Ruční manipulátor pro domácí použití. Průmyslový robot manipulátor: Můžu dělat všechno a umím všechno. Materiály a nástroje

Obecní rozpočtová instituce

dodatečné vzdělání"Stanice mladí technici»

město Kamensk Šachtinskij

Městská etapa krajské soutěže

„Mladí designéři Donu pro třetí tisíciletí“

Sekce "robotika"

« Rameno manipulátoru Arduino"

učitel dalšího vzdělávání

MBU DO "SYUT"

Úvod 3

Výzkum a analýza 4

Etapy výrobních celků a montáž manipulátoru 6

Materiály a nástroje 6
Mechanické součásti manipulátoru 7
Elektronické plnění manipulátor 9

Závěr 11

Zdroje informací 12

Dodatek 13

Zavedení

Robotický manipulátor je trojrozměrný stroj, který má tři rozměry odpovídající prostoru živé bytosti. V širokém smyslu lze manipulátor definovat jako technický systém, schopný nahradit člověka nebo mu pomáhat při výkonu různé úkoly.

V současné době vývoj robotiky nepostupuje, ale běží, s předstihem. Jen za prvních 10 let 21. století bylo vynalezeno a implementováno více než 1 milion robotů. Nejzajímavější ale je, že vývoj v této oblasti mohou provádět nejen týmy velkých korporací, skupiny vědců a profesionálních inženýrů, ale i běžní školáci po celém světě.

Pro studium robotiky ve škole bylo vyvinuto několik komplexů. Nejznámější z nich jsou:

Robotis Bioloid;

LEGO Mindstorms;

Arduino.

Konstruktéři Arduina se těší velkému zájmu výrobců robotů. Desky Arduino jsou radiový konstruktor, velmi jednoduchý, ale dostatečně funkční pro velmi rychlé programování v jazyce Viring (ve skutečnosti C++) a implementaci technické nápady.

Ale jak ukazuje praxe, stále více praktický význam Získávají se díla mladých profesionálů nové generace.

Výuka programování dětí bude vždy relevantní, protože rychlý rozvoj robotiky je spojen především s vývojem informační technologie a komunikační prostředky.

Cílem projektu je vytvořit výukový radiokonstruktor založený na rameni manipulátoru, naučit děti hravou formou programovat v prostředí Arduina. Poskytnout možnost co největšímu počtu dětí seznámit se s konstrukční činností v robotice.

Cíle projektu:

vyvinout a postavit výukové rameno - manipulátor s minimální náklady fondy, které nejsou horší než zahraniční analogy;

používat serva jako manipulační mechanismy;

ovládat mechanismy manipulátoru pomocí rádiové sady Arduino UNO R 3;

vyvinout program v programovacím prostředí Arduino pro proporcionální řízení serv.

Pro dosažení stanoveného cíle a cílů našeho projektu je nutné prostudovat typy stávajících manipulátorů, technickou literaturu na toto téma a hardwarovou a výpočetní platformu Arduino.

Výzkum a analýza

Studie.

Průmyslový manipulátor - určený k provádění motorických a řídicích funkcí v výrobního procesu, tj. automatické zařízení, skládající se z manipulátoru a přeprogramovatelného ovládacího zařízení, které generuje ovládací akce, které specifikují požadované pohyby výkonné orgány manipulátor. Slouží k přesunu výrobních položek a provádění různých technologických operací.

O
boom konstruktor - manipulátor je vybaven robotickým ramenem, které se stlačuje a uvolňuje. S jeho pomocí můžete hrát šachy pomocí dálkového ovládání. K rozdávání vizitek můžete využít i robotickou ruku. Pohyby zahrnují: zápěstí 120°, loket 300°, základní rotace 270°, základní rotace 180°. Hračka je velmi dobrá a užitečná, ale její cena je asi 17 200 rublů.

Díky projektu uArm si každý může sestavit vlastního stolního minirobota. „uArm“ je 4osý manipulátor, miniaturní verze průmyslového robota „ABB PalletPack IRB460“ Manipulátor je vybaven mikroprocesorem Atmel a sadou servomotorů, celkové náklady potřebné díly - 12959 rublů. Projekt uArm vyžaduje alespoň základní znalosti programování a zkušenosti se stavbou Lega. Minirobota lze naprogramovat pro mnoho funkcí: od hraní až po hudební nástroj, před načtením nějakého složitého programu. V současné době jsou vyvíjeny aplikace pro iOS a Android, které vám umožní ovládat „uArm“ ze smartphonu.

Manipulátory "uArm"

Většina stávajících manipulátorů zahrnuje umístění motorů přímo do kloubů. To je konstrukčně jednodušší, ale ukazuje se, že motory musí zvedat nejen užitečné zatížení, ale i další motory.

Analýza.

Jako základ jsme vzali manipulátor prezentovaný na webu Kickstarter, který se jmenoval „uArm“. Výhodou tohoto provedení je, že plošina pro umístění chapadla je vždy umístěna paralelně pracovní plocha. Těžké motory jsou umístěny na základně, síly jsou přenášeny přes tyče. Výsledkem je, že manipulátor má tři serva (tři stupně volnosti), které mu umožňují pohybovat nástrojem ve všech třech osách o 90 stupňů.

Rozhodli se pro instalaci ložisek do pohyblivých částí manipulátoru. Tato konstrukce manipulátoru má oproti mnoha modelům, které jsou aktuálně v prodeji, spoustu výhod: Celkem manipulátor používá 11 ložisek: 10 kusů pro hřídel 3mm a jedno pro hřídel 30mm.

Vlastnosti ramena manipulátoru:

Výška: 300 mm.

Pracovní oblast(s plně vysunutým ramenem): 140 mm až 300 mm kolem základny

Maximální nosnost na délku paže: 200 g

Spotřeba proudu, ne více: 1A

Snadné sestavení. Velká pozornost byla věnována tomu, aby existovala taková posloupnost montáže manipulátoru, při které by bylo mimořádně pohodlné šroubovat všechny díly. To bylo obzvláště obtížné pro výkonné servopohony v základně.

Ovládání je realizováno pomocí proměnných rezistorů, proporcionální řízení. Můžete si navrhnout ovládání typu pantograf, jako mají jaderní vědci a hrdina ve velkém robotovi z filmu „Avatar“, lze jej ovládat také myší a pomocí příkladů kódu si můžete vytvořit vlastní algoritmy pohybu.

Otevřenost projektu. Každý si může vyrobit své vlastní nástroje (přísavka nebo spona na tužku) a nahrát do ovladače program (náčrt) potřebný k dokončení úkolu.

Etapy výroby komponentů a montáž manipulátoru

Materiály a nástroje

K výrobě ramene manipulátoru byl použit kompozitní panel o tloušťce 3 mm a 5 mm. Jedná se o materiál, který se skládá ze dvou hliníkových plechů o tloušťce 0,21 mm, spojených vrstvou termoplastického polymeru, má dobrou tuhost, je lehký a snadno zpracovatelný. Fotografie manipulátoru stažené na internetu byly zpracovány počítačovým programem Inkscape (vektorový grafický editor). Výkresy ramene manipulátoru byly nakresleny v programu AutoCAD (trojrozměrný počítačově podporovaný systém navrhování a kreslení).

Hotové díly pro manipulátor.

Hotové díly základny manipulátoru.

Mechanický obsah manipulátoru

Na základnu manipulátoru byla použita serva MG-995. Jedná se o digitální serva s kovovými převody a kuličkovými ložisky, poskytují sílu 4,8 kg/cm, přesné polohování a přijatelnou rychlost. Jeden servopohon váží 55,0 gramů s rozměry 40,7 x 19,7 x 42,9 mm, napájecí napětí od 4,8 do 7,2 V.

K uchopení a otáčení ruky byly použity serva MG-90S. Jedná se také o digitální serva s kovovými převody a kuličkovým ložiskem na výstupní hřídeli poskytují sílu 1,8 kg/cm a přesné ovládání polohy. Jeden servopohon váží 13,4 gramů s rozměry 22,8 x 12,2 x 28,5 mm, napájecí napětí od 4,8 do 6,0 voltů.

Servopohon MG-995 Servopohon MG90S

Ložisko o rozměrech 30x55x13 slouží k usnadnění otáčení základny ramene - manipulátoru s břemenem.

Montáž ložisek. Sestava rotačního zařízení.

Základ ramene - sestava manipulátoru.

Díly pro sestavení chapadla. Sestava chapadla.

Elektronické plnění manipulátoru

Existuje jeden otevřený projekt, který se nazývá Arduino. Základem tohoto projektu je základní hardwarový modul a program, ve kterém lze psát kód pro regulátor ve specializovaném jazyce a který umožňuje tento modul připojit a naprogramovat.

Pro práci s manipulátorem jsme použili desku Arduino UNO R 3 a kompatibilní rozšiřující desku pro připojení serv. Má nainstalovaný 5V stabilizátor pro napájení serv, PLS kontakty pro připojení serv a konektor pro připojení proměnných rezistorů. Napájení je napájeno z bloku 9V, 3A.

Řídicí deska Arduino UNO R 3.

Schématický diagram rozšíření pro řídicí desku Arduino UNO R 3 byl vyvinut s ohledem na zadané úkoly.

Schéma rozšiřující desky pro regulátor.

Rozšiřující deska pro ovladač.

Desku Arduino UNO R 3 připojíme pomocí USB A-B kabelu k počítači, nastavíme potřebná nastavení v programovacím prostředí a vytvoříme program (náčrt) pro obsluhu serv pomocí knihoven Arduino. Zkompilujeme (zkontrolujeme) skicu, poté ji nahrajeme do ovladače. S podrobné informace o práci v prostředí Arduino lze nalézt na webu http://edurobots.ru/category/uroki/ (Arduino pro začátečníky. Lekce).

Okno programu s náčrtem.

Závěr

Tento model manipulátoru se vyznačuje nízkou cenou ve srovnání s jednoduchou stavebnicí „Duckrobot“, která provádí 2 pohyby a stojí 1 102 rublů, nebo stavebnicí Lego „Policejní stanice“, která stojí 8 429 rublů. Náš konstruktér provádí 5 pohybů a stojí 2384 rublů.

	Komponenty a materiál	Množství
	Servopohon MG-995
	Servopohon MG90S
	Ložisko 30x55x13
	Ložisko 3x8x3
	M3x27 mosazný stojan samice-samice
	Šroub M3x10 s brankou. pod v/v
	Kompozitní panel velikost 0,6m2
	Řídicí deska Arduino UNO R 3
	Variabilní odpory 100 kom.

Nízká cena přispěla k vývoji technického konstruktéru pro rameno manipulátoru, jehož příklad názorně demonstroval princip činnosti manipulátoru a provádění zadaných úkolů hravou formou.

Princip fungování v programovacím prostředí Arduino se v testech osvědčil. Tento způsob řízení a výuky programování hravou formou je nejen možný, ale i efektivní.

Počáteční soubor s náčrtem převzatým z oficiálních stránek Arduina a odladěným v programovacím prostředí zajišťuje správné a spolehlivý provoz manipulátor.

V budoucnu chci opustit drahá serva a používat je krokové motory, takže se bude pohybovat zcela přesně a hladce.

Manipulátor je ovládán pantografem přes rádiový kanál Bluetooth.

Zdroje informací

Gololobov N.V. O projektu Arduino pro školáky. Moskva. 2011.

Kurt E. D. Úvod do mikrokontrolérů s překladem do ruštiny od T. Volkova. 2012.

Belov A.V. Samoinstrukční manuál pro vývojáře zařízení na mikrokontrolérech AVR. Věda a technika, Petrohrad, 2008.

http://www.customelectronics.ru/robo-ruka-sborka-mehaniki/ pásový manipulátor.

http://robocraft.ru/blog/electronics/660.html manipulátor přes Bluetooth.

http://robocraft.ru/blog/mechanics/583.html odkaz na článek a video.

http://edurobots.ru/category/uroki/ Arduino pro začátečníky.

Aplikace

Základní výkres manipulátoru

Výkres výložníku a rukojeti manipulátoru.

Vytváříme robotický manipulátor pomocí dálkoměru a implementujeme podsvícení.

Základ vyřežeme z akrylu. Jako motory používáme servopohony.

Obecný popis projektu robotického manipulátoru

Projekt využívá 6 servomotorů. Pro mechanickou část byl použit akryl o tloušťce 2 mm. Podstavec z diskokoule přišel vhod jako stativ (uvnitř je namontován jeden z motorů). Dále je použit ultrazvukový snímač vzdálenosti a 10mm LED.

K ovládání robota se používá napájecí deska Arduino. Samotným zdrojem energie je napájecí zdroj počítače.

Projekt poskytuje komplexní vysvětlení pro vývoj robotické paže. Problematika napájení vyvinutého návrhu je posuzována samostatně.

Hlavní komponenty pro projekt manipulátoru

Začněme vývoj. Budete potřebovat:

6 servomotorů (použil jsem 2 modely mg946, 2 mg995, 2 futuba s3003 (mg995/mg946 mají lepší vlastnosti než futuba s3003, ale ty jsou mnohem levnější);
akryl o tloušťce 2 mm (a malý kousek o tloušťce 4 mm);
ultrazvukový snímač vzdálenosti hc-sr04;
LED 10 mm (barva - dle vašeho uvážení);
stativ (používá se jako základna);
hliníková rukojeť (stojí asi 10-15 dolarů).

Chcete-li ovládat:

Platit Arduino Uno(projekt využívá domácí desku, která je zcela podobná Arduinu);
napájecí deska (budete si ji muset vyrobit sami, k tomuto problému se vrátíme později, vyžaduje zvláštní pozornost);
napájecí zdroj (v tomto případě je použit počítačový zdroj);
počítač pro programování vašeho manipulátoru (pokud k programování používáte Arduino, pak Arduino IDE)

Samozřejmě budete potřebovat kabely a další základní nástroje jako šroubováky atd. Nyní můžeme přejít k designu.

Mechanická montáž

Před zahájením vývoje mechanické části manipulátoru stojí za zmínku, že nemám výkresy. Všechny uzly byly vyrobeny „na koleně“. Princip je ale velmi jednoduchý. Máte dva akrylové články, mezi které musíte nainstalovat servomotory. A další dva odkazy. Také pro instalaci motorů. No, samotný chvat. Nejjednodušeji si takový grip pořídíte na internetu. Téměř vše se montuje šrouby.

Délka prvního dílu je cca 19 cm; druhá - asi 17,5; Délka předního článku je cca 5,5 cm Zbývající rozměry vyberte v souladu s rozměry vašeho projektu. V zásadě nejsou velikosti zbývajících uzlů tak důležité.

Mechanické rameno musí u základny poskytovat úhel otáčení 180 stupňů. Takže musíme dole nainstalovat servomotor. V tomto případě je instalován ve stejné disco kouli. Ve vašem případě by to mohla být jakákoliv vhodná krabice. Robot je namontován na tomto servomotoru. Můžete, jak je znázorněno na obrázku, nainstalovat další kovový přírubový kroužek. Můžete se bez toho obejít.

K instalaci ultrazvukového senzoru se používá akrylát o tloušťce 2 mm. Přímo níže můžete nainstalovat LED.

Je obtížné podrobně vysvětlit, jak přesně takový manipulátor zkonstruovat. Hodně záleží na součástkách a dílech, které máte na skladě nebo zakoupíte. Pokud jsou například rozměry vašich serv odlišné, změní se také akrylové články kotvy. Pokud se změní rozměry, bude se lišit i kalibrace manipulátoru.

Po dokončení vývoje mechanické části manipulátoru budete určitě muset prodloužit kabely servomotoru. Pro tyto účely tento projekt použil dráty z internetového kabelu. Aby to vše vypadalo, nebuďte líní a na volné konce prodlužovacích kabelů nainstalujte adaptéry – samice nebo samce, v závislosti na výstupech vaší desky Arduino, štítu nebo zdroje napájení.

Po sestavení mechanické části můžeme přejít k „mozkům“ našeho manipulátoru.

Rukojeť manipulátoru

K instalaci rukojeti budete potřebovat servomotor a několik šroubů.

Co přesně je tedy potřeba udělat.

Sejměte kolébku ze serva a zkraťte ji, dokud nezapadne do vaší rukojeti. Poté utáhněte dva malé šrouby.

Po instalaci serva otočte do krajní levé polohy a stiskněte čelisti chapadla.

Nyní můžete nainstalovat servo pomocí 4 šroubů. Zároveň se ujistěte, že je motor stále v krajní levé poloze a čelisti chapadla jsou zavřené.

Servopohon můžete připojit k desce Arduino a zkontrolovat funkčnost chapadla.

Vezměte prosím na vědomí, že pokud jsou šrouby/šrouby příliš utažené, mohou nastat problémy s funkcí chapadla.

Přidání osvětlení k ukazateli

Svůj projekt můžete rozjasnit přidáním osvětlení. K tomu byly použity LED diody. Je to snadné a ve tmě vypadá velmi působivě.

Místa pro instalaci LED závisí na vaší kreativitě a fantazii.

Elektrické schéma

Pro ruční nastavení jasu můžete místo odporu R1 použít potenciometr 100 kOhm. Jako odpor R2 byly použity rezistory 118 Ohm.

Seznam hlavních komponent, které byly použity:

R1 - odpor 100 kOhm
R2 - 118 Ohm rezistor
Tranzistor bc547
Fotorezistor
7 LED diod
Přepínač
Připojení k desce Arduino

Jako mikrokontrolér byla použita deska Arduino. Použitý napájecí zdroj byl napájecí zdroj z osobní počítač. Po připojení multimetru k červenému a černému kabelu uvidíte 5 voltů (které se používají pro servomotory a ultrazvukový snímač vzdálenosti). Žlutá a černá vám dá 12 voltů (pro Arduino). Pro servomotory vyrobíme 5 konektorů, paralelně kladné na 5 V a záporné na zem. To samé se senzorem vzdálenosti.

Poté připojte zbývající konektory (jeden z každého serva a dva z dálkoměru) k desce, kterou jsme připájeli, a Arduinu. Zároveň nezapomeňte správně označit piny, které jste v programu v budoucnu použili.

Kromě toho byl na napájecí desce nainstalován indikátor LED napájení. To lze snadno implementovat. Navíc byl použit 100 ohmový odpor mezi 5V a zemí.

10mm LED na robotu je také připojena k Arduinu. 100 ohmový odpor jde z kolíku 13 na kladnou větev LED. Negativní - k zemi. V programu to můžete zakázat.

Pro 6 servomotorů se používá 6 konektorů, protože 2 servomotory ve spodní části používají stejný řídicí signál. Odpovídající vodiče jsou připojeny a připojeny k jednomu kolíku.

Opakuji, že jako zdroj je použit zdroj z osobního počítače. Nebo si samozřejmě můžete zakoupit samostatný napájecí zdroj. Ale s přihlédnutím k tomu, že máme 6 disků, z nichž každý může mít spotřebu cca 2 A, nebude takto výkonný zdroj levný.

Vezměte prosím na vědomí, že konektory ze serv jsou připojeny k PWM výstupům Arduina. V blízkosti každého takového kolíku na desce je symbol~. Na kolíky 6, 7 lze připojit ultrazvukový snímač vzdálenosti. Na kolíky 13 a zem lze připojit LED. To jsou všechny špendlíky, které potřebujeme.

Nyní můžeme přejít k programování Arduina.

Před připojením desky přes USB k počítači se ujistěte, že jste vypněte napájení. Při testování programu také vypněte napájení vaší robotické paže. Pokud není napájení vypnuto, Arduino obdrží 5 voltů z usb a 12 voltů z napájecího zdroje. V souladu s tím se energie z usb přenese do zdroje energie a bude trochu „klesat“.

Schéma zapojení ukazuje, že byly přidány potenciometry pro ovládání serv. Potenciometry jsou volitelné, ale výše uvedený kód bez nich nebude fungovat. Potenciometry lze připojit na piny 0,1,2,3 a 4.

Programování a první spuštění

K ovládání slouží 5 potenciometrů (tento můžete zcela nahradit 1 potenciometrem a dvěma joysticky). Schéma zapojení s potenciometry je uvedeno v předchozí části. Skica Arduina je zde.

Níže je několik videí robotické paže v akci. Doufám, že si to užijete.

Video výše ukazuje nejnovější úpravy výzbroje. Musel jsem trochu změnit design a vyměnit pár dílů. Ukázalo se, že serva futuba s3003 byla dost slabá. Ukázalo se, že se používají pouze k uchopení nebo otáčení ruky. Nainstalovali tedy mg995. Dobře, mg946 bude obecně vynikající volbou.

Ovládací program a vysvětlení k němu

// pohony jsou ovládány pomocí proměnných odporů - potenciometrů.

int potpin = 0; // analogový pin pro připojení potenciometru

int val; // proměnná pro čtení dat z analogového pinu

myservo1.attach(3);

myservo2.attach(5);

myservo3.attach(9);

myservo4.attach(10);

myservo5.attach(11);

pinMode(led, OUTPUT);

( //servo 1 analogový pin 0

val = analogRead(potpin); // přečte hodnotu potenciometru (hodnota mezi 0 a 1023)

// upraví výslednou hodnotu pro použití se servy (získá hodnotu v rozsahu od 0 do 180)

myservo1.write(val); // uvede servo do polohy v souladu s vypočítanou hodnotou

zpoždění(15); // čeká, až servomotor dosáhne zadané polohy

val = analogRead(potpin1); // servo 2 na analogovém pinu 1

val = mapa(val, 0, 1023, 0, 179);

myservo2.write(val);

val = analogRead(potpin2); // servo 3 na analogovém pinu 2

val = mapa(val, 0, 1023, 0, 179);

myservo3.write(val);

val = analogRead(potpin3); // servo 4 na analogovém pinu 3

val = mapa(val, 0, 1023, 0, 179);

myservo4.write(val);

val = analogRead(potpin4); //serva 5 na analogovém pinu 4

val = mapa(val, 0, 1023, 0, 179);

myservo5.write(val);

Skica pomocí ultrazvukového snímače vzdálenosti

Toto je pravděpodobně jedna z nejpůsobivějších částí projektu. Na manipulátoru je instalován snímač vzdálenosti, který reaguje na překážky v okolí.

Základní vysvětlení kódu jsou uvedena níže

#definujte trigPin 7

Následující část kódu:

Všem 5 signálům (pro 6 pohonů) jsme přiřadili jména (může být cokoli)

Následující:

Serial.begin(9600);

pinMode(trigPin, OUTPUT);

pinMode(echoPin, INPUT);

pinMode(led, OUTPUT);

myservo1.attach(3);

myservo2.attach(5);

myservo3.attach(9);

myservo4.attach(10);

myservo5.attach(11);

Říkáme desce Arduino, ke kterým kolíkům jsou připojeny LED diody, servomotory a snímač vzdálenosti. Zde není potřeba nic měnit.

neplatná pozice1())(

digitalWrite(led, HIGH);

myservo2.writeMicroseconds(1300);

myservo4.writeMicroseconds(800);

myservo5.writeMicroseconds(1000);

Některé věci zde můžete změnit. Nastavil jsem pozici a nazval ji pozice1. Bude použit v budoucím programu. Pokud chcete poskytnout jiný pohyb, změňte hodnoty v závorkách od 0 do 3000.

Po tomto:

neplatná pozice2())(

digitalWrite(led,LOW);

myservo2.writeMicroseconds(1200);

myservo3.writeMicroseconds(1300);

myservo4.writeMicroseconds(1400);

myservo5.writeMicroseconds(2200);

Podobně jako u předchozího dílu, pouze v tomto případě jde o pozici2. Stejným principem můžete přidávat nové pozice pro pohyb.

dlouhé trvání, vzdálenost;

digitalWrite(trigPin, LOW);

delayMicroseconds(2);

digitalWrite(trigPin, HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(trigPin, LOW);

trvání = pulseIn(echoPin, HIGH);

vzdálenost = (trvání/2) / 29,1;

Nyní začíná pracovat hlavní kód programu. Neměli byste to měnit. Hlavním úkolem výše uvedených řádků je konfigurace snímače vzdálenosti.

Po tomto:

pokud (vzdálenost<= 30) {

pokud (vzdálenost< 10) {

myservo5.writeMicroseconds(2200); //otevřete grabber

myservo5.writeMicroseconds(1000); //zavřít drapák

Nyní můžete přidávat nové pohyby na základě vzdálenosti naměřené ultrazvukovým senzorem.

pokud (vzdálenost<=30){ // данная строка обеспечивает переход в position1, если расстояние меньше 30 см.

pozice1(); // v podstatě rameno bude fungovat podle toho, co určíte mezi závorkami ( )

else( // pokud je vzdálenost větší než 30 cm, přejděte na pozici2

position()2 // podobně jako v předchozím řádku

Můžete změnit vzdálenost v kódu a dělat, co chcete.

Poslední řádky kódu

if (vzdálenost > 30 || vzdálenost<= 0){

Serial.println("Mimo rozsah"); //vypíše na sériový monitor zprávu, že jsme překročili zadaný rozsah

Serial.print(vzdálenost);

Serial.println("cm"); //vzdálenost v centimetrech

zpoždění(500); //zpoždění 0,5 sekundy

Vše si zde samozřejmě můžete převést na milimetry, metry, změnit zobrazovanou zprávu atp. Se zpožděním si můžete trochu pohrát.

To je vše. Užijte si, upgradujte své vlastní manipulátory, sdílejte nápady a výsledky!

Mezi funkcemi tohoto robota na platformě Arduino lze zaznamenat složitost jeho designu. Robotické rameno se skládá z mnoha pák, které mu umožňují pohybovat se ve všech osách, uchopovat a přemisťovat různé věci pouze pomocí 4 servomotorů. Po sestavení takového robota vlastníma rukama budete určitě moci překvapit své přátele a blízké schopnostmi a příjemným vzhledem tohoto zařízení! Pamatujte, že pro programování můžete vždy použít naše grafické prostředí RobotON Studio!

Pokud máte nějaké dotazy nebo připomínky, jsme vždy v kontaktu! Vytvořte a zveřejněte své výsledky!

Zvláštnosti:

Chcete-li sestavit robotické rameno vlastníma rukama, budete potřebovat poměrně málo komponent. Hlavní část zabírají 3D tištěné díly, je jich asi 18 (není nutné tisknout diapozitiv Pokud jste si stáhli a vytiskli vše potřebné, tak budete potřebovat šrouby, matice a elektroniku:

5 šroubů M4 20 mm, 1 x 40 mm a odpovídající matice s ochranou proti přetočení
6 šroubů M3 10 mm, 1 x 20 mm a odpovídající matice
Breadboard s propojovacími dráty nebo štítem
Arduino Nano
4 servomotory SG 90

Po sestavení krytu je DŮLEŽITÉ zajistit, aby se mohl volně pohybovat. Pokud se klíčové komponenty Roboarm pohybují s obtížemi, servomotory nemusí být schopny zvládnout zátěž. Při montáži elektroniky musíte pamatovat na to, že je lepší připojit obvod k napájení po důkladné kontrole spojů. Abyste předešli poškození servopohonů SG 90, nemusíte motorem samotným otáčet ručně, pokud to není nutné. Pokud potřebujete vyvinout SG 90, musíte hladce pohybovat hřídelí motoru v různých směrech.

Specifikace:

Jednoduché programování díky přítomnosti malého počtu motorů stejného typu
Přítomnost mrtvých zón pro některá serva
Široká použitelnost robota v každodenním životě
Zajímavá inženýrská práce
Nutnost používat 3D tiskárnu

Nejprve se proberou obecné záležitosti, poté technické charakteristiky výsledku, detaily a nakonec samotný proces montáže.

Obecně a obecně

Vytvoření tohoto zařízení jako celku by nemělo způsobit žádné potíže. Bude nutné pečlivě zvážit pouze možnosti mechanických pohybů, které budou z fyzikálního hlediska dosti obtížně realizovatelné, aby manipulační rameno plnilo úkoly, které mu byly přiděleny.

Technická charakteristika výsledku

Bude uvažován vzorek s parametry délka/výška/šířka 228/380/160 milimetrů. Hmotnost ručně vyrobeného manipulátoru vlastníma rukama bude přibližně 1 kilogram. K ovládání slouží drátové dálkové ovládání. Odhadovaná doba montáže, pokud máte zkušenosti, je cca 6-8 hodin. Pokud tam není, může sestavení ramene manipulátoru trvat dny, týdny a se souhlasem i měsíce. V takových případech byste to měli dělat vlastníma rukama pouze ve vlastním zájmu. K pohybu součástí se používají komutátorové motory. S dostatečným úsilím můžete vyrobit zařízení, které se bude otáčet o 360 stupňů. Pro usnadnění práce musíte kromě standardních nástrojů, jako je páječka a pájka, zásobit také:

Kleště s dlouhým nosem.
Boční řezáky.
Phillips šroubovák.
4 baterie typu D.

Dálkové ovládání lze realizovat pomocí tlačítek a mikrokontroléru. Pokud chcete vyrobit dálkové bezdrátové ovládání, budete potřebovat i akční ovládací prvek v ruce manipulátoru. Jako doplňky budou potřeba pouze zařízení (kondenzátory, rezistory, tranzistory), které umožní obvod stabilizovat a ve správný čas jím přenášet proud požadované velikosti.

Malé detaily

Pro regulaci počtu otáček můžete použít adaptační kolečka. Díky nim bude pohyb ruky manipulátoru plynulý.

Je také nutné zajistit, aby dráty nekomplikovaly jeho pohyb. Optimální by bylo položit je dovnitř konstrukce. Vše můžete dělat zvenčí, tento přístup ušetří čas, ale může potenciálně vést k potížím při přesunu jednotlivých komponent nebo celého zařízení. A teď: jak vyrobit manipulátor?

Montáž obecně

Nyní přistoupíme přímo k vytvoření ramene manipulátoru. Začněme od základu. Je nutné zajistit, aby bylo možné zařízení otáčet všemi směry. Dobrým řešením by bylo umístit jej na diskovou platformu, která je poháněna jediným motorem. Aby se mohl otáčet v obou směrech, existují dvě možnosti:

Montáž dvou motorů. Každý z nich bude zodpovědný za otáčení v určitém směru. Když jeden pracuje, druhý odpočívá.
Instalace jednoho motoru s obvodem, díky kterému se může otáčet v obou směrech.

Kterou z navrhovaných možností si vyberete, záleží čistě na vás. Dále je vytvořena hlavní struktura. Pro pohodlnou práci jsou zapotřebí dva „klouby“. Připevněný k plošině musí být schopen naklánění v různých směrech, čehož je dosaženo pomocí motorů umístěných na jeho základně. Další jeden nebo pár by měl být umístěn v ohybu lokte tak, aby se část úchopu mohla pohybovat podél vodorovných a svislých linií souřadnicového systému. Dále, pokud chcete získat maximální možnosti, můžete na zápěstí nainstalovat další motor. Dále je to nejnutnější, bez kterého je manipulační ruka nemožná. Samotné snímací zařízení si budete muset vyrobit vlastními rukama. Zde je mnoho možností implementace. Můžete dát tip na dva nejoblíbenější:

Používají se pouze dva prsty, které současně stlačují a uvolňují uchopovaný předmět. Jde o nejjednodušší provedení, které se však většinou nemůže pochlubit výraznější nosností.
Vznikne prototyp lidské ruky. Zde lze pro všechny prsty použít jeden motor, s jehož pomocí se bude provádět ohýbání/prodlužování. Ale design může být složitější. Ke každému prstu tedy můžete připojit motor a ovládat je samostatně.

Dále zbývá vyrobit dálkové ovládání, s jehož pomocí se budou ovlivňovat jednotlivé motory a tempo jejich chodu. A můžete začít experimentovat s robotickým manipulátorem, který jste si sami vyrobili.

Možná schematická znázornění výsledku

Manipulativní ruka DIY poskytuje dostatek příležitostí pro kreativitu. Proto vám představujeme několik implementací, které můžete vzít jako základ pro vytvoření vlastního zařízení pro podobný účel.

Jakýkoli prezentovaný obvod manipulátoru lze vylepšit.

Závěr

Na robotice je důležité, že prakticky neexistuje žádné omezení funkčního zlepšování. Proto, pokud si přejete, vytvoření skutečného uměleckého díla nebude obtížné. Když už mluvíme o možných způsobech dalšího vylepšení, stojí za zmínku jeřáb. Vyrobit takové zařízení vlastníma rukama nebude zároveň obtížné, naučí děti kreativní práci, vědě a designu. A to zase může mít pozitivní dopad na jejich budoucí život. Bude těžké vyrobit jeřáb vlastníma rukama? Není to tak problematické, jak by se na první pohled mohlo zdát. Pokud nestojí za to postarat se o přítomnost dalších malých částí, jako je kabel a kola, na kterých se bude točit.

Tento projekt je víceúrovňový modulární úkol. První fází projektu je montáž modulu robotického ramene, dodávaného jako sada dílů. Druhou fází úkolu bude sestavení rozhraní IBM PC, rovněž ze sady dílů. Konečně třetí fází úkolu je vytvoření modulu hlasového ovládání.

Robotické rameno lze ovládat ručně pomocí ručního ovládacího panelu, který je součástí sady. Rameno robota lze také ovládat buď prostřednictvím rozhraní IBM PC sestaveného v sadě nebo pomocí modulu hlasového ovládání. Sada rozhraní IBM PC umožňuje ovládat a programovat akce robota prostřednictvím pracovního počítače IBM PC. Zařízení hlasového ovládání vám umožní ovládat rameno robota pomocí hlasových příkazů.

Všechny tyto moduly dohromady tvoří funkční zařízení, které vám umožní experimentovat a programovat automatizované sekvence akcí nebo dokonce uvést do života plně drátem ovládané robotické rameno.

Rozhraní PC vám umožní pomocí osobního počítače naprogramovat rameno manipulátoru pro řetězec automatizovaných akcí nebo jej „oživit“. Existuje také možnost, kdy můžete ruku ovládat interaktivně pomocí ručního ovladače nebo programu pro Windows 95/98. „Animace“ ruky je „zábavnou“ částí řetězce naprogramovaných automatizovaných akcí. Pokud například nasadíte dětskou loutku v rukavicích na robotickou paži a naprogramujete zařízení tak, aby předvedlo malé představení, naprogramujete elektronickou loutku, aby ožila. Automatizované akční programování je široce používáno v průmyslovém a zábavním průmyslu.

Nejpoužívanějším robotem v průmyslu je robotická paže. Robotické rameno je extrémně flexibilní nástroj, už jen proto, že konečný segment manipulátoru ramene může být vhodným nástrojem potřebným pro konkrétní úkol nebo výrobu. Například kloubové svařovací rameno lze použít pro bodové svařování, rozprašovací trysku lze použít k lakování různých dílů a sestav a uchopovač lze použít k upínání a polohování předmětů, abychom jmenovali jen několik příkladů.

Jak tedy vidíme, robotické rameno plní mnoho užitečných funkcí a může sloužit jako ideální nástroj pro studium různých procesů. Vytvořit robotickou ruku od nuly je však obtížný úkol. Mnohem jednodušší je sestavit ruku z dílů hotové stavebnice. OWI prodává poměrně dobré sady robotických paží, které lze zakoupit u mnoha distributorů elektroniky (viz seznam dílů na konci této kapitoly). Pomocí rozhraní můžete sestavené robotické rameno připojit k portu tiskárny vašeho pracovního počítače. Jako pracovní počítač můžete použít počítač řady IBM PC nebo kompatibilní stroj, který podporuje DOS nebo Windows 95/98.

Po připojení k tiskovému portu počítače lze robotické rameno ovládat interaktivně nebo programově z počítače. Ovládání rukou v interaktivním režimu je velmi jednoduché. Chcete-li to provést, stačí kliknout na jednu z funkčních kláves a odeslat robotovi příkaz k provedení určitého pohybu. Druhé stisknutí klávesy příkaz zastaví.

Programování řetězce automatických akcí také není obtížné. Nejprve klikněte na tlačítko Program pro vstup do režimu programu. V tomto modu funguje ruka přesně stejným způsobem, jak je popsáno výše, ale navíc se každá funkce a její trvání zaznamenává do souboru skriptu. Soubor skriptu může obsahovat až 99 různých funkcí, včetně pauz. Samotný soubor skriptu lze přehrát 99krát. Nahrávání různých souborů skriptů vám umožní experimentovat s počítačem řízenou sekvencí automatických akcí a „oživit“ ruku. Práce s programem pod Windows 95/98 je podrobněji popsána níže. Program Windows je součástí sady rozhraní robotického ramene nebo si jej lze zdarma stáhnout z internetu na adrese http://www.imagesco.com.

Kromě programu Windows lze rameno ovládat pomocí BASIC nebo QBASIC. Program na úrovni DOS je obsažen na disketách, které jsou součástí sady rozhraní. DOSový program však umožňuje ovládání pouze v interaktivním režimu pomocí klávesnice (viz výtisk programu BASIC na jedné z disket). Program na úrovni DOS vám neumožňuje vytvářet soubory skriptů. Pokud však máte zkušenosti s programováním v BASICu, pak lze sekvenci pohybů ramene manipulátoru naprogramovat podobně jako práci se skriptovým souborem používaným v programu pod Windows. Sled pohybů se může opakovat, jak se to dělá u mnoha „živých“ robotů.

Robotické rameno

Rameno manipulátoru (viz obr. 15.1) má tři stupně volnosti pohybu. Loketní kloub se může pohybovat vertikálně nahoru a dolů v oblouku přibližně 135°. Ramenní "kloub" pohybuje úchopem tam a zpět v přibližně 120° oblouku. Rameno se může na své základně otáčet ve směru nebo proti směru hodinových ručiček o úhel přibližně 350°. Ruční chapadlo robota může uchopit a držet předměty o průměru až 5 cm a otáčet se kolem zápěstního kloubu o přibližně 340°.

Rýže. 15.1. Kinematický diagram pohybů a rotací robotické paže

K napájení ramene použil OWI Robotic Arm Trainer pět miniaturních stejnosměrných motorů. Motory zajišťují ovládání ramene pomocí drátů. Toto „drátové“ ovládání znamená, že každá funkce pohybu robota (tj. činnost odpovídajícího motoru) je řízena samostatnými vodiči (napájecí napětí). Každý z pěti stejnosměrných motorů ovládá jiný pohyb ramene. Ovládání pomocí drátu umožňuje vytvořit jednotku ručního ovladače, která přímo reaguje na elektrické signály. To zjednodušuje konstrukci rozhraní robotického ramene, které se připojuje k portu tiskárny.

Ruka je vyrobena z lehkého plastu. Většina dílů, které nesou hlavní zatížení, je rovněž vyrobena z plastu. Stejnosměrné motory použité v konstrukci ramene jsou miniaturní, vysokorychlostní motory s nízkým točivým momentem. Pro zvýšení točivého momentu je každý motor připojen k převodovce. Motory spolu s převodovkami jsou instalovány uvnitř konstrukce ramen manipulátoru. Přestože převodovka zvyšuje točivý moment, rameno robota nemůže zvedat ani přenášet dostatečně těžké předměty. Doporučená maximální nosnost je 130g.

Souprava pro výrobu ramena robota a jeho součásti jsou znázorněny na obrázcích 15.2 a 15.3.

Rýže. 15.2. Sada na výrobu robotické paže

Rýže. 15.3. Převodovka před montáží

Princip řízení motoru

Abychom pochopili, jak funguje řízení po drátě, podívejme se, jak digitální signál řídí činnost jednoho stejnosměrného motoru. K ovládání motoru jsou zapotřebí dva komplementární tranzistory. Jeden tranzistor má vodivost typu PNP, druhý má vodivost typu NPN. Každý tranzistor funguje jako elektronický spínač, který řídí pohyb proudu protékajícího stejnosměrným motorem. Směry toku proudu řízené každým z tranzistorů jsou opačné. Směr proudu určuje směr otáčení motoru ve směru nebo proti směru hodinových ručiček. Na Obr. Obrázek 15.4 ukazuje testovací obvod, který můžete sestavit před vytvořením rozhraní. Všimněte si, že když jsou oba tranzistory vypnuté, motor je vypnutý. Vždy by měl být zapnutý pouze jeden tranzistor. Pokud se v určitém okamžiku oba tranzistory náhodně zapnou, povede to ke zkratu. Každý motor je řízen dvěma tranzistory rozhraní pracujícími podobným způsobem.

Rýže. 15.4. Zkontrolujte schéma zařízení

Návrh rozhraní pro PC

Schéma PC rozhraní je na obr. 15.5. Sada dílů PC rozhraní obsahuje desku plošných spojů, na které je umístění dílů znázorněno na Obr. 15.6.

Rýže. 15.5. Schematické schéma PC rozhraní

Rýže. 15.6. Rozložení částí rozhraní PC

Nejprve je třeba určit montážní stranu desky plošných spojů. Na straně montáže jsou nakresleny bílé čáry označující rezistory, tranzistory, diody, integrované obvody a konektor DB25. Všechny díly se do desky vkládají z montážní strany.

Obecná rada: po připájení dílu k vodičům plošného spoje je nutné odstranit nadměrně dlouhé přívody z tiskové strany. Při instalaci dílů je velmi vhodné dodržet určitou sekvenci. Nejprve nainstalujte odpory 100 kOhm (barevné označení kroužku: hnědá, černá, žlutá, zlatá nebo stříbrná), které jsou označeny R1-R10. Dále namontujte 5 diod D1-D5 a ujistěte se, že černý proužek na diodách je naproti konektoru DB25, jak je znázorněno bílými čarami vyznačenými na montážní straně desky plošných spojů. Dále nainstalujte 15k ohmové odpory (barevně označené hnědá, zelená, oranžová, zlatá nebo stříbrná) označené R11 a R13. V pozici R12 připájejte k desce červenou LED. Anoda LED odpovídá otvoru pod R12, což je indikováno znaménkem +. Poté namontujte 14- a 20-pinové zásuvky pod integrované obvody U1 a U2. Namontujte a připájejte úhlový konektor DB25. Nepokoušejte se zasouvat kolíky konektoru do desky nadměrnou silou, vyžaduje to extrémní přesnost. V případě potřeby konektorem jemně zakývejte a dávejte pozor, abyste neohnuli nožičky kolíků. Připojte posuvný spínač a regulátor napětí 7805. Odřízněte čtyři kusy drátu na požadovanou délku a připájejte je k horní části spínače. Dodržujte rozmístění vodičů, jak je znázorněno na obrázku. Vložte a připájejte tranzistory TIP 120 a TIP 125 Nakonec připájejte osmipinový konektor základny a 75mm propojovací kabel. Základna je namontována tak, aby nejdelší vodiče směřovaly nahoru. Vložte dva integrované obvody - 74LS373 a 74LS164 - do odpovídajících patic. Ujistěte se, že pozice IC klíče na krytu IC odpovídá klíči označenému bílými čarami na PCB. Možná jste si všimli, že na desce zbylo místo na další díly. Toto umístění je pro síťový adaptér. Na Obr. Obrázek 15.7 ukazuje fotografii hotového rozhraní ze strany instalace.

Rýže. 15.7. Sestava rozhraní PC. Pohled shora

Jak rozhraní funguje

Robotické rameno má pět stejnosměrných motorů. Podle toho budeme potřebovat 10 vstupně/výstupních sběrnic pro ovládání každého motoru, včetně směru otáčení. Paralelní (tiskový) port IBM PC a kompatibilních strojů obsahuje pouze osm I/O sběrnic. Pro zvýšení počtu řídicích sběrnic používá rozhraní robotického ramene IC 74LS164, což je převodník sériového na paralelní (SIPO). Použitím pouhých dvou paralelních portů, D0 a D1, které odesílají sériový kód do IC, můžeme získat osm dalších I/O sběrnic. Jak bylo zmíněno, lze vytvořit osm I/O sběrnic, ale toto rozhraní jich využívá pět.

Když je na vstup IC 74LS164 sériový kód, na výstupu IC se objeví odpovídající paralelní kód. Pokud by byly výstupy IC 74LS164 přímo propojeny se vstupy řídicích tranzistorů, pak by se jednotlivé funkce ramene manipulátoru zapínaly a vypínaly v čase s odesláním sériového kódu. Je zřejmé, že tato situace je nepřijatelná. Aby se tomu zabránilo, byl do obvodu rozhraní zaveden druhý IC 74LS373 - řízený osmikanálový elektronický klíč.

Osmikanálový přepínač IC 74LS373 má osm vstupních a osm výstupních sběrnic. Binární informace přítomné na vstupních sběrnicích jsou přenášeny na odpovídající výstupy integrovaného obvodu pouze v případě, že je na integrovaný obvod přiveden povolovací signál. Po vypnutí signálu povolení je aktuální stav výstupních sběrnic uložen (zapamatován). V tomto stavu nemají signály na vstupu IC žádný vliv na stav výstupních sběrnic.

Po přenosu sériového paketu informací do IC 74LS164 je do IC 74LS373 odeslán povolovací signál z pinu D2 paralelního portu. To umožňuje přenášet informace již v paralelním kódu ze vstupu IC 74LS174 na jeho výstupní sběrnice. Stav výstupních sběrnic je odpovídajícím způsobem řízen tranzistory TIP 120, které zase řídí funkce ramene manipulátoru. Proces se opakuje s každým novým příkazem zadaným rameni manipulátoru. Sběrnice paralelního portu D3-D7 přímo pohánějí tranzistory TIP 125.

Připojení rozhraní k ramenu manipulátoru

Robotické rameno je napájeno 6V zdrojem sestávajícím ze čtyř D-buněk umístěných na základně konstrukce. Rozhraní PC je také napájeno tímto 6V zdrojem. Napájení je bipolární a produkuje ±3 V. Napájení je do rozhraní přiváděno přes osmipinový konektor Molex připojený k základně pádla.

Připojte rozhraní k rameni pomocí 75mm osmivodičového kabelu Molex. Kabel Molex se připojuje ke konektoru umístěnému na základně pádla (viz obrázek 15.8). Zkontrolujte, zda je konektor správně a bezpečně zasunut. K připojení desky rozhraní k počítači použijte kabel DB25 o délce 180 cm, který je součástí sady. Jeden konec kabelu se připojuje k portu tiskárny. Druhý konec se připojuje ke konektoru DB25 na desce rozhraní.

Rýže. 15.8. Připojení PC rozhraní k robotické paži

Ve většině případů je tiskárna normálně připojena k portu tiskárny. Chcete-li se vyhnout potížím s připojováním a odpojováním konektorů pokaždé, když chcete použít ukazatel, je užitečné zakoupit dvoupolohový blok přepínače sběrnice tiskárny A/B (DB25). Připojte konektor rozhraní ukazatele ke vstupu A a tiskárnu ke vstupu B. Nyní můžete pomocí přepínače připojit počítač k tiskárně nebo k rozhraní.

Instalace programu pod Windows 95

Vložte 3,5" disketu označenou "Disc 1" do disketové jednotky a spusťte instalační program (setup.exe). Instalační program vytvoří na vašem pevném disku adresář s názvem "Images" a do tohoto adresáře zkopíruje potřebné soubory. V nabídce Start se zobrazí ikona Obrázky. Program spustíte kliknutím na ikonu Obrázky v nabídce Start.

Práce s programem pod Windows 95

Připojte rozhraní k portu tiskárny počítače pomocí 180 cm dlouhého kabelu DB 25 Připojte rozhraní k základně robotického ramene. Nechte rozhraní vypnuté do určité doby. Pokud v tuto chvíli zapnete rozhraní, informace uložené v portu tiskárny mohou způsobit pohyby ramene manipulátoru.

Poklepáním na ikonu Obrázky v nabídce Start spustíte program. Okno programu je znázorněno na Obr. 15.9. Když je program spuštěn, červená LED na desce rozhraní by měla blikat. Poznámka: Rozhraní není nutné zapínat, aby LED dioda začala blikat. Rychlost, s jakou LED bliká, je určena rychlostí procesoru vašeho počítače. Blikání LED se může zdát velmi slabé; Abyste si toho všimli, možná budete muset ztlumit světlo v místnosti a uchopit ruce, abyste viděli LED. Pokud LED nebliká, program pravděpodobně přistupuje k nesprávné adrese portu (port LPT). Chcete-li přepnout rozhraní na adresu jiného portu (port LPT), přejděte do pole Možnosti portu tiskárny v pravém horním rohu obrazovky. Vyberte jinou možnost. Správné nastavení adresy portu způsobí, že LED začne blikat.

Rýže. 15.9. Snímek obrazovky programu PC rozhraní pro Windows

Když LED bliká, klikněte na ikonu Puuse a teprve poté zapněte rozhraní. Kliknutí na odpovídající funkční klávesu způsobí pohyb ramene manipulátoru. Dalším kliknutím pohyb zastavíte. Používání funkčních kláves k ovládání ruky se nazývá interaktivní režim ovládání.

Vytvoření souboru skriptu

Soubory skriptů se používají k programování pohybů a automatizovaných sekvencí akcí ramene manipulátoru. Soubor skriptu obsahuje seznam dočasných příkazů, které řídí pohyby ramene manipulátoru. Vytvoření souboru skriptu je velmi jednoduché. Chcete-li vytvořit soubor, klikněte na programové tlačítko programu. Tato operace vám umožní vstoupit do režimu „programování“ souboru skriptu. Stisknutím funkčních kláves budeme ovládat pohyby ruky, jak jsme to již udělali, ale zároveň se budou informace o příkazu zaznamenávat do žluté tabulky skriptů umístěné v levém dolním rohu obrazovky. Číslo kroku, počínaje jedničkou, bude uvedeno v levém sloupci a pro každý nový příkaz se zvýší o jednu. Typ pohybu (funkce) je uveden v prostředním sloupci. Po opětovném kliknutí na funkční klávesu se provádění pohybu zastaví a ve třetím sloupci se objeví hodnota doby provedení pohybu od jeho začátku do konce. Doba provedení pohybu je indikována s přesností na čtvrt sekundy. Tímto způsobem může uživatel naprogramovat až 99 pohybů do souboru skriptu, včetně časových pauz. Soubor skriptu lze poté uložit a později načíst z libovolného adresáře. Provádění příkazů skriptového souboru lze cyklicky opakovat až 99krát, k čemuž je potřeba zadat počet opakování v okně Opakovat a kliknout na Start. Chcete-li dokončit zápis do souboru skriptu, stiskněte interaktivní klávesu. Tento příkaz vrátí počítač zpět do interaktivního režimu.

"Revitalizace" objektů

Soubory skriptů lze použít k automatizaci akcí počítače nebo k oživení objektů. V případě „animace“ objektů je řízená robotická mechanická „kostra“ obvykle pokryta vnějším pláštěm a není sama viditelná. Pamatujete si loutku v rukavici popsanou na začátku kapitoly? Vnější plášť může mít podobu osoby (částečně nebo úplně), mimozemšťana, zvířete, rostliny, skály nebo čehokoli jiného.

Omezení aplikace

Pokud chcete dosáhnout profesionální úrovně provádění automatizovaných akcí nebo „revitalizace“ objektů, pak se takříkajíc pro udržení značky musí přesnost polohování při provádění pohybů kdykoli blížit 100 %.

Můžete si však všimnout, že při opakování sekvence akcí zaznamenaných v souboru skriptu se poloha ruky manipulátoru (vzor pohybu) bude lišit od původní. To se děje z několika důvodů. Když se baterie zdroje energie ramene vyčerpají, snížení výkonu dodávaného do stejnosměrných motorů má za následek snížení točivého momentu a rychlosti otáčení motorů. Délka pohybu manipulátoru a výška zvednutého břemene za stejnou dobu se tedy budou lišit pro vybité a „čerstvé“ baterie. Ale to není jediný důvod. I se stabilizovaným zdrojem energie se budou otáčky hřídele motoru měnit, protože neexistuje žádný regulátor otáček motoru. Pro každý pevně stanovený časový úsek se bude počet otáček pokaždé mírně lišit. To povede k tomu, že poloha manipulačního ramene bude pokaždé jiná. Ke všemu je v ozubených kolech převodovky určitá vůle, se kterou se také nepočítá. Vzhledem ke všem těmto faktorům, které jsme zde podrobně probrali, bude při provádění cyklu opakovaných příkazů souboru skriptu poloha ramene manipulátoru pokaždé mírně odlišná.

Nalezení výchozí pozice

Zařízení lze vylepšit přidáním zpětnovazebního obvodu, který sleduje polohu robotické paže. Tyto informace lze zadat do počítače, což umožňuje určit absolutní polohu manipulátoru. S takovýmto polohovým zpětnovazebním systémem je možné nastavit polohu ramene manipulátoru do stejného bodu na začátku provádění každé sekvence příkazů zapsaných v souboru skriptu.

K tomu existuje mnoho možností. Jedna z hlavních metod neposkytuje polohové řízení v každém bodě. Místo toho se používá sada koncových spínačů, které odpovídají původní poloze "start". Koncové spínače určují přesně jen jednu polohu - kdy manipulátor dosáhne polohy „start“. K tomu je nutné nastavit sled koncových spínačů (tlačítek) tak, aby se sepnuly při dosažení krajní polohy manipulátoru v jednom či druhém směru. Například jeden koncový spínač lze namontovat na základnu manipulátoru. Spínač by měl fungovat pouze tehdy, když rameno manipulátoru dosáhne krajní polohy při otáčení ve směru hodinových ručiček. Další koncové spínače musí být instalovány v ramenním a loketním kloubu. Měly by být spuštěny, když je odpovídající kloub plně natažen. Další spínač je instalován na ruce a aktivuje se, když je ruka otočena úplně ve směru hodinových ručiček. Poslední koncový spínač je instalován na chapači a sepne se, když je plně otevřen. Pro návrat manipulátoru do výchozí polohy se provede každý možný pohyb manipulátoru ve směru potřebném k sepnutí odpovídajícího koncového spínače, dokud se tento spínač nesepne. Jakmile je dosaženo výchozí polohy pro každý pohyb, počítač přesně „zná“ skutečnou polohu robotické paže.

Po dosažení výchozí polohy můžeme znovu spustit program napsaný v souboru skriptu, a to na základě předpokladu, že chyba polohování se během každého cyklu bude hromadit dostatečně pomalu, aby nevedla k příliš velkým odchylkám polohy manipulátoru od požadovaný. Po provedení souboru skriptu je ruka nastavena do původní polohy a cyklus souboru skriptu se opakuje.

V některých sekvencích nestačí znát pouze výchozí polohu, například při zvedání vejce bez rizika rozdrcení jeho skořápky. V takových případech je zapotřebí složitější a přesnější systém zpětné vazby polohy. Signály ze senzorů lze zpracovat pomocí ADC. Výsledné signály lze použít k určení hodnot pro parametry, jako je poloha, tlak, rychlost a krouticí moment. Pro ilustraci lze použít následující jednoduchý příklad. Představte si, že jste k sestavě chapadla připojili malý lineární proměnný odpor. Proměnný rezistor je instalován tak, že pohyb jeho šoupátka tam a zpět je spojen s otevíráním a zavíráním chapadla. V závislosti na míře otevření chapadla se tedy mění odpor proměnného rezistoru. Po kalibraci můžete měřením proudového odporu proměnného odporu přesně určit úhel otevření svorek chapadla.

Vytvoření takového systému zpětné vazby vnáší do zařízení další úroveň složitosti a v důsledku toho vede k jeho zvýšení nákladů. Jednodušší možností je proto zavedení systému ručního ovládání pro úpravu polohy a pohybů ramene manipulátoru během provádění skriptového programu.

Manuální systém ovládání rozhraní

Jakmile se ujistíte, že rozhraní funguje správně, můžete k němu pomocí 8pinového plochého konektoru připojit ruční ovládací jednotku. Zkontrolujte polohu připojení 8pinového konektoru Molex k hlavě konektoru na desce rozhraní, jak je znázorněno na Obr. 15.10. Opatrně zasuňte konektor, dokud není bezpečně připojen. Poté lze rameno manipulátoru kdykoli ovládat ručním dálkovým ovladačem. Nezáleží na tom, zda je rozhraní připojeno k počítači nebo ne.

Rýže. 15.10. Připojení ručního ovládání

Program pro ovládání klávesnice DOS

Existuje program pro DOS, který umožňuje ovládat činnost ramene manipulátoru z klávesnice počítače v interaktivním režimu. Seznam kláves odpovídajících provádění konkrétní funkce je uveden v tabulce.

Při hlasovém ovládání ramene manipulátoru se používá souprava pro rozpoznávání řeči (SRR), která byla popsána v kap. 7. V této kapitole vytvoříme rozhraní, které propojí URR s ramenem manipulátoru. Toto rozhraní je také nabízeno jako sada od Images SI, Inc.

Schéma rozhraní pro URR je znázorněno na Obr. 15.11. Rozhraní používá mikrokontrolér 16F84. Program pro mikrokontrolér vypadá takto:

„Program rozhraní URR

Symbol PortA = 5

Symbol TRISA = 133

Symbol PortB = 6

Symbol TRISB = 134

Je-li bit4 = 0, pak spouštěč „Pokud je povolen zápis do spouštěče, přečtěte si schéma

Přejděte na „Opakování“.

pauza 500 ‚Počkejte 0,5 s

Podívejte se na PortB, B0 ‚Přečtěte BCD kód

Pokud bit5 = 1, odešlete ‚Výstupní kód

goto start ‘Opakovat

nahlédnout PortA, b0 ‘Port pro čtení A

pokud bit4 = 1, pak jedenáct „Je číslo 11?

poke PortB, b0 ‘Výstupní kód

goto start ‘Opakovat

pokud bit0 = 0, pak deset

goto start ‘Opakovat

Rýže. 15.11. Schéma ovladače URR pro robotické rameno

Aktualizaci programu pro 16F84 lze zdarma stáhnout z http://www.imagesco.com

Programování rozhraní URR

Programování rozhraní URR je obdobné jako při programování URR ze sady popsané v kap. 7. Aby rameno manipulátoru správně fungovalo, musíte naprogramovat příkazová slova podle čísel odpovídajících konkrétnímu pohybu manipulátoru. V tabulce 15.1 ukazuje příklady příkazových slov, která řídí činnost ramene manipulátoru. Příkazová slova si můžete vybrat podle svého vkusu.

Tabulka 15.1