Rameno robota UStepper 4: 5 krokov

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:05

Toto je štvrtá iterácia mojej robotickej ruky, ktorú som vyvinul ako aplikáciu pre našu dosku krokového ovládania uStepper. Pretože robot má 3 krokové motory a servo na ovládanie (v základnej konfigurácii), nie je obmedzený na uStepper, ale môže byť použitý s akoukoľvek doskou krokového ovládača.

Konštrukcia je založená na priemyselnom paletizačnom robote - a je relatívne jednoduchá. Vzhľadom na to som strávil nespočetné hodiny vymýšľaním dizajnu a jeho optimalizáciou z dôvodu jednoduchej montáže, ale aj jednoduchosti tlače dielov.

Dizajn som urobil s ohľadom na jednoduchosť tlače a jednoduchosť montáže. Niežeby nebolo možné tieto dva parametre zlepšiť, ale myslím si, že som prešiel kus cesty. Okrem toho by som chcel stiahnuť priemyselnú robotiku na úroveň, v ktorej by ju mohli fanúšikovia sledovať, a ukázať, že sa dá relatívne ľahko vytvoriť - tiež matematika na ovládanie!

Neváhajte a zanechajte komentár s konštruktívnou spätnou väzbou na dizajn, ale predovšetkým na to, ako ho robím, aby bol prístupný pre všetkých (obzvlášť pre matematiku).

Krok 1: Potrebné diely, 3D tlač a montáž

V zásade všetko, čo potrebujete vedieť, je v montážnom návode. K dispozícii je podrobný kusovník s kúpenými aj vytlačenými časťami a podrobný návod na montáž.

3D tlač sa vykonáva na 3D tlačiarni primeranej kvality (FDM) s výškou vrstvy 0,2 mm a 30 % výplňou. Najnovšiu iteráciu dielov a pokyny nájdete tu:

Krok 2: Kinematika

Na to, aby sa rameno dalo predvídať, musíte urobiť matematiku: OI som hľadal na mnohých miestach relatívne jednoduchý popis kinematiky súvisiace s týmto typom robota, ale nenašiel som taký, o ktorom sa domnievam, že bol na úroveň, ktorej by väčšina ľudí rozumela. Urobil som svoju vlastnú verziu kinematiky založenú výlučne na trigonometrii a nie na maticových transformáciách, ktoré sa môžu zdať dosť strašidelné, ak ste na nich nikdy predtým nepracovali - pre tento konkrétny robot sú však celkom jednoduché, pretože majú iba 3 DOF.

Napriek tomu si myslím, že môj prístup v priloženom dokumente je napísaný relatívne ľahko zrozumiteľným spôsobom. Ale pozrite sa a uvidíte, či vám to dáva zmysel!

Krok 3: Kódovanie kinematiky

Kinematiku je ťažké pochopiť aj pri výpočtoch, ktoré som uviedol v prvom z nich. Tu je teda predovšetkým implementácia Octave - Octave je bezplatný nástroj s mnohými rovnakými funkciami, aké nájdete v Matlabe.

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 ('Implementácia kódu') disp ('Vstupné uhly:') rot = deg2rad (30); vpravo = deg2rad (142,5); vľavo = deg2rad (50); rad2deg (rot) rad2deg (vpravo) rad2deg (vľavo) T1 = rot; #base T2 = vpravo; #shoulder T3 = vľavo; #elbow #FW kinematika na získanie XYZ z uhlov: disp ('Vypočítané X, Y, Z:') z = ZOFFSET + sin (vpravo)*LOWERARMLEN - cos (vľavo - (pi/2 - vpravo))*UPPERARMLEN + AZOFFSET k1 = sin (vľavo - (pi/2 - vpravo))*UPPERARMLEN + cos (vpravo)* NIŽŠIE MLÉKO + XOFFSET + AXOFFSET; x = cos (rot)*k1 y = sin (rot)*k1 ## inverzná kinematika na získanie uhlov z XYZ: rot = atan2 (y, x); x = x - cos (rot)*AXOFFSET; y = y - hriech (hniloba)*AXOFFSET; z = z - AZOFFSET -ZOFFSET; L1 = sqrt (x*x + y*y) - XOFFSET; L2 = sqrt ((L1)*(L1) + (z)*(z)); a = (z)/L2; b = (L2*L2 + NÍZKE MLIEKO*NIŽŠIE MLÉKO - NADHORNÉ MLÉNO*HORNÉ MLÉKO)/(2*L2*NÍZKE MLÉKO); c = (NIŽŠIE MLETÉ*NÍZKE MLÉKOVÉ + HORNÉ MLÉKOVÉ*HORNÉ MLÉKOVÉ L2 - L2)/(2*NÍZKE MLÉKOVÉ*HORNÉ MLÉKOVÉ); vpravo = (atan2 (a, sqrt (1-a*a)) + atan2 (sqrt (1-b*b), b)); vľavo = atan2 (sqrt (1-c*c), c); ## výstup vypočítaných uhlov disp ('Výstupné uhly:') rot = rad2deg (rot) vpravo = rad2deg (vpravo) vľavo = rad2deg (vľavo)

S vyššie uvedeným skriptom máte v podstate pripravený kód na implementáciu pre dopredu a dozadu kinematiku.

Forward Kinematics, ktorú používate na výpočet, kde skončíte s danou sadou uhlov motora. Inverzná kinematika potom (urobí inverznú) vypočíta, aké uhly motora potrebujete na to, aby ste skončili v požadovanej polohe x, y, z. Potom je potrebné vložiť obmedzenia pohybu motora, ako napr. rotačná základňa môže ísť iba od 0 do 359 stupňov. Tak zaistíte, že sa nedostanete do pozícií, ktoré nie sú uskutočniteľné.

Krok 4: Spustenie veci

Nie sme celkom tam s implementáciou kinematickej knižnice, takže zatiaľ nemôžem poskytnúť. Ale môžem vám ukázať video, ako to funguje. Je to celkom stabilné a hladké kvôli použitiu ložísk a remeňového pohonu, okrem rozumnej kvality pohonov, ktorými sú dosky uStepper S.

Krok 5: Ďalšie koncové efektory

Navrhol som 3 ďalšie koncové efektory. Jeden je jednoducho horizontálny chápadlo, druhý je vhodný pre bežné európske plechovky od piva alebo sódy a nakoniec je tu vákuový uchopovací systém, ktorý vám umožní namontovať na vákuový pohár, pumpu a ventil.

Všetky budú alebo sú k dispozícii tu (súbory a pokyny 3D STL):