UStepper Robot Arm 4: 5 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

นี่เป็นการทำซ้ำครั้งที่ 4 ของแขนกลหุ่นยนต์ของฉัน ซึ่งฉันได้พัฒนาเป็นแอปพลิเคชันสำหรับบอร์ดควบคุม uStepper stepper ของเรา เนื่องจากหุ่นยนต์มีสเต็ปเปอร์มอเตอร์ 3 ตัวและเซอร์โวสำหรับการสั่งงาน (ในการกำหนดค่าพื้นฐาน) จึงไม่จำกัดเฉพาะ uStepper แต่สามารถใช้กับบอร์ดควบคุมสเต็ปเปอร์แบบใดก็ได้

การออกแบบนี้ใช้หุ่นยนต์จัดเรียงพาเลทในอุตสาหกรรม และค่อนข้างง่าย จากที่กล่าวมา ฉันใช้เวลานับไม่ถ้วนมากับการออกแบบและเพิ่มประสิทธิภาพทั้งเพื่อให้ง่ายต่อการประกอบ แต่ยังพิมพ์ชิ้นส่วนได้ง่ายอีกด้วย

ฉันออกแบบโดยคำนึงถึงความสะดวกในการพิมพ์และความเรียบง่ายของการประกอบ ไม่ใช่ว่าไม่มีทางที่จะปรับปรุงพารามิเตอร์ทั้งสองนี้ได้ แต่ฉันคิดว่าฉันมาไกลแล้ว นอกจากนี้ ฉันต้องการดึงวิทยาการหุ่นยนต์อุตสาหกรรมให้อยู่ในระดับที่นักอดิเรกสามารถติดตามได้โดยแสดงให้เห็นว่ามันสามารถทำได้ค่อนข้างง่าย - รวมถึงคณิตศาสตร์ที่จะควบคุมมันด้วย !

รู้สึกอิสระที่จะแสดงความคิดเห็นพร้อมข้อเสนอแนะเชิงสร้างสรรค์เกี่ยวกับการออกแบบทั้งสอง แต่ที่สำคัญที่สุดคือทำอย่างไรเพื่อให้ทุกคนเข้าถึงได้ (โดยเฉพาะวิชาคณิตศาสตร์)

ขั้นตอนที่ 1: ชิ้นส่วนที่จำเป็น การพิมพ์และการประกอบ 3 มิติ

โดยพื้นฐานแล้วทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้อยู่ในคู่มือการประกอบ มี BOM แบบละเอียดพร้อมทั้งชิ้นส่วนที่ซื้อและพิมพ์ และคำแนะนำในการประกอบโดยละเอียด

การพิมพ์ 3D ทำได้ด้วยเครื่องพิมพ์ 3D (FDM) ที่มีคุณภาพเหมาะสม โดยมีความสูงของชั้น 0.2 มม. และวัสดุเติม 30% คุณสามารถค้นหาการทำซ้ำชิ้นส่วนและคำแนะนำล่าสุดได้ที่นี่:

ขั้นตอนที่ 2: จลนศาสตร์

ในการทำให้แขนเคลื่อนไปรอบๆ ในลักษณะที่คาดการณ์ได้ คุณต้องทำคณิตศาสตร์:OI ได้ดูสถานที่ต่างๆ มากมายสำหรับคำอธิบายที่ค่อนข้างง่ายของจลนศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับหุ่นยนต์ประเภทนี้ แต่ฉันไม่พบอันที่เชื่อว่าเป็น ระดับที่คนส่วนใหญ่สามารถเข้าใจได้ ฉันได้ทำจลนศาสตร์ในเวอร์ชันของฉันเองโดยอิงตามตรีโกณมิติเท่านั้นและไม่ใช่การแปลงเมทริกซ์ที่ดูน่ากลัวทีเดียวหากคุณไม่เคยทำสิ่งนั้นมาก่อน - อย่างไรก็ตาม มันค่อนข้างง่ายสำหรับหุ่นยนต์ตัวนี้เพราะมีเพียง 3 DOF

ฉันคิดว่าแนวทางของฉันในเอกสารแนบนั้นเขียนในลักษณะที่ค่อนข้างเข้าใจง่าย แต่ลองดูและดูว่าเหมาะสมกับคุณหรือไม่ !

ขั้นตอนที่ 3: การเข้ารหัสจลนศาสตร์

จลนศาสตร์นั้นเข้าใจยากแม้จะคำนวณที่ฉันให้ไว้ก่อนหน้านี้ ดังนั้นนี่คือขั้นแรกในการใช้งาน Octave - Octave เป็นเครื่องมือฟรีที่มีคุณสมบัติเหมือนกันมากมายที่พบใน Matlab

L1o = 40;Zo = -70; L_2 = 73.0; ออ = 188.0; อัล = 182.0; หล่อ = 47.0; UPPERARMLEN = ออ; LOWERARMLEN = อัล; XOFFSET = หล่อ; ZOFFSET = L_2; AZOFFSET = โซ; AXOFFSET = L1o; disp('การใช้โค้ด') disp('มุมอินพุต:') rot = deg2rad (30); ขวา = deg2rad(142.5); ซ้าย = deg2rad (50); rad2deg(rot) rad2deg(right) rad2deg(left) T1 = rot;#base T2 = right;#shoulder T3 = left;#elbow #FW จลนศาสตร์เพื่อให้ได้ XYZ จากมุม: disp('Calculated X, Y, Z:') z = ZOFFSET + sin(right)*LOWERARMLEN - cos(left - (pi/2 - right))*UPPERARMLEN + AZOFFSET k1 = sin(left - (pi/2 - right))*UPPERARMLEN + cos(right)* วงแขนล่าง + XOFFSET + AXOFFSET; x = cos(rot)*k1 y = sin(rot)*k1 ##inverse kinematics เพื่อให้ได้มุมจาก XYZ: rot = atan2(y, x); x = x - cos(rot)*AXOFFSET; y = y - บาป(เน่า)*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); ขวา = (atan2(a, sqrt(1-a*a)) + atan2(sqrt(1-b*b), b)); ซ้าย = atan2(sqrt(1-c*c), c); ##output คำนวณมุม disp('มุมเอาท์พุท:') rot = rad2deg(rot) ขวา = rad2deg (ขวา) ซ้าย = rad2deg (ซ้าย)

ด้วยสคริปต์ด้านบนนี้ คุณจะมีโค้ดที่พร้อมใช้งานสำหรับจลนศาสตร์ไปข้างหน้าและข้างหลัง

Forward Kinematics ที่คุณใช้ในการคำนวณตำแหน่งที่คุณจะจบลงด้วยชุดมุมมอเตอร์ที่กำหนด จลนศาสตร์ผกผันจะ (ทำผกผัน) คำนวณมุมมอเตอร์ที่คุณต้องการเพื่อให้ได้ตำแหน่ง x, y, z ที่ต้องการ จึงต้องใส่ข้อจำกัดในการเคลื่อนที่ของมอเตอร์เข้าไป เช่น ฐานหมุนได้ตั้งแต่ 0 ถึง 359 องศาเท่านั้น วิธีนี้ทำให้คุณมั่นใจได้ว่าคุณจะไม่ไปอยู่ในตำแหน่งที่ไม่สามารถทำได้

ขั้นตอนที่ 4: เรียกใช้สิ่งนั้น

เรายังไม่ค่อยพร้อมในการใช้งานไลบรารีจลนศาสตร์ ดังนั้นฉันยังไม่สามารถจัดเตรียมได้ แต่ฉันสามารถแสดงให้คุณเห็นวิดีโอว่ามันทำงานอย่างไร มันค่อนข้างเสถียรและราบรื่นเนื่องจากการใช้แบริ่งและตัวขับสายพาน นอกจากคุณภาพของไดรฟ์ที่เหมาะสมแล้ว ซึ่งก็คือบอร์ด uStepper S

ขั้นตอนที่ 5: End Effectors เพิ่มเติม

ฉันได้ออกแบบ end effectors เพิ่มเติม 3 รายการ อันหนึ่งเป็นมือจับแบบแนวนอน อีกอันหนึ่งเหมาะกับเบียร์ยุโรปหรือกระป๋องโซดาทั่วไป และสุดท้ายคือระบบกริปเปอร์แบบสุญญากาศที่ช่วยให้คุณติดตั้งบนถ้วยสูญญากาศ ปั๊ม และวาล์วได้

ทั้งหมดจะมีหรืออยู่ที่นี่ (ไฟล์ 3D STL และคำแนะนำ):