Привет, Гиктаймс! Хочу поделиться с вами результатами реверс-инжиниринга uArm — простой настольный манипулятор из оргстекла с сервоприводами.
Проект uArm от uFactory собрал средства на Kickstarter более двух лет назад. Они с самого начала говорили, что это будет открытый проект, но сразу после закрытия компании не спешили публиковать исходный код. Я просто хотел вырезать оргстекло по их чертежам и все, но так как исходных материалов не было и в обозримом будущем не предвиделось, я стал повторять конструкцию по фотографиям.
Сейчас моя роботизированная рука выглядит так: 
Медленно работая за два года, мне удалось сделать четыре версии и накопить довольно большой опыт. Описание, историю проекта и все файлы проекта вы можете найти под катом.
Методом проб и ошибок
Когда я начал работать над чертежами, мне хотелось не просто повторить uArm, а улучшить его.Мне казалось, что в моих условиях вполне можно обойтись и без подшипников.
Еще мне не понравилось то, что электроника вращалась вместе со всем манипулятором и хотелось упростить конструкцию нижней части шарнира.
Плюс я сразу начал рисовать его немного меньше.
С этими входными параметрами я нарисовал первую версию.
К сожалению, у меня нет фотографий той версии манипулятора (которая была выполнена в желтом цвете).
Ошибки в нем были просто эпические.
Во-первых, собрать его было практически невозможно.
Как правило, механика, которую я рисовал до манипулятора, была достаточно простой, и мне не приходилось думать о процессе сборки.
Но все равно я его собрал и попробовал завести, а рука у меня почти не шевелилась! Все детали вращались вокруг винтов и если я их затягивал так, чтобы люфт был меньше, она не могла двигаться.
Если я его ослаблял, чтобы он мог двигаться, появлялся невероятный люфт. В результате концепция не просуществовала и трех дней.
И он начал работать над второй версией манипулятора.
Красный уже был вполне пригоден для работы.
Он собрался нормально и мог двигаться со смазкой.
Мне удалось протестировать на нем ПО, но все равно отсутствие подшипников и большие потери на разных тягах сделали его очень слабым.
Потом я на некоторое время забросил работу над проектом, но вскоре решил довести его до конца.
Я решил использовать более мощные и популярные сервоприводы, увеличить размер и добавить подшипники.
Более того, я решил, что не буду пытаться сделать все сразу идеально.
Чертежи я набросал на скорую руку, не вырисовывая красивых соединений, и заказал вырезку из прозрачного оргстекла.
С помощью получившегося манипулятора я смог отладить процесс сборки, выявить места, нуждающиеся в дополнительном усилении, и научиться пользоваться подшипниками.
После того, как я хорошо повеселился с прозрачным манипулятором, я начал рисовать окончательную белую версию.
Итак, теперь все механики полностью отлажены, меня они устраивают и я готов сказать, что больше ничего менять в этой конструкции не хочу: 
Меня угнетает то, что я не смог внести в проект uArm ничего принципиально нового.
К тому времени, когда я начал рисовать финальную версию, они уже выкатили 3D-модели в GrabCad. В результате я просто немного упростил когтетку, подготовил файлы в удобном формате и использовал очень простые и стандартные компоненты.
Особенности манипулятора
До появления uArm настольные манипуляторы этого класса выглядели довольно уныло.У них либо вообще не было электроники, либо было какое-то управление с помощью резисторов, либо было свое фирменное программное обеспечение.
Во-вторых, они обычно не имели системы параллельных шарниров и сама рукоятка меняла свое положение в процессе работы.
Если собрать все преимущества моего манипулятора, то получится довольно длинный список:
- Система тяг, позволяющая размещать мощные и тяжелые моторы у основания манипулятора, а также удерживать захват параллельно или перпендикулярно основанию.
- Простой набор компонентов, которые легко купить или вырезать из оргстекла.
- Подшипники практически во всех узлах манипулятора
- Легко собрать.
Это оказалось действительно сложной задачей.
Особенно сложно было продумать процесс сборки базы
- Положение ручки можно изменить на 90 градусов.
- Открытый исходный код и документация.
Все подготовлено в доступных форматах.
Предоставлю ссылки для скачивания 3D-моделей, файлов для резки, списка материалов, электроники и программного обеспечения.
- Совместимость с Ардуино.
Есть много недоброжелателей Arduino, но я считаю, что это возможность расширить аудиторию.
Профессионалы легко могут написать свое ПО на C — это обычный контроллер от Atmel!
Механика
Для сборки необходимо вырезать детали из оргстекла толщиной 5мм:
.
и 3 мм: 
За вырезку всех этих частей с меня взяли около 10 долларов.
Основание установлено на большом подшипнике: 
Особенно сложно было продумывать базу с точки зрения процесса сборки, но я присматривался к инженерам из uArm. Коромысла сидят на штифте диаметром 6 мм.
Следует отметить, что у меня тяга в локте держится на U-образном держателе, а у uFactory — на L-образном.
Трудно объяснить, в чем разница, но я думаю, что у меня получилось лучше.
Ручка собирается отдельно.
Он может вращаться вокруг своей оси.
Сам коготь сидит прямо на валу двигателя: 
В конце статьи дам ссылку на супер подробную инструкцию по сборке в фотографиях.
Вы уверенно сможете скрутить все это за пару часов, если все необходимое будет у вас под рукой.
Также я подготовил 3D-модель в бесплатной программе SketchUp. Вы можете скачать его, поиграть и посмотреть, что и как было собрано.
Ээлектроника
Чтобы рука заработала, все, что вам нужно сделать, это подключить к Arduino пять сервоприводов и подать на них питание от исправного источника.uArm использует какие-то двигатели с обратной связью.
Я установил три обычных двигателя MG995 и два небольших металлических мотор-редуктора для управления захватом.
Здесь мое повествование тесно переплетается с предыдущими проектами.
Некоторое время назад я начал научить программированию Arduino и для этих целей я даже подготовил свой Плата, совместимая с Arduino .
С другой стороны, однажды у меня появилась возможность делать платы дешево (это я тоже имею в виду написал ).
В итоге все закончилось тем, что я использовал собственную Arduino-совместимую плату и специализированный шилд для управления манипулятором.
Этот щит на самом деле очень простой.
Он имеет четыре переменных резистора, две кнопки, пять серворазъемов и разъем питания.
Это очень удобно с точки зрения отладки.
Можно загрузить тестовый скетч и записать какой-нибудь макрос для управления или что-то в этом роде.
Ссылку на скачивание файла платы я также дам в конце статьи, но она подготовлена для изготовления с металлизированными отверстиями, поэтому для домашнего производства она малопригодна.
Программирование
Самое интересное — управление манипулятором с компьютера.uArm имеет удобное приложение для управления манипулятором и протокол работы с ним.
Компьютер отправляет 11 байт на COM-порт. Первый всегда 0xFF, второй 0xAA, а некоторые оставшиеся — это сигналы для сервоприводов.
Далее эти данные нормализуются и отправляются на обработку двигателям.
Мои сервоприводы подключены к цифровым входам/выходам 9-12, но это можно легко изменить.
Терминальная программа uArm позволяет изменять пять параметров при управлении мышью.
По мере перемещения мыши по поверхности положение манипулятора в плоскости XY меняется.
Вращение колеса меняет высоту.
ЛКМ/ПКМ — сжать/разжать коготь.
ПКМ+колесо — вращать рукоятку.
На самом деле это очень удобно.
При желании вы можете написать любое терминальное программное обеспечение, которое будет общаться с манипулятором по тому же протоколу.
Эскизы я здесь приводить не буду — скачать их можно в конце статьи.
Видео работы
И, наконец, видео самого манипулятора.Там показано, как управлять мышкой, резисторами и заранее записанной программой.
Ссылки
Файлы для резки оргстекла, 3D модели, список покупок, чертежи плат и программное обеспечение можно скачать в конце моего основная статья .Подробная инструкция по сборке в фотографиях.
(остерегайтесь пробок).
Теги: #Сделай сам или Сделай сам #Электроника для начинающих #Робототехника #arduino #манипулятор #сервопривод #роборука #uArm. сервопривод
-
«Недостаточное Звенье» Интернета
19 Oct, 24 -
Структурирование Аспектов
19 Oct, 24 -
Дайджест It-Событий Марта (Часть Вторая)
19 Oct, 24
