UStepper Robot Arm 4: 5 Passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Aquesta és la quarta iteració del meu braç robòtic, que he desenvolupat com a aplicació per a la nostra placa de control pas a pas uStepper. Com que el robot té 3 motors pas a pas i un servo per a l'actuació (en la seva configuració bàsica), no es limita a uStepper, sinó que es pot utilitzar amb qualsevol placa de control de pas a pas.

El disseny es basa en un robot paletitzador industrial i és relativament senzill. Dit això, he passat innombrables hores elaborant el disseny i optimitzant-lo per facilitar el muntatge, però també per imprimir les peces.

Vaig fer el disseny tenint en compte la facilitat d’impressió i la simplicitat de muntatge. No és que no hi hagi cap manera de millorar aquests dos paràmetres, però crec que he recorregut un llarg camí. A més, m'agradaria reduir la robòtica industrial fins a un nivell on els aficionats puguin seguir-la mostrant que es pot fer relativament senzill, també les matemàtiques per controlar-la.

No dubteu a deixar un comentari amb comentaris constructius sobre el disseny, però sobretot sobre com ho faig perquè sigui accessible per a tothom (especialment les matemàtiques).

Pas 1: peces necessàries, impressió 3D i muntatge

Bàsicament tot el que heu de saber es troba al manual de muntatge. Hi ha una llista de materials detallada amb les parts comprades i impreses i una instrucció detallada de muntatge.

La impressió 3D es fa amb una impressora 3D de qualitat raonable (FDM) amb una alçada de capa de 0,2 mm i un 30% d’ompliment. Podeu trobar la darrera iteració de peces i instruccions aquí:

Pas 2: Cinemàtica

Per fer moure el braç d’una manera previsible, heu de fer matemàtiques: he buscat molts llocs per obtenir una descripció relativament senzilla de la cinemàtica relacionada amb aquest tipus de robot, però no n’he trobat cap que cregués un nivell on la majoria de la gent ho podia entendre. He fet la meva pròpia versió de la cinemàtica basada únicament en la trigonometria i no en les transformacions de la matriu que poden semblar força aterradores si mai no heu treballat en aquestes coses abans, però, són bastant senzilles per a aquest robot en particular, ja que només té 3 DOF.

Tot i així, crec que el meu plantejament al document adjunt està escrit d’una manera relativament fàcil d’entendre. Però fes una ullada a veure si té sentit per a tu!

Pas 3: codificar la cinemàtica

La cinemàtica pot ser difícil de comprendre fins i tot amb els càlculs que he proporcionat a la primera. Per tant, aquí teniu primer una implementació d’Octave: Octave és una eina gratuïta amb moltes de les mateixes característiques que es troben a 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 ('Implementació del codi') disp ('Angles d'entrada:') rot = deg2rad (30); dreta = deg2rad (142,5); esquerra = deg2rad (50); rad2deg (rot) rad2deg (dreta) rad2deg (esquerra) T1 = rot; # base T2 = dreta; #shoulder T3 = left; #elbow #FW cinematic for get XYZ from angles: 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) * LOWERARMLEN + XOFFSET + AXOFFSET; x = cos (rot) * k1 y = sin (rot) * k1 ## cinemàtica inversa per obtenir angles de XYZ: rot = atan2 (y, x); x = x - cos (rot) * AXOFFSET; y = y - sin (rot) * 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); dret = (atan2 (a, sqrt (1-a * a)) + atan2 (sqrt (1-b * b), b)); left = atan2 (sqrt (1-c * c), c); ## sortida calculada angles disp ('Angles de sortida:') rot = rad2deg (rot) right = rad2deg (right) left = rad2deg (left)

Amb l'script anterior, bàsicament teniu el codi preparat per a la implementació per a la cinemàtica cap endavant i cap enrere.

Cinemàtica directa que utilitzeu per calcular on acabareu amb un conjunt determinat d'angles motors. La cinemàtica inversa calcularà (fer la inversa) quins angles motors necessiteu per acabar en la posició desitjada x, y, z. S'han d'inserir restriccions al moviment del motor, com ara, per exemple, la base de rotació només pot anar de 0 a 359 graus. D'aquesta manera, assegureu-vos que no aneu a posicions que no són factibles.

Pas 4: executar la cosa

No hi estem del tot amb la implementació de la biblioteca cinemàtica, de manera que encara no puc proporcionar-los. Però us puc mostrar un vídeo de com funciona. És bastant estable i suau a causa de l’ús de coixinets i transmissió per corretja, a més de la qualitat raonable de les unitats que són aquí les plaques uStepper S.

Pas 5: efectors finals addicionals

He dissenyat 3 efectors finals addicionals. Un és senzillament una pinça horitzontal, un altre s’adapta a una llauna de cervesa o refresc europeu habitual i, finalment, hi ha un sistema de pinça al buit que us permet instal·lar-lo en una tassa, una bomba i una vàlvula de buit.

Tots estaran o estan disponibles aquí (instruccions i fitxers STL 3D):