 1.102 rublja, ili Lego konstrukcionim setom "Police Station" koji košta 8.429 rubalja. Naš konstruktor izvodi 5 pokreta i košta 2384 rubalja.

	Komponente i materijal	Količina
	Servo pogon MG-995
	Servo pogon MG90S
	Ležaj 30x55x13
	Ležaj 3x8x3
	M3x27 mesinga žensko-žensko postolje
	M3x10 vijak sa golom. pod h/w
	Kompozitni panel veličine 0,6m2
	Arduino UNO R 3 kontrolna ploča
	Promjenjivi otpornici 100 kom.

Niska cijena doprinijela je razvoju tehničkog konstruktora za ruku manipulatora, čiji je primjer jasno pokazao princip rada manipulatora i implementaciju zadatih zadataka na igriv način.

Princip rada u Arduino programskom okruženju dokazao se na testovima. Ovakav način upravljanja i podučavanja programiranja na igriv način nije samo moguć, već i efikasan.

Inicijalna datoteka sa skicom, preuzeta sa službene Arduino web stranice i debagirana u programskom okruženju, osigurava ispravan i pouzdan rad manipulator.

U budućnosti želim da napustim skupe servo i upotrebu koračni motori, tako će se kretati prilično precizno i glatko.

Manipulatorom se upravlja pomoću pantografa preko Bluetooth radio kanala.

Izvori informacija

Gololobov N.V. O projektu Arduino za školarce. Moskva. 2011.

Kurt E. D. Uvod u mikrokontrolere sa prevodom na ruski T. Volkov. 2012.

Belov A.V. Priručnik za samouvođenje za programere uređaja na AVR mikrokontrolerima. Nauka i tehnologija, Sankt Peterburg, 2008.

http://www.customelectronics.ru/robo-ruka-sborka-mehaniki/ manipulator montiran na gusjenicama.

http://robocraft.ru/blog/electronics/660.html manipulator preko Bluetooth-a.

http://robocraft.ru/blog/mechanics/583.html link na članak i video.

http://edurobots.ru/category/uroki/ Arduino za početnike.

Aplikacija

Crtež baze manipulatora

Crtež kraka i rukohvata manipulatora.

Među karakteristikama ovog robota na Arduino platformi, može se primijetiti složenost njegovog dizajna. Robotska ruka se sastoji od mnogo poluga koje joj omogućavaju da se kreće duž svih osovina, hvata i pomiče razne stvari koristeći samo 4 servo motora. Sakupivši vlastitim rukama takvog robota, sigurno ćete moći iznenaditi svoje prijatelje i voljene svojim mogućnostima i prijatan pogled ovog uređaja! Zapamtite da za programiranje uvijek možete koristiti naše grafičko okruženje RobotON Studio!

Ako imate bilo kakvih pitanja ili komentara, uvijek smo u kontaktu! Kreirajte i objavite svoje rezultate!

Posebnosti:

Da biste sastavili robotsku ruku vlastitim rukama, trebat će vam dosta komponenti. Glavni dio zauzimaju 3D printani dijelovi, ima ih oko 18 (nije potrebno štampati slajd ako ste preuzeli i odštampali sve što vam je potrebno, onda će vam trebati vijci, matice i elektronika:).

5 vijaka M4 20 mm, 1 x 40 mm i odgovarajućih matica sa zaštitom od uvrtanja
6 M3 10 mm vijaka, 1 x 20 mm i odgovarajućih matica
Matična ploča sa spojnim žicama ili štitom
Arduino Nano
4 servo motora SG 90

Nakon sastavljanja kućišta, VAŽNO je osigurati da se može slobodno kretati. Ako se ključne komponente Roboarm-a pomiču s poteškoćama, servo motori možda neće moći da se nose sa opterećenjem. Prilikom sastavljanja elektronike, morate imati na umu da je bolje spojiti krug na napajanje nakon temeljne provjere veza. Da biste izbjegli oštećenje SG 90 servo pogona, ne morate ručno okretati sam motor osim ako je potrebno. Ako trebate razviti SG 90, morate glatko pomicati osovinu motora u različitim smjerovima.

karakteristike:

Jednostavno programiranje zbog prisustva malog broja motora, a istog tipa
Prisustvo mrtvih zona za neke servo
Široka primjena robota u svakodnevnom životu
Zanimljiv inženjerski rad
Potreba za korištenjem 3D štampača

Zdravo!

Riječ je o liniji kolaborativnih robotskih manipulatora kompanije Universal Robots.

Kompanija Universal Robots, porijeklom iz Danske, proizvodi kolaborativne robotske manipulatore za automatizaciju cikličnih proizvodni procesi. U ovom članku predstavljamo njihove glavne specifikacije i razmotrite područja primjene.

Šta je ovo?

Proizvodi kompanije predstavljeni su linijom od tri laka industrijska uređaja za rukovanje sa otvorenim kinematičkim lancem:
UR3, UR5, UR10.
Svi modeli imaju 6 stupnjeva mobilnosti: 3 prijenosna i 3 orijentirajuća. Uređaji iz Universal Robots-a proizvode samo kutne pokrete.
Robotski manipulatori su podijeljeni u klase, ovisno o maksimalno dozvoljenoj nosivosti. Ostale razlike su - radijus radni prostor, težinu i prečnik baze.
Svi UR manipulatori opremljeni su visoko preciznim senzorima apsolutnog položaja, koji pojednostavljuju integraciju sa eksternih uređaja i opremu. Zahvaljujući svom kompaktnom dizajnu, UR manipulatori ne zauzimaju puno prostora i mogu se instalirati u radnim dijelovima ili na proizvodnim linijama gdje konvencionalni roboti ne mogu stati. karakteristike:
Zašto su zanimljivi?Jednostavnost programiranja

Posebno razvijena i patentirana tehnologija programiranja omogućava nevještim operaterima da brzo konfiguriraju i kontroliraju UR robotske ruke koristeći intuitivan 3D vizualizacijski sustav. Programiranje se odvija nizom jednostavnih pomeranja radnog tela manipulatora do traženih pozicija, ili pritiskom na strelice u poseban program na tabletu.UR3:UR5:UR10: Brzo podešavanje

Operateru za početno pokretanje trebat će manje od sat vremena da raspakira, instalira i programira prvu jednostavnu operaciju. UR3: UR5: UR10: Saradnja i sigurnost

UR manipulatori mogu zamijeniti operatere koji obavljaju rutinske zadatke u opasnim i kontaminiranim okruženjima. Upravljački sistem uzima u obzir spoljašnje ometajuće uticaje na robot manipulator tokom rada. Zahvaljujući tome, UR sistemi za rukovanje mogu da rade bez zaštitne ograde, pored radnih mjesta osoblja. Sigurnosni sistemi robota su odobreni i certificirani od strane TÜV - njemačkog tehničkog inspektorata.
UR3: UR5: UR10: Raznovrsnost radnih tijela

Na kraju industrijskih manipulatora UR, predviđen je standardizirani nosač za ugradnju posebnih radnih dijelova. Između radnog tijela i završne karike manipulatora mogu se ugraditi dodatni moduli senzora sile-momenta ili kamera. Moguće primjene

S industrijskim robotskim manipulatorima UR otvara se mogućnost automatizacije gotovo svih cikličnih rutinskih procesa. Universal Robots uređaji su se dokazali raznim oblastima aplikacije.

Prevod

Instaliranje UR manipulatora u oblastima za transfer i pakovanje povećava preciznost i smanjuje skupljanje. Većina operacija prijenosa može se obaviti bez nadzora. Poliranje, puferiranje, brušenje

Ugrađeni senzorski sistem vam omogućava da kontrolišete tačnost i ujednačenost primenjene sile na zakrivljenim i neravnim površinama.

Injekciono prešanje

Visoka preciznost pokreta koji se ponavlja omogućava UR robotima da se koriste za obradu polimera i zadatke brizganja.
Održavanje CNC mašina

Klasa zaštite školjke omogućava ugradnju sistema za rukovanje saradnja sa CNC mašinama. Pakovanje i slaganje

Tradicionalne tehnologije automatizacije su glomazne i skupe. Lako prilagodljivi, UR roboti mogu raditi i bez njih zaštitni ekrani pored zaposlenih ili bez njih 24 sata dnevno, obezbjeđujem visoka tačnost i produktivnost. Kontrola kvaliteta

Robotski manipulator sa video kamerama pogodan je za trodimenzionalna mjerenja, što je dodatna garancija kvaliteta proizvoda. Skupština

Jednostavan uređaj za pričvršćivanje omogućava da UR roboti budu opremljeni odgovarajućim pomoćnim mehanizmima potrebnim za montažu dijelova od drveta, plastike, metala i drugih materijala. Šminka

Kontrolni sistem vam omogućava da kontrolišete razvijeni obrtni moment kako biste izbegli prekomerno zatezanje i osigurali potrebnu napetost. Lepljenje i zavarivanje

Visoka preciznost pozicioniranja radnog elementa omogućava vam da smanjite količinu otpada prilikom izvođenja operacija lijepljenja ili nanošenja tvari.
UR industrijske robotske ruke mogu raditi Razne vrste zavarivanje: lučno, tačkasto, ultrazvučno i plazma. Ukupno:

Industrijski manipulatori kompanije Universal Robots su kompaktni, lagani i laki za učenje i korištenje. UR roboti su fleksibilno rješenje za širok spektar zadataka. Manipulatori se mogu programirati za bilo koje radnje svojstvene pokretima ljudske ruke, i rotacionim pokretima rade mnogo bolje. Manipulatori nisu skloni umoru ili strahu od ozljeda, ne trebaju pauze ili vikendi.
Rešenja kompanije Universal Robots vam omogućavaju da automatizujete svaki rutinski proces, što povećava brzinu i kvalitet proizvodnje.

Razgovarajte o automatizaciji vaših proizvodnih procesa pomoću Universal Robots manipulatora sa zvanični diler -

Zdravo svima!
Prije par godina na kickstarteru se pojavio vrlo zanimljiv projekat iz uFactory-a - uArm desktop robotska ruka. Obećali su da će s vremenom projekt učiniti otvorenim kodom, ali nisam mogao čekati i počeo sam raditi obrnuti inženjering sa fotografija.
Tokom godina napravio sam četiri verzije svoje vizije ovog manipulatora i na kraju razvio ovaj dizajn:
Ovo je robotska ruka sa integrisanim kontrolerom, koju pokreće pet servo motora. Njegova glavna prednost je što se svi dijelovi mogu kupiti ili jeftino i brzo izrezati iz pleksiglasa laserom.
Pošto sam projekat otvorenog koda uzeo kao izvor inspiracije, sve svoje rezultate delim u potpunosti. Sve izvore možete preuzeti sa linkova na kraju članka i po želji sastaviti isti (svi linkovi su na kraju članka).

Ali lakše je to jednom pokazati na djelu nego dugo pričati o čemu se radi:

Dakle, idemo na opis.
Specifikacije

Visina: 300 mm.
Radna površina (sa potpuno ispruženom rukom): od 140 mm do 300 mm oko baze
Maksimalna nosivost na dužini ruke, ne manje od: 200g
Potrošnja struje, ne više: 6A

Također bih želio napomenuti neke karakteristike dizajna:

Ležajevi u svim pokretnim dijelovima manipulatora. Ukupno ih je jedanaest: 10 komada za osovinu od 3 mm i jedan za osovinu od 30 mm.
Lako se sklapa. Puno sam pažnje posvetio tome da postoji takav redoslijed sklapanja manipulatora u kojem bi bilo izuzetno zgodno zašrafiti sve dijelove. Ovo je bilo posebno teško za moćne servo pogonske jedinice u bazi.
Svi moćni servo uređaji nalaze se u bazi. Odnosno, "donji" servo ne vuku "gornje".
Zahvaljujući paralelnim šarkama, alat uvijek ostaje paralelan ili okomit na tlo.
Položaj manipulatora se može promijeniti za 90 stepeni.
Spreman Arduino kompatibilan softver. U redu sabrana ruka može se kontrolisati mišem, a koristeći primjere koda možete kreirati vlastite algoritme kretanja

Opis dizajna
Svi dijelovi manipulatora su izrezani od pleksiglasa debljine 3 i 5 mm:

Obratite pažnju na to kako se sastavlja rotirajuća baza:
Najteži je čvor na dnu manipulatora. U prvim verzijama trebalo mi je dosta truda da ga sastavim. Povezuje tri servo motora i prenosi sile na dršku. Dijelovi se okreću oko klina prečnika 6 mm. Hvatalica se drži paralelno (ili okomito) na radnu površinu zahvaljujući dodatnim šipkama:

Manipulator sa ugrađenim ramenom i laktom prikazan je na fotografiji ispod. Još uvijek moramo dodati kandžu i štapove za to:

Kandža je takođe montirana na ležajeve. Može se skupljati i rotirati oko svoje ose:
Kandža se može postaviti i okomito i vodoravno:

Sve se kontroliše pomoću Arduino kompatibilne ploče i štita za nju:

Skupština
Za sastavljanje manipulatora biće potrebno oko dva sata i gomila pričvršćivača. Sam proces montaže sam dokumentirao u obliku instrukcija na fotografijama (pazite, promet!) sa detaljnim komentarima svake operacije. Napravio sam i detaljan 3D model u jednostavnom i besplatni program SketchUp. Tako da ga uvijek možete okrenuti pred očima i pogledati čudna mjesta:

Elektronika i programiranje
Napravio sam cijeli štit na koji sam pored servo i strujnih konektora ugradio varijabilne otpornike. Radi lakšeg otklanjanja grešaka. Zapravo, dovoljno je spojiti signale na motore pomoću matične ploče. Ali na kraju sam dobio ovaj štit, koji sam (tako se dešava) naručio iz fabrike:

Generalno, napravio sam tri različita programa za Arduino. Jedan za kontrolu sa računara, jedan za rad u demo modu i jedan za kontrolu dugmadi i varijabilnih otpornika. Najzanimljiviji od njih je, naravno, prvi. Ovdje neću predstavljati cijeli kod - dostupan je na internetu.
Za kontrolu, potrebno je da preuzmete program za svoj računar. Nakon pokretanja, miš prelazi u režim ručne kontrole. Kretanje je odgovorno za kretanje duž XY, točak menja visinu, LMB/RMB - hvatanje, RMB+točak - rotirajte manipulator. I zapravo je zgodno. To je bilo u videu na početku članka.
Izvori projekta