Robot de dibuix haptic: 5 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Com a part de la meva graduació en màster al dep. Disseny industrial a la Universitat d’Eindhoven, vaig crear un dispositiu de dibuix hàptic que es pot utilitzar per navegar per un cotxe semiautònom a través del trànsit. La interfície s’anomena gargot i permet a l’usuari experimentar accessoris hàptics en un espai 2D mitjançant una força i una ubicació variables. Tot i que aquest concepte no és el concepte, podeu llegir més sobre Scribble aquí:

Scribble utilitza una configuració d'enllaç de 5 barres que li permet moure dos graus de llibertat laterals (DoF). Aquesta configuració és bastant popular entre els prototips per crear robots de dibuix, a continuació en detallem alguns exemples:

www.projehocam.com/arduino-saati-yazan-kol-…

blogs.sap.com/2015/09/17/plot-clock-weathe…

www.heise.de/make/meldung/Sanduhr-2-0-als-Bausatz-im-heise-shop-erhaeltlich-3744205.html

Mecànicament aquests robots són fàcils de fabricar. Només necessiten juntes bàsiques i tenen dos actuadors que poden crear moviments fluids. Aquesta estructura és ideal per als dissenyadors que estiguin interessats a fer una estructura mòbil. Tot i que, en no ser enginyer mecànic, em va semblar que la cinemàtica era força difícil de traduir al codi. Per tant, proporcionaré codi Arduino bàsic que descobreixi la cinemàtica directa i inversa perquè pugueu utilitzar-la fàcilment en els vostres futurs dissenys.;-)

Descarregueu el codi següent.

* EDIT: per a un projecte similar, consulteu https://haply.co *

Pas 1: construir l’estructura

En funció del propòsit que tingueu present, primer heu de dissenyar una estructura de 5 enllaços. Penseu en les mesures, els actuadors que voleu utilitzar i com fixar les articulacions per a un moviment suau.

Per al meu prototip, executo el meu codi en un Arduino DUE que està controlat per sèrie mitjançant un programa del meu Mac que es va fer a Open Frameworks. El programa utilitza una connexió UDP per comunicar-se amb un simulador de conducció basat en Unity 3D.

El prototipus Scribble utilitza coixinets de 5 mm i està fabricat amb acrílic tallat amb làser de 5 mm. Els actuadors són els motors haptics de Frank van Valeknhoef que permeten accionar, llegir la posició i generar una força variable. Això els va fer ideals per a les propietats hàptiques desitjades de Scribble. Podeu trobar més informació sobre els seus actuadors aquí:

Pas 2: coneixeu els valors del maquinari

La cinemàtica directa es basa en l’estació meteorològica del rellotge Plot de SAP:

Com es mostra a la seva configuració, s’amplia perquè el braç tingui un marcador per dibuixar. S'ha eliminat perquè no servia de res al prototipus de gargots. Comproveu el seu codi si voleu tornar a afegir aquest component. Els noms de la imatge es mantenen iguals a la meva configuració.

Depenent del vostre maquinari, l'algorisme ha de conèixer les propietats del maquinari:

int leftActuator, rightActuator; // angle per escriure a l'actuador en grad, canvieu a flotant si voleu més precisió

int posX, posY; // les coordenades de la ubicació del punter

Definiu la resolució dels valors d’entrada

int posStepsX = 2000;

int posStepsY = 1000;

Dimensions de la configuració, els valors són en mm (vegeu la imatge SAP)

#define L1 73 // longitud del braç del motor, vegeu la imatge SAP (esquerra i dreta són iguals)

#define L2 95 // braç d’extensió de longitud, vegeu la imatge SAP (esquerra i dreta són iguals)

#define rangeX 250 // interval màxim en direcció X per al punt a moure (d'esquerra a dreta, 0 - maxVal)

#define rangeY 165 // rang màxim en direcció Y per al punt a moure (de 0 a abast màxim mentre es manté centrat)

#define originL 90 // compensar la distància des del valor mínim X màxim fins a la posició central de l’actuador

#define originR 145 // distància de desplaçament des del màxim valor mínim X fins a la posició central de l'actuador, la distància entre els dos motors és en aquest cas

Pas 3: endavant la cinemàtica

Com es va esmentar al pas anterior, la cinemàtica directa es basa en l'algorisme de SAP.

El buit actualitza els valors d'angle desitjats de l'actuador esquerre i dret definits anteriorment. Basant-se en els valors X i Y connectats, es calcularan els angles rectes per aconseguir el punter en aquesta posició.

void set_XY (doble Tx, doble Ty) // introduïu el vostre valor X i Y {// alguns vals que necessitem, però no volem desar per a dx llargs llargs, dy, c, a1, a2, Hx, Hy; // resolució de mapes inpit al rang de la vostra configuració al món real int realX = map (Tx, 0, posStepsX, 0, rangeX); // canviar si mapeja si s'inverteix int realY = mapa (Ty, posStepsX, 0, 0, intervalY); // canvieu si mapeu si s'inverteix // angle calc per a l'actuador esquerre // cartesià dx / dy dx = realX - origenL; // inclou offset dy = realY; // longitud polar (c) i angle (a1) c = sqrt (dx * dx + dy * dy); a1 = atan2 (dy, dx); a2 = retorn_angle (L1, L2, c); leftActuator = floor (((M_PI - (a2 + a1)) * 4068) / 71); // angle final i converteix de rad a deg // angle calc per actuador dret dx = realX - origenR; // inclou offset dy = realY; c = sqrt (dx * dx + dy * dy); a1 = atan2 (dy, dx); a2 = retorn_angle (L1, L2, c); rightActuator = floor (((a1 - a2) * 4068) / 71); // angle final i converteix de rad a deg}

Buit addicional per al càlcul de l'angle:

doble retorn_angle (doble a, doble b, doble c) {// regla del cosinus per a l'angle entre c i un retorn acos ((a * a + c * c - b * b) / (2 * a * c)); }

Pas 4: Cinemàtica inversa

La cinemàtica inversa funciona al revés. Connecteu la rotació dels actuadors en graus i el buit actualitzarà la posició definida anteriorment.

Tingueu en compte que necessitareu actuadors o un sensor independent que pugui llegir l’angle del braç. En el meu cas, he utilitzat actuadors que poden llegir i escriure la seva posició simultàniament. No dubteu a experimentar amb això i penseu en afegir algun tipus de calibratge per assegurar-vos que el vostre angle es llegeix correctament.