UStepper Robot Arm 4: 5 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Đây là lần lặp lại thứ 4 của cánh tay Robotic của tôi, mà tôi đã phát triển như một ứng dụng cho bảng điều khiển bước uStepper của chúng tôi. Vì robot có 3 động cơ bước và một servo để truyền động (trong cấu hình cơ bản của nó), nó không giới hạn ở uStepper, nhưng có thể được sử dụng với bất kỳ bảng điều khiển bước nào.

Thiết kế dựa trên rô bốt đóng pallet công nghiệp - và tương đối đơn giản. Như đã nói, tôi đã dành vô số giờ để nghĩ ra thiết kế và tối ưu hóa nó để dễ lắp ráp cũng như dễ in các bộ phận.

Tôi đã thiết kế dễ dàng in ấn và đơn giản hóa việc lắp ráp. Không phải là không có cách nào để cải thiện hai thông số đó, nhưng tôi nghĩ mình đã đi được một chặng đường dài. Hơn nữa, tôi muốn kéo rô bốt công nghiệp xuống một mức độ mà người yêu thích có thể làm theo nó bằng cách cho thấy rằng nó có thể được tạo ra tương đối đơn giản - cũng là một phép toán để điều khiển nó!

Vui lòng để lại nhận xét với phản hồi mang tính xây dựng về cả thiết kế nhưng trên hết là về cách tôi làm để làm cho nó có thể truy cập được cho tất cả mọi người (đặc biệt là toán học).

Bước 1: Các bộ phận cần thiết, In 3D và Lắp ráp

Về cơ bản mọi thứ bạn cần biết đều có trong sách hướng dẫn lắp ráp. Có BOM chi tiết với cả các bộ phận mua và in và hướng dẫn lắp ráp chi tiết.

In 3D được thực hiện trên một máy in 3D chất lượng hợp lý (FDM) với chiều cao lớp là 0,2 mm và mực in 30%. Bạn có thể tìm thấy phiên bản mới nhất của các bộ phận và hướng dẫn tại đây:

Bước 2: Chuyển động học

Để làm cho cánh tay di chuyển theo cách có thể thấy trước, bạn cần phải làm toán: Tôi đã xem xét rất nhiều nơi để tìm một mô tả tương đối đơn giản về động học liên quan đến loại rô bốt này, nhưng tôi chưa tìm thấy một mô tả mà tôi tin rằng. một cấp độ mà hầu hết mọi người có thể hiểu nó. Tôi đã thực hiện phiên bản động học của riêng mình chỉ dựa trên lượng giác chứ không phải phép biến đổi ma trận có vẻ khá đáng sợ nếu bạn chưa từng làm việc với công cụ đó trước đây - tuy nhiên, chúng khá đơn giản đối với robot cụ thể này vì nó chỉ có 3 DOF.

Tôi càng không bao giờ nghĩ rằng cách tiếp cận của tôi trong tài liệu đính kèm được viết theo cách tương đối dễ hiểu. Nhưng hãy xem và xem nó có ý nghĩa với bạn không nhé!

Bước 3: Mã hóa động học

Các động học có thể khó nắm bắt ngay cả với các tính toán tôi đã cung cấp trong phần trước. Vì vậy, đây trước hết là triển khai Octave - Octave là một công cụ miễn phí với nhiều tính năng tương tự được tìm thấy trong Matlab.

L1o = 40; Zo = -70; L_2 = 73,0; Au = 188,0; Al = 182,0; Lo = 47,0; UPPERARMLEN = Au; LOWERARMLEN = Al; XOFFSET = Lo; ZOFFSET = L_2; AZOFFSET = Zo; AXOFFSET = L1o; disp ('Thực hiện mã') disp ('Góc đầu vào:') rot = deg2rad (30); phải = deg2rad (142,5); trái = deg2rad (50); rad2deg (rot) rad2deg (right) rad2deg (left) T1 = rot; #base T2 = right; #shoulder T3 = left; #elbow #FW chuyển động học để lấy XYZ từ các góc: disp ('Tính X, Y, Z:') z = ZOFFSET + sin (phải) * LOWERARMLEN - cos (trái - (pi / 2 - phải)) * UPPERARMLEN + AZOFFSET k1 = sin (trái - (pi / 2 - phải)) * UPPERARMLEN + cos (phải) * LOWERARMLEN + XOFFSET + AXOFFSET; x = cos (rot) * k1 y = sin (rot) * k1 ## nghịch đảo động học để nhận các góc từ XYZ: rot = atan2 (y, x); x = x - cos (thối) * AXOFFSET; y = y - sin (thối) * AXOFFSET; z = z - AZOFFSET-ZOFFSET; L1 = sqrt (x * x + y * y) - XOFFSET; L2 = sqrt ((L1) * (L1) + (z) * (z)); a = (z) / L2; b = (L2 * L2 + LOWERARMLEN * LOWERARMLEN - UPPERARMLEN * UPPERARMLEN) / (2 * L2 * LOWERARMLEN); c = (LOWERARMLEN * LOWERARMLEN + UPPERARMLEN * UPPERARMLEN - L2 * L2) / (2 * LOWERARMLEN * UPPERARMLEN); right = (atan2 (a, sqrt (1-a * a)) + atan2 (sqrt (1-b * b), b)); left = atan2 (sqrt (1-c * c), c); ## góc tính toán đầu ra disp ('Góc đầu ra:') rot = rad2deg (rot) right = rad2deg (right) left = rad2deg (left)

Với tập lệnh trên, về cơ bản, bạn đã có mã sẵn sàng triển khai cho chuyển động học chuyển tiếp và lùi.

Chuyển tiếp Động học bạn sử dụng để tính toán nơi bạn sẽ kết thúc với một tập hợp các góc vận động nhất định. Sau đó, chuyển động học nghịch đảo sẽ (thực hiện ngược lại) tính toán những góc vận động bạn cần để kết thúc tại một vị trí x, y, z mong muốn. Các ràng buộc về chuyển động của động cơ sau đó phải được chèn vào, như vd. cơ sở quay chỉ có thể đi từ 0 đến 359 độ. Bằng cách này, bạn đảm bảo rằng bạn sẽ không đi đến những vị trí không khả thi.

Bước 4: Chạy Thing

Chúng tôi không hoàn toàn ở đó với việc triển khai thư viện động học, vì vậy tôi chưa thể cung cấp. Nhưng tôi có thể cho bạn xem một đoạn video về cách nó đang chạy. Nó khá ổn định và trơn tru do sử dụng vòng bi và truyền động bằng dây đai, bên cạnh chất lượng ổ đĩa hợp lý mà ở đây là bo mạch uStepper S.

Bước 5: Hiệu ứng cuối bổ sung

Tôi đã thiết kế thêm 3 hiệu ứng cuối. Một cái khá đơn giản là một cái gắp ngang, một cái khác phù hợp với lon bia hoặc nước ngọt thông thường của Châu Âu và cuối cùng có một hệ thống kẹp chân không cho phép bạn vừa với cốc chân không, máy bơm và van.

Tất cả sẽ có hoặc có sẵn tại đây (tệp 3D STL và hướng dẫn):