Манипулятор на Arduino своими руками

Смотреть видео в Дзен

Смотреть видео в Дзен

Добрый день! Сегодня решил представить вам свой первый проект на Arduino. Т. к. в программировании я – дилетант, то статья будет посвящена, в основном, конструкции манипулятора, которую я собрал из того, что было дома. В магазине приобрел лишь сам Arduino, 4 сервопривода, breadboard и несколько проводов типа «папа-папа». К слову, обзоры на все эти элементы есть на YouTube.

Целью было создание прототипа промышленного манипулятора, управляемого с компьютера (Демонстрация представлена в конце статьи).

Немного теории

Механическая система манипулятора – это обычно кинематическая цепь, состоящая из подвижных звеньев с угловым или поступательным перемещением, которая заканчивается рабочим органом в виде захватного устройства или какого-нибудь инструмента. В среднем современные манипуляторы имеют 4-6 степеней подвижности, но существуют и манипуляторы с 8-9 степенями. Необходимое число ориентирующих степеней подвижности равно трем.

Различают 4 принципиальные схемы манипуляторов с 3 степенями подвижности:

1) Манипуляторы, работающие в прямоугольной системе координат (рис. а), имеют рабочую зону в виде параллелепипеда. Здесь осуществляются только поступательные перемещения. Такая схема максимально упрощает программирование робота, так как не требуется пересчет программ из одной системы координат в другую.

2) Манипулятор с цилиндрической системой координат (рис. б).

3) Манипулятор со сферической системой координат (рис. в).

4) Манипулятор с угловой системой координат (рис. г). Эта схема наиболее компактна, но сложнее предыдущих по программированию, т. к. требуется пересчет координат из декартовой системы в угловую по всем трем осям.

Источник - Е. И. Юревич "Основы робототехники".

Перейдем к практике

Манипулятор состоит из схвата, подвижных звеньев и механизма поворота.

Конструкция

1. Схват

«Челюсти» схвата я вырезал ножницами из пластиковой карты и в месте стыка соединил гвоздем. Т.к. шестеренки вырезать вручную напряжно, движение с сервопривода передается на схват посредством шатунных звеньев, сделанных из медного провода.

2. Система подвижных звеньев

Здесь основным материалом является ДВП, т. к. легко достать и еще проще обрабатывать. В качестве шарниров использовал все те же гвозди. После заколачивания их обрезал бокорезами. На мое удивление из гвоздей получились вполне годные шарниры.

3. Механизм поворота

Т. к. масса манипулятора довольно внушительная для крепления на один только сервопривод, для работы понадобилась надежная опора. Ее я сделал из трех болтов, стыкующихся в деревянной основе треугольной формы, и металлических колесиков на каждом из них, которые нашел в комплекте для вязания (официального названия не знаю). Вся эта конструкция опирается на обычную металлическую крышку от стеклянной банки, которая стоит на кусках экструдированного пенополистирола.

4. Дополнения

Первое необходимое дополнение – это противовес (чтобы манипулятор не заваливался вперед).

Второе желательное дополнение – это компенсирующая пружина или резина. В случае, если манипулятор сильно вытянется вперед, да еще и возьмет груз, назад он может не подняться. Она предохраняет от таких случаев.

Программирование

Для управления манипулятором с компьютера я воспользовался программой ServoStudio12, которую нашел на сайте по адресу первоисточник. Здесь найдете рекомендации по подключению и использыванию, в общем, разберетесь (не хочу отнимать у автора его "хлеб"). Программа позволяет управлять манипулятором в реальном времени (путем перетаскивания мышкой ползунков) и с помощью кнопок на компьютере путем задания последовательности действий по нажатию клавиши.