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

Robot - 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 ispunjenju razne zadatke.

Trenutno razvoj robotike ne ide, 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.

U školi je razvijeno nekoliko kompleksa za proučavanje robotike. Najpoznatije od njih su:

Robotis Bioloid;

LEGO Mindstorms;

Arduino.

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

Ali, kako praksa pokazuje, sve je praktičniji rad mladih stručnjaka nove generacije.

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

Cilj projekta je kreiranje edukativnog radio-konstruktora baziranog na ruci manipulatora, za podučavanje djece programiranju u Arduino okruženju u forma igre. Dati priliku da se što više djece upozna sa dizajnerskim aktivnostima u robotici.

Ciljevi projekta:

dizajnirati i izraditi nastavnu ruku - manipulator sa minimalni trošak sredstva koja nisu inferiorna od stranih analoga;

koristiti servo pogone kao mehanizme manipulatora;

upravljati mehanizmima manipulatora uz pomoć radio-konstruktora Arduino UNO R3;

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

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

Istraživanje i analiza

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 izvršni organi manipulator. Koristi se za pomicanje proizvodnih predmeta i izvođenje raznih tehnološke operacije.

O
urlajući konstruktor - manipulator je opremljen robotskom rukom koja se sabija i otpušta. Sa njim možete igrati šah daljinskim upravljačem. Vizit karte možete dijeliti i uz pomoć robo-ruke. Pokreti uključuju: ručni zglob 120°, lakat 300°, osnovna rotacija 270°, osnovni pokreti 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. Manipulator je opremljen Atmel mikroprocesorom i setom servomotora, ukupna cijena potrebnih dijelova je 12959 rubalja. UArm projekat zahtijeva barem osnovne vještine programiranja i iskustvo u izgradnji Lego-a. 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 svog pametnog telefona.

Manipulatori "uArm"

Većina postojećih manipulatora pretpostavlja lokaciju motora direktno u zglobovima. Ovo je strukturno jednostavnije, ali ispada da motori moraju podići ne samo teret, već i druge motore.

Analiza.

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

AT pokretni dijelovi manipulator je odlučio da ugradi ležajeve. Ovaj dizajn manipulatora ima puno prednosti u odnosu na mnoge modele koji su sada u prodaji: Ukupno se u manipulatoru 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): 140 mm do 300 mm oko baze

Maksimalni kapacitet težine na dužini ruke: 200g

Potrošena struja, ne više od: 1A

Jednostavna montaža. Mnogo je pažnje posvećeno tome da postoji takav slijed sastavljanja manipulatora, u kojem je izuzetno zgodno zašrafiti sve detalje. Posebno je bilo teško to učiniti za moćne servo čvorove u bazi.

Upravljanje se provodi pomoću varijabilnih otpornika, proporcionalna kontrola. Moguće je dizajnirati kontrolu tipa pantografa, poput one nuklearnih naučnika i heroja u velikom robotu iz filma Avatar, njome se može upravljati i mišem, a koristeći primjere koda možete kreirati vlastite algoritme kretanja.

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

Faze izrade jedinica i montaže manipulatora

Materijali i alati

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

Gotovi delovi za manipulatora.

Gotovi dijelovi osnove manipulatora.

Mehaničko punjenje manipulatora

Za bazu manipulatora korišćeni su servo pogoni MG-995. Ovo su digitalni servo uređaji sa metalnim zupčanicima i kugličnim ležajevima, daju silu od 4,8 kg/cm, precizno pozicioniranje i prihvatljivu brzinu. Jedan servo je težak 55,0 grama sa dimenzijama 40,7 x 19,7 x 42,9 mm, napon napajanja je od 4,8 do 7,2 volta.

MG-90S servo korišteni su za hvatanje i rotiranje ruke. To su također digitalni servo uređaji sa metalnim zupčanicima i kugličnim ležajem na izlaznom vratilu, daju snagu od 1,8 kg/cm i precizno pozicioniranje. Jedan servo je težak 13,4 grama sa dimenzijama 22,8 x 12,2 x 28,5 mm, napon napajanja je od 4,8 do 6,0 volti.

Servo MG-995 Servo MG90S

Veličina ležaja 30x55x13 se koristi za olakšavanje rotacije baze ruke - manipulatora sa opterećenjem.

Ugradnja ležajeva. Rotacioni uređaj sastavljeno.

Osnova ruke - sklop manipulatora.

Dijelovi za montažu ručke. Sakupljeni grip.

Elektronsko punjenje manipulatora

Postoji takav otvoreni projekat pod nazivom Arduino. Osnova ovog projekta je osnovni hardverski modul i program u koji se može napisati kod za kontroler na specijalizovanom jeziku, a koji 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 stabilizator od 5 volti 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.

dijagram strujnog kola proširenja za Arduino kontrolnu ploču UNO R 3 razvijene prema zadatim zadacima.

Šematski dijagram ploče za proširenje za kontroler.

Ploča za proširenje kontrolera.

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 prenosimo na 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 razlikuje se po niskoj cijeni, od jednostavnog konstruktora "Duckrobot" koji izvodi 2 pokreta i košta 1102 rublja, ili Lego - konstruktora "Policijska stanica" u vrijednosti od 8429 rubalja. Naš dizajner izvodi 5 pokreta i košta 2384 rubalja.

	Pribor i materijal	Količina
	Servo MG-995
	Servo MG90S
	Ležaj 30x55x13
	Ležaj 3x8x3
	M3h27 stalak od mesinga ženski-ženski
	M3x10 vijak sa glavom pod h/w
	Kompozitni panel veličina 0,6m 2
	Arduino UNO R 3 kontrolna ploča
	Varijabilni otpornici 100k.

Niska cijena doprinijela je razvoju tehničkog dizajnera ruke - manipulatora, na čijem primjeru je jasno prikazan princip rada manipulatora, ispunjavanje zadataka na razigran 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.

Početna datoteka skice, preuzeta sa zvanične Arduino web stranice i otklonjena u programskom okruženju, pruža ispravan i pouzdane performanse manipulator.

U budućnosti želim napustiti skupe servo i korištenje koračni motori, tako će se kretati dovoljno 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. Volkova. 2012.

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

http://www.customelectronics.ru/robo-ruka-sborka-mehaniki/ guseničarski manipulator.

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.

Dodatak

Crtež baze manipulatora

Crtež kraka i drške manipulatora.

Od karakteristika ovog robota na Arduino platformi, može se primijetiti složenost njegovog dizajna. Roboarm se sastoji od mnogo poluga koje mu omogućavaju da se kreće u svim osovinama, hvata i pomiče razne stvari koristeći samo 4 servo motora. Sakupivši vlastitim rukama takav robot, sigurno ćete moći da iznenadite svoje prijatelje i voljene sa mogućnostima i ugodan pogled ovaj uređaj! Zapamtite da uvijek možete koristiti naše RobotON Studio grafičko okruženje za programiranje!

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

Posebnosti:

Za sastavljanje DIY robotske ruke 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 treba, onda će vam trebati vijci, matice i elektronika:

5 vijaka M4 20 mm, 1 x 40 mm i odgovarajuće matice protiv rotacije
6 vijaka M3 10 mm, 1 x 20 mm i odgovarajuće matice
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 podnijeti opterećenje. Prilikom sastavljanja elektronike, morate imati na umu da je bolje spojiti krug na napajanje nakon potpune provjere veza. Da biste izbjegli oštećenje servosa SG 90, ne morate ručno okretati sam motor, ako nije potrebno. U slučaju da 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!

Govorimo o liniji kolaborativnih robotskih manipulatora Universal Robots.

Universal Robots, porijeklom iz Danske, bavi se proizvodnjom kolaborativnih robotskih manipulatora za automatizaciju cikličnih proizvodnih procesa. U ovom članku predstavljamo njihove glavne specifikacije i razmotrite područja primjene.

Šta je?

Proizvodi kompanije predstavljeni su linijom od tri laka industrijska manipulaciona uređaja sa otvorenim kinematičkim lancem:
UR3, UR5, UR10.
Svi modeli imaju 6 stupnjeva slobode: 3 prijenosna i 3 orijentacijska. Uređaji iz Universal-robota 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 apsolutnim enkoderima visoke preciznosti koji olakšavaju integraciju sa eksternih uređaja i opremu. Zbog svog kompaktnog dizajna, UR manipulatori ne zauzimaju puno prostora i mogu se instalirati na radnim stanicama ili proizvodnim linijama gdje konvencionalni roboti ne mogu stati. karakteristike:
Šta je zanimljivoJednostavnost programiranja

Posebno razvijena i patentirana tehnologija programiranja omogućava netehničkim operaterima da brzo podese i kontroliraju UR robotske ruke s intuitivnom tehnologijom 3D vizualizacije. Programiranje se odvija nizom jednostavnih pomeranja radnog tela manipulatora u tražene pozicije, ili pritiskom na strelice u poseban program na tabletu.UR3: UR5: UR10: Quick Setup

Operateru koji izvodi početno puštanje opreme u rad bit će potrebno manje od sat vremena da raspakira, instalira i programira prvu jednostavnu operaciju. UR3: UR5: UR10: Saradnja i sigurnost

UR manipulatori su sposobni zamijeniti operatere koji obavljaju rutinske zadatke u opasnim i kontaminiranim okruženjima. Upravljački sistem uzima u obzir vanjske smetnje koje djeluju na robotsku ruku tokom rada. Kao rezultat, UR sistemi za rukovanje mogu da rade bez njih zaštitne ograde, pored radnih mjesta osoblja. Sigurnosni sistemi robota su odobreni i certificirani od strane TÜV - Saveza njemačkih tehničkih inspektora.
UR3: UR5: UR10: Raznovrsnost radnih tijela

Na kraju industrijskih manipulatora UR nalazi se standardizirano pričvršćivanje za ugradnju posebnih radnih tijela. Između radnog tijela i krajnje veze manipulatora mogu se ugraditi dodatni moduli senzora sile-momenta ili kamera. Mogućnosti primjene

UR industrijske robotske ruke otvaraju mogućnost automatizacije gotovo svih cikličnih rutinskih procesa. Univerzalni robotski uređaji su se dokazali raznim poljima aplikacije.

Prevod

Instaliranje UR manipulatora u oblastima za prijenos 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 ponavljajućih pokreta čini UR robote pogodnim za obradu polimera i aplikacije za brizganje.
Održavanje CNC mašina

Klasa zaštite školjke pruža mogućnost ugradnje manipulacionih sistema za zajednički rad 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 preciznost i performanse. Kontrola kvaliteta

Robotska ruka sa video kamerama je pogodna za 3D mjerenja, što je dodatna garancija kvaliteta proizvoda. Skupština

Jednostavan držač alata omogućava da UR roboti budu opremljeni odgovarajućim priborom potrebnim za sklapanje dijelova od drveta, plastike, metala i drugih materijala. Šminka

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

Visoka preciznost pozicioniranja radnog tijela smanjuje količinu otpada pri izvođenju lijepljenja ili nanošenja tvari.
UR industrijske robotske ruke mogu raditi Razne vrste zavarivanje: lučno, tačkasto, ultrazvučno i plazma zavarivanje. Ukupno:

Industrijski manipulatori kompanije Universal Robots su kompaktni, lagani, 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. Manipulatore ne karakteriše umor i strah od povreda, ne trebaju im pauze i vikendi.
Rješenja kompanije Universal-robots vam omogućavaju automatizaciju bilo kojeg rutinskog procesa, što povećava brzinu i kvalitetu proizvodnje.

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

Zdravo!
Prije par godina na kickstarteru se pojavio vrlo zanimljiv projekat iz uFactory-a - desktop robo-arm uArm. Obećali su da će na kraju projekat učiniti otvorenim kodom, ali nisam mogao čekati i ušao sam u obrnuti inženjering iz fotografija.
Tokom godina napravio sam četiri verzije svoje vizije ovog manipulatora i na kraju razvio ovaj dizajn:
To je robotska ruka sa integrisanim kontrolerom, koju pokreće pet servo motora. Njegova glavna prednost je što se svi detalji mogu kupiti ili jeftino i brzo izrezati iz pleksiglasa laserom.
Pošto sam projekat otvorenog izvora uzeo kao izvor inspiracije, sve svoje rezultate prenosim u potpunosti. Sve izvore možete preuzeti sa linkova na kraju članka i, ako želite, sastaviti isti (sve veze 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): 140 mm do 300 mm oko baze
Maksimalna nosivost na ispruženoj ruci, ne manje od: 200g
Potrošena struja, ne više od: 6A

Takođe bih želeo da istaknem neke karakteristike dizajna:

Ležajevi u svim pokretnim dijelovima manipulatora. Ukupno ih ima jedanaest: 10 komada za osovinu od 3 mm i jedan za osovinu od 30 mm.
Jednostavna montaža. Puno sam pažnje posvetio tome da postoji takav redoslijed za sastavljanje manipulatora u kojem je bilo izuzetno zgodno zašrafiti sve detalje. Ovo je bilo posebno teško za moćne servo sklopove u bazi.
Svi moćni servo uređaji nalaze se u bazi. Odnosno, "donji" servo ne vuku "gornji".
Paralelne šarke drže alat uvijek paralelnim ili okomitim na tlo.
Položaj manipulatora se može promijeniti za 90 stepeni.
Gotovi Arduino kompatibilni softvera. Ispravno 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 okretna baza:
Najteži je čvor na dnu manipulatora. U prvim verzijama trebalo mi je dosta truda da ga sastavim. U njemu su spojena tri serva i sile se prenose na hvatište. Dijelovi se okreću oko igle prečnika 6 mm. Držač se drži paralelno (ili okomito) na radnu površinu zahvaljujući dodatnim šipkama:

Manipulator sa ugrađenim ramenom i laktom prikazan je na fotografiji ispod. Kandža i potisak za njega tek treba da mu se dodaju:

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

Kontrolirano sa svim Arduino kompatibilnim pločama i štitom za to:

Skupština
Za sastavljanje manipulatora biće potrebno oko dva sata i gomila pričvršćivača. Sam proces montaže napravio sam u vidu uputstva na fotografijama (pažljivo, saobraćajno!) sa detaljnim komentarima svake operacije. Takođe sam napravio detaljan 3D model u jednostavnom i besplatni program skicirati. Tako da ga uvijek možete okrenuti pred očima i vidjeti nerazumljiva mjesta:

Elektronika i programiranje
Napravio sam cijeli shield na koji sam pored servo i strujnih konektora ugradio varijabilne otpornike. Radi lakšeg otklanjanja grešaka. Zapravo, dovoljno je dovesti signale do motora uz pomoć matične ploče. Ali na kraju sam dobio takav štit, koji sam (tako se dogodilo) naručio u fabrici:

Generalno, napravio sam tri različita programa za Arduino. Jedan za kontrolu računara, jedan za demo rad i jedan za kontrolu dugmeta i varijabilnog otpornika. Najzanimljiviji od njih je, naravno, prvi. Ovdje neću postavljati cijeli kod - dostupan je na mreži.
Da biste upravljali, morate preuzeti program za svoj računar. Nakon pokretanja, miš ulazi u režim ručne kontrole. Kretanje je odgovorno za kretanje duž XY, kotač mijenja visinu, LMB / RMB - hvatanje, RMB + točak - rotacija manipulatora. I zaista je zgodno. Bilo je to u videu na početku članka.
Izvori projekta