Brazo mecánico robot manipulador. Brazo robótico económico, programable en Arduino: brazo robótico de bricolaje. Llenado electrónico del manipulador

Robot - manipulador es una máquina tridimensional que tiene tres dimensiones correspondientes al espacio de un ser vivo. En un sentido amplio, un manipulador se puede definir como sistema técnico capaz de reemplazar a una persona o ayudarla a cumplir varias tareas.

En la actualidad, el desarrollo de la robótica no avanza, sino que avanza, antes de tiempo. Solo en los primeros 10 años del siglo XXI, se inventaron e implementaron más de 1 millón de robots. Pero lo más interesante es que los desarrollos en esta área pueden ser realizados no solo por equipos de grandes corporaciones, grupos de científicos e ingenieros profesionales, sino también por escolares comunes de todo el mundo.

Se han desarrollado varios complejos para el estudio de la robótica en la escuela. Los más famosos de ellos son:

robotis bioloide;

Tormentas mentales de LEGO;

Arduino.

Los diseñadores de Arduino son de gran interés para los constructores de robots. Las placas Arduino son un constructor de radio, muy simple, pero lo suficientemente funcional para una programación muy rápida en el lenguaje Wiring (en realidad C ++) y la implementación de ideas técnicas.

Pero como muestra la práctica, es el trabajo de los jóvenes profesionales de la nueva generación el que está ganando cada vez más importancia práctica.

Enseñar a los niños a programar siempre será relevante, ya que el rápido desarrollo de la robótica está asociado principalmente con el desarrollo tecnologías de la información y medios de comunicación.

El objetivo del proyecto es crear un radio-constructor educativo basado en un brazo manipulador, para enseñar a los niños a programar en el entorno Arduino en forma de juego. Dar la oportunidad a tantos niños como sea posible de familiarizarse con las actividades de diseño en robótica.

Objetivos del proyecto:

diseñar y construir una mano de enseñanza - un manipulador con costo mínimo fondos que no son inferiores a los análogos extranjeros;

utilizar servoaccionamientos como mecanismos manipuladores;

controlar los mecanismos del manipulador con la ayuda de un radio-constructor Arduino UNO R3;

desarrollar un programa en el entorno de programación Arduino para el control proporcional de servos.

Para lograr la meta y los objetivos de nuestro proyecto, es necesario estudiar los tipos de manipuladores existentes, la literatura técnica sobre este tema y el hardware y la plataforma informática Arduino.

Investigación y análisis

Estudio.

Manipulador industrial: diseñado para realizar funciones de motor y control en el proceso de producción, es decir, dispositivo automático, que consta de un manipulador y un dispositivo de control reprogramable que genera acciones de control que especifican los movimientos requeridos órganos ejecutivos manipulador. Se utiliza para mover elementos de producción y realizar diversas operaciones tecnológicas.

O
constructor rugiente: el manipulador está equipado con un brazo robótico que comprime y afloja. Con él, puedes jugar al ajedrez por control remoto. También puede repartir tarjetas de visita con la ayuda de una mano robótica. Los movimientos incluyen: muñeca 120°, codo 300°, rotación básica 270°, movimientos básicos 180°. El juguete es muy bueno y útil, pero su costo es de unos 17 200 rublos.

Gracias al proyecto uArm, todos pueden armar su propio mini-robot de escritorio. "uArm" es un manipulador de 4 ejes, una versión en miniatura del robot industrial ABB PalletPack IRB460. El manipulador está equipado con un microprocesador Atmel y un conjunto de servomotores, el costo total de las piezas necesarias es de 12959 rublos. El proyecto uArm requiere al menos conocimientos básicos de programación y experiencia en la construcción de Lego. Mini - robot se puede programar para muchas funciones: desde jugar hasta instrumento musical, antes de cargar algún programa complejo. Actualmente, se están desarrollando aplicaciones para iOS y Android, que le permitirán controlar "uArm" desde su teléfono inteligente.

Manipuladores "uArm"

La mayoría de los manipuladores existentes asumen la ubicación de los motores directamente en las articulaciones. Esto es estructuralmente más simple, pero resulta que los motores deben levantar no solo la carga útil, sino también otros motores.

Análisis.

Tomaron como base, el manipulador presentado en el sitio web de Kickstarter, que se llamó "uArm". La ventaja de este diseño es que la plataforma para colocar la pinza es siempre paralela superficie de trabajo. Los motores pesados están ubicados en la base, las fuerzas se transmiten a través del empuje. Como resultado, el manipulador tiene tres servos (tres grados de libertad), que le permiten mover la herramienta a lo largo de los tres ejes en 90 grados.

EN partes móviles manipulador decidió instalar rodamientos. Este diseño del manipulador tiene muchas ventajas sobre muchos modelos que están ahora a la venta: En total, se utilizan 11 rodamientos en el manipulador: 10 piezas para un eje de 3 mm y una para un eje de 30 mm.

Características del brazo manipulador:

Altura: 300 mm.

Área de trabajo (con el brazo completamente extendido): 140 mm a 300 mm alrededor de la base

Capacidad máxima de peso con el brazo extendido: 200 g

Corriente consumida, no más de: 1A

Fácil montaje. Se prestó mucha atención para garantizar que hubiera una secuencia de ensamblaje del manipulador en la que es extremadamente conveniente atornillar todos los detalles. Fue especialmente difícil hacer esto para los poderosos nodos de servo en la base.

El control se implementa usando resistencias variables, control proporcional. Es posible diseñar un control tipo pantógrafo, como el de los científicos nucleares y un héroe en un gran robot de la película Avatar, también puede ser controlado por un mouse, y usando ejemplos de código, puedes crear tus propios algoritmos de movimiento.

Apertura del proyecto. Cualquiera puede hacer sus propias herramientas (ventosa o clip de lápiz) y cargar el programa (boceto) necesario para completar la tarea al controlador.

Etapas de fabricación de unidades y montaje del manipulador.

Materiales y herramientas

Para la fabricación de un brazo manipulador se utilizó un panel composite de 3 mm y 5 mm de espesor. Este material, que consta de dos láminas de aluminio de 0,21 mm de espesor unidas por una capa de polímero termoplástico, tiene buena rigidez, es liviano y está bien procesado. Se procesaron fotos descargadas del manipulador en Internet. programa de computadora Inkscape (editor de gráficos vectoriales). En AutoCAD (sistema tridimensional diseño asistido por ordenador y dibujo) se dibujaron dibujos del brazo - manipulador.

Piezas terminadas para el manipulador.

Piezas terminadas de la base del manipulador.

Llenado mecánico del manipulador

Se utilizaron servoaccionamientos MG-995 para la base del manipulador. Estos son servos digitales con engranajes metálicos y rodamientos de bolas, brindan una fuerza de 4.8 kg/cm, posicionamiento preciso y velocidad aceptable. Un servo pesa 55,0 gramos con unas dimensiones de 40,7 x 19,7 x 42,9 mm, la tensión de alimentación es de 4,8 a 7,2 voltios.

Se utilizaron servos MG-90S para capturar y girar la mano. Estos también son servos digitales con engranajes metálicos y un rodamiento de bolas en el eje de salida, proporcionan una fuerza de 1,8 kg/cm y un posicionamiento preciso. Un servo pesa 13,4 gramos con unas dimensiones de 22,8 x 12,2 x 28,5 mm, la tensión de alimentación es de 4,8 a 6,0 voltios.

Servo MG-995 Servo MG90S

El tamaño del cojinete 30x55x13 se utiliza para facilitar la rotación de la base del brazo, un manipulador con carga.

Instalación de rodamientos. dispositivo rotatorio ensamblado

La base del conjunto brazo - manipulador.

Piezas para el montaje de la empuñadura. Agarre recogido.

Llenado electrónico del manipulador

hay tal proyecto abierto llamado arduino. La base de este proyecto es un módulo de hardware básico y un programa en el que se puede escribir código para el controlador en un lenguaje especializado, y que permite conectar y programar este módulo.

Para trabajar con el manipulador, utilizamos la placa Arduino UNO R 3 y una placa de expansión compatible para conectar servos. Tiene un estabilizador de 5 voltios para alimentar los servos, contactos PLS para conectar los servos y un conector para conectar resistencias variables. La energía se suministra desde el bloque 9V, 3A.

placa controladora arduino UNO R 3.

diagrama de circuito extensiones para la placa controladora Arduino UNO R 3 desarrollado de acuerdo con las tareas asignadas.

Diagrama esquemático de la placa de expansión para el controlador.

Placa de expansión del controlador.

Conectamos la placa Arduino UNO R 3 usando cable USB A-B a la computadora, instalar ajustes necesarios en el entorno de programación, componemos un programa (boceto) para el funcionamiento de los servos utilizando las bibliotecas de Arduino. Compilamos (verificamos) el boceto, luego lo subimos al controlador. Con información detallada sobre cómo trabajar en el entorno Arduino se puede encontrar en el sitio web http://edurobots.ru/category/uroki/ (Arduino para principiantes. Lecciones).

Ventana del programa con un boceto.

Conclusión

El modelo dado del manipulador se distingue por su bajo costo, de un simple constructor "Duckrobot", que realiza 2 movimientos y cuesta 1102 rublos, o Lego - constructor "Estación de policía" que vale 8429 rublos. Nuestro diseñador realiza 5 movimientos y cuesta 2384 rublos.

	Accesorios y material	Cantidad
	ServoMG-995
	ServoMG90S
	Rodamiento 30x55x13
	Rodamiento 3x8x3
	М3х27 cremallera latón hembra-hembra
	Tornillo cabeza M3x10 bajo h/w
	Panel compuesto tamaño 0,6 m 2
	Placa controladora Arduino UNO R 3
	Resistencias variables 100k.

El bajo costo contribuyó al desarrollo de un diseñador técnico de una mano: un manipulador, en cuyo ejemplo se demostró claramente el principio de funcionamiento del manipulador, el cumplimiento de tareas de una manera lúdica.

El principio de funcionamiento en el entorno de programación Arduino ha demostrado su eficacia en las pruebas. Esta forma de gestionar y enseñar programación de forma lúdica no solo es posible, sino también efectiva.

El archivo de boceto inicial, tomado del sitio web oficial de Arduino y depurado en el entorno de programación, proporciona el correcto y desempeño confiable manipulador.

En el futuro, quiero abandonar los costosos servos y usar motores paso a paso, por lo tanto, se moverá con suficiente precisión y suavidad.

El manipulador se controla mediante un pantógrafo a través de un canal de radio Bluetooth.

Fuentes de información

Gololobov N.V. Sobre el proyecto Arduino para escolares. Moscú. 2011.

Kurt E. D. Introducción a los microcontroladores con traducción al ruso por T. Volkova. 2012.

Belov A. V. Manual de autoinstrucciones para el desarrollador de dispositivos basados en microcontroladores AVR. Ciencia y tecnología, San Petersburgo, 2008.

http://www.customelectronics.ru/robo-ruka-sborka-mehaniki/ manipulador de oruga.

http://robocraft.ru/blog/electronics/660.html manipulador a través de Bluetooth.

http://robocraft.ru/blog/mechanics/583.html enlace al artículo y video.

http://edurobots.ru/category/uroki/ Arduino para principiantes.

Apéndice

Dibujo base del manipulador

Dibujo del brazo y empuñadura del manipulador.

De las características de este robot en la plataforma Arduino, se puede notar la complejidad de su diseño. Roboarm consta de muchas palancas que le permiten moverse en todos los ejes, agarrar y mover varias cosas usando solo 4 servomotores. Habiendo recogido con mis propias manos tal robot, definitivamente podrá sorprender a sus amigos y seres queridos con las posibilidades y vista agradable este dispositivo! ¡Recuerda que siempre puedes utilizar nuestro entorno gráfico RobotON Studio para programar!

Si tiene alguna pregunta o comentario, ¡siempre estamos en contacto! ¡Crea y comparte tus resultados!

Peculiaridades:

Para ensamblar un brazo robótico de bricolaje, necesitará bastantes componentes. La parte principal está ocupada por piezas impresas en 3D, hay alrededor de 18 (no es necesario imprimir una diapositiva).Si ha descargado e impreso todo lo que necesita, necesitará tornillos, tuercas y electrónica:

5 tornillos M4 20 mm, 1 x 40 mm y tuercas antirrotación correspondientes
6 tornillos M3 10mm, 1 x 20mm y tuercas correspondientes
Protoboard con cables de conexión o blindaje
arduino nano
4 servomotores SG 90

Después de montar la carcasa, es IMPORTANTE asegurarse de que pueda moverse libremente. Si los componentes clave del Roboarm se mueven con dificultad, es posible que los servomotores no puedan manejar la carga. Al ensamblar la electrónica, debe recordarse que es mejor conectar el circuito a la alimentación después de una verificación completa de las conexiones. Para evitar daños a los servos SG 90, no necesita girar el motor a mano, si no es necesario. En caso de que necesite desarrollar SG 90, debe mover suavemente el eje del motor en diferentes direcciones.

Características:

Programación sencilla debido a la presencia de un número reducido de motores y del mismo tipo
La presencia de zonas muertas para algunos servos.
Amplia aplicabilidad del robot en la vida diaria.
Interesante trabajo de ingeniería.
La necesidad de utilizar una impresora 3D

¡Hola!

Hablamos de la línea de manipuladores robóticos colaborativos Universal Robots.

Universal Robots, originaria de Dinamarca, se dedica a la producción de manipuladores robóticos colaborativos para la automatización cíclica procesos de producción. En este artículo presentamos sus principales especificaciones y considerar las áreas de aplicación.

¿Qué es?

Los productos de la empresa están representados por una línea de tres dispositivos ligeros de manipulación industrial con una cadena cinemática abierta:
UR3, UR5, UR10.
Todos los modelos tienen 6 grados de libertad: 3 portátiles y 3 de orientación. Los dispositivos de Universal-robots producen solo movimientos angulares.
Los manipuladores robóticos se dividen en clases, según la carga útil máxima permitida. Otras diferencias son - radio área de trabajo, peso y diámetro de la base.
Todos los manipuladores UR están equipados con codificadores absolutos de alta precisión que facilitan la integración con dispositivos externos Y equipamiento. Debido a su diseño compacto, los manipuladores UR no ocupan mucho espacio y pueden instalarse en estaciones de trabajo o líneas de producción donde no caben los robots convencionales. Características:
que son interesantesFacilidad de programación

La tecnología de programación especialmente desarrollada y patentada permite a los operadores no técnicos configurar y controlar rápidamente los brazos robóticos UR con tecnología de visualización 3D intuitiva. La programación ocurre por una serie de movimientos simples del cuerpo de trabajo del manipulador a las posiciones requeridas, o presionando las flechas en programa especial en tableta.UR3: UR5: UR10: Configuración rápida

Le tomará menos de una hora a un operador que realiza la puesta en marcha inicial del equipo desempacar, instalar y programar la primera operación simple. UR3: UR5: UR10: Colaboración y seguridad

Los manipuladores UR son capaces de reemplazar a los operadores que realizan tareas rutinarias en entornos peligrosos y contaminados. El sistema de control tiene en cuenta las perturbaciones externas ejercidas sobre el brazo robótico durante el funcionamiento. Como resultado, los sistemas de manipulación UR pueden funcionar sin vallas protectoras, junto a los lugares de trabajo del personal. Los sistemas de seguridad de los robots están aprobados y certificados por TÜV, la Unión de Inspectores Técnicos Alemanes.
UR3: UR5: UR10: Variedad de cuerpos de trabajo.

Al final de los manipuladores industriales UR existe una fijación estandarizada para la instalación de cuerpos especiales de trabajo. Se pueden instalar módulos adicionales de cámaras o sensores de par de fuerza entre el cuerpo de trabajo y el enlace final del manipulador. Posibilidades de aplicación

Los brazos robóticos industriales UR abren la posibilidad de automatizar casi todos los procesos rutinarios cíclicos. Los dispositivos de Universal Robots han demostrado su eficacia en Varias áreas aplicaciones

Traducción

La instalación de manipuladores UR en las áreas de transferencia y empaque aumenta la precisión y reduce las mermas. La mayoría de las operaciones de transferencia se pueden realizar sin supervisión. Pulido, pulido, esmerilado

El sistema de sensor incorporado le permite controlar la precisión y uniformidad de la fuerza aplicada en superficies curvas e irregulares.

Moldeo por inyección

La alta precisión de los movimientos repetitivos hace que los robots UR sean adecuados para aplicaciones de procesamiento de polímeros y moldeo por inyección.
Mantenimiento de máquinas CNC

La clase de protección shell ofrece la posibilidad de instalar sistemas de manipulación para trabajo conjunto con máquinas CNC. Embalaje y apilamiento

Las tecnologías de automatización tradicionales son engorrosas y caras. Los robots UR fácilmente personalizables pueden funcionar sin pantallas protectoras al lado de los empleados o sin ellos las 24 horas del día, brindo alta precisión y rendimiento Control de calidad

El brazo robótico con cámaras de video es adecuado para mediciones en 3D, lo que es una garantía adicional de calidad del producto. Asamblea

Un simple portaherramientas permite equipar los robots UR con los accesorios adecuados necesarios para ensamblar piezas de madera, plástico, metal y otros materiales. Maquillaje

El sistema de control permite controlar el momento desarrollado con el fin de evitar aprietes excesivos y asegurar la tensión requerida. Unión y soldadura

La alta precisión de posicionamiento del cuerpo de trabajo reduce la cantidad de residuos al realizar el encolado o la aplicación de sustancias.
Los brazos robóticos industriales UR pueden realizar Varios tipos soldadura: arco, punto, ultrasonidos y plasma. Total:

Los manipuladores industriales de Universal Robots son compactos, livianos y fáciles de aprender y usar. Los robots UR son una solución flexible para una amplia gama de tareas. Los manipuladores se pueden programar para cualquier acción inherente a los movimientos de la mano humana, y movimientos de rotación lo hacen mucho mejor. Los manipuladores no se caracterizan por la fatiga y el miedo a lesionarse, no necesitan descansos ni fines de semana.
Las soluciones de Universal-robots le permiten automatizar cualquier proceso rutinario, lo que aumenta la velocidad y la calidad de la producción.

Analice la automatización de sus procesos de fabricación con manipuladores de Universal-Robots con distribuidor oficial -

¡Hola!
Hace un par de años, apareció en kickstarter un proyecto muy interesante de uFactory: un uArm de brazo robótico de escritorio. Prometieron eventualmente hacer que el proyecto fuera de código abierto, pero no podía esperar y me metí en la ingeniería inversa a partir de fotografías.
A lo largo de los años, hice cuatro versiones de mi visión de este manipulador y finalmente desarrollé este diseño:
Es un brazo robótico con un controlador integrado, accionado por cinco servos. Su principal ventaja es que todos los detalles se pueden comprar o cortar de forma económica y rápida en plexiglás con un láser.
Como tomé un proyecto de código abierto como fuente de inspiración, comparto todos mis resultados completos. Puede descargar todas las fuentes desde los enlaces al final del artículo y, si lo desea, compilar la misma (todos los enlaces al final del artículo).

Pero es más fácil mostrarlo en el trabajo una vez que decir durante mucho tiempo lo que es:

Entonces, pasemos a la descripción.
Especificaciones

Altura: 300 mm.
Área de trabajo (con el brazo completamente extendido): 140 mm a 300 mm alrededor de la base
Capacidad de carga máxima en un brazo extendido, no menos de: 200 g
Corriente consumida, no más de: 6A

También me gustaría señalar algunas características de diseño:

Cojinetes en todas las partes móviles del manipulador. Hay once en total: 10 piezas para eje de 3 mm y una para eje de 30 mm.
Fácil montaje. Presté mucha atención para asegurarme de que hubiera tal secuencia de ensamblaje del manipulador en la que fuera extremadamente conveniente atornillar todos los detalles. Fue especialmente difícil hacer esto para los poderosos nodos de servo en la base.
Todos los potentes servos se encuentran en la base. Es decir, los servos "inferiores" no arrastran a los "superiores".
Las bisagras paralelas mantienen la herramienta siempre paralela o perpendicular al suelo.
La posición del manipulador se puede cambiar en 90 grados.
Compatible con Arduino listo para usar software. Correctamente mano recogida puede controlarse con el mouse y, utilizando ejemplos de código, puede crear sus propios algoritmos de movimiento

Descripción del diseño
Todas las partes del manipulador están cortadas de plexiglás de 3 y 5 mm de espesor:

Presta atención a cómo se monta la base giratoria:
El más difícil es el nodo en la parte inferior del manipulador. En las primeras versiones me costó mucho montarlo. Tres servos están conectados en él y las fuerzas se transmiten a la empuñadura. Las piezas giran alrededor de un pasador con un diámetro de 6 mm. La empuñadura se mantiene paralela (o perpendicular) a la superficie de trabajo gracias a varillas adicionales:

El manipulador con el hombro y el codo instalados se muestra en la foto de abajo. La garra y el empuje aún no se le han agregado:

La garra también está montada sobre cojinetes. Puede encogerse y girar alrededor de su eje:
La garra se puede instalar tanto en vertical como en horizontal:

Controlado por todas las placas y escudos compatibles con Arduino:

Asamblea
Tomará aproximadamente dos horas y un montón de sujetadores para ensamblar el manipulador. El proceso de montaje lo realicé en forma de instrucciones en fotografías (¡cuidado, tráfico!) con comentarios detallados de cada operación. También realicé un modelo 3D detallado de una manera simple y programa gratis esbozar. Para que siempre puedas girarlo ante tus ojos y ver lugares incomprensibles:

Electrónica y programación
Hice un escudo completo en el que instalé, además de los conectores de servo y alimentación, resistencias variables. Para facilitar la depuración. De hecho, basta con llevar señales a los motores con la ayuda de una placa de prueba. Pero terminé con un escudo así, que (dio la casualidad) pedí en la fábrica:

En general, hice tres programas diferentes para Arduino. Uno para control de PC, uno para operación de demostración y otro para control de botón y resistencia variable. El más interesante de ellos es, por supuesto, el primero. No publicaré el código completo aquí, está disponible en línea.
Para administrar, necesita descargar un programa para su computadora. Después de iniciarlo, el mouse ingresa al modo de control manual. El movimiento es responsable de moverse a lo largo de XY, la rueda cambia la altura, LMB / RMB - captura, RMB + rueda - rotación del manipulador. Y es realmente conveniente. Estaba en el video al principio del artículo.
fuentes del proyecto