Clever Geek Handbook

Entwerfen eines anthropomorphen Manipulators mit 7 Grad



Hallo alle zusammen! Seit fast einem Jahr wird nichts Neues über das Schicksal des Tod Bot-Serviceroboters veröffentlicht. Die ganze Zeit waren wir jedoch nicht untätig und heute können wir über die erzielten Erfolge sprechen. Dieser Beitrag behauptet nicht, ein Designrezept zu sein, sondern beschreibt nur unseren Weg.

Bei der Verfolgung unseres Projekts mussten wir Objekte mit einem Manipulator erfassen. Zu diesem Zeitpunkt hatten wir bereits Aufgaben wie Objekterkennung und Manipulatorsteuerung gelöst. Der Manipulator wurde von einem Konstrukteur hergestellt und verwendete herkömmliche Servos, und seine Tragfähigkeit und die Fähigkeit, die Geschwindigkeit zu steuern, ließen zu wünschen übrig (die von uns verwendete Steuerung unterstützte keine dynamische Geschwindigkeitssteuerung von Servos). Dann hatten wir die Wahl: einen neuen Controller zu bestellen und das zu verwenden, was bereits vorhanden ist, oder das Problem radikal zu lösen und einen Manipulator zu bekommen, der in jeder Hinsicht zu uns passt.

Es wird nicht einmal daran gedacht, einen Manipulator zu erwerben, der alle Anforderungen erfüllt - er kostet viel Geld. Deshalb haben wir uns entschlossen, den dornigsten, aber auch interessantesten Weg zu gehen - Ihren eigenen zu konstruieren.
Zunächst wurde eine Liste der Hauptmerkmale erstellt:
  • Anzahl der Abschlüsse: 7
  • Nutzlast / Arbeitsgewicht: 2 - 3 kg
  • Manipulatorlänge: 90 cm
  • Manipulatorgewicht: 6-8 kg

Warum solche Eigenschaften? Beginnen wir mit dem Gewicht ... Da der Manipulator auf einer mobilen Plattform platziert werden soll, ist seine Masse ein wesentliches Kriterium. Je einfacher der Manipulator ist, desto besser.

Bei der Wahl der Länge des Manipulators wurden wir von der Größe der Hände einer Person mit einem kleinen Rand geleitet, weil Fast alle Haushaltsgegenstände sind auf Distanz.

Das Arbeitsgewicht wurde anhand einiger Statistiken ermittelt. In einer häuslichen Umgebung liegen Gegenstände, die aufgrund ihres Gewichts mit einer Hand angehoben werden sollen, im Bereich von bis zu 1 kg. Der schwerste ist ein Wasserkocher, dessen Masse etwa 2 kg erreichen kann.

Am interessantesten war es, die Anzahl der Grade zu bestimmen. Für eine erfolgreiche Erfassung eines Objekts im Raum sind mindestens 4 Freiheitsgrade ausreichend. Da wir aber die Software zur Steuerung eines Manipulators mit 6 - 7 Grad bereits beherrschten und sie unbedingt in der Praxis ausprobieren wollten, beschlossen wir, ein Stück Eisen dafür zusammenzubauen. Mit einer solchen Anzahl von Graden können Sie komplexere und funktionalere Bewegungen ausführen. Wie sie sagen, mehr - nicht weniger.



Als nächstes haben wir angefangen, das Internet zu durchsuchen und natürlich mit offenen Projekten begonnen, aber sie ... sie können im Allgemeinen an den Fingern gezählt werden. Alles, was wir an den Merkmalen finden konnten, passte nicht zu uns, auch nicht so ehrgeizige Projekte wie Inmoov. Was veranlasste die endgültige Entscheidung, einen eigenen Manipulator zu entwickeln.

Schaltplan


Das Funktionsprinzip des Manipulators hängt weitgehend von der Vorrichtung des verwendeten Antriebs ab. Bei der Suche wurden folgende Optionen ermittelt (anfangs wurden innovative Technologien wie das Heizen der Angelschnur usw. nicht berücksichtigt):
  1. Elektrische Antriebe
  2. Pneumatische Aktuatoren / hydraulische Aktuatoren

Ich wollte mich nicht wirklich mit Hydraulik und Pneumatik beschäftigen und es ist relativ teuer (Zylinder, Kompressoren usw.). Auf dem Weg zur Verwendung des elektrischen Antriebs gibt es auch Optionen, nämlich die Arten der elektrischen Antriebe:
  1. Servos
  2. Schrittmotoren
  3. Gleichstrommotoren

Die Verwendung von Servos verschiebt sich sofort, da diejenigen, die erschwinglicher sind, sind für die angegebenen Leistungsmerkmale nicht geeignet, und industrielle sind zu teuer. Auch bei Schrittmotoren ist nicht alles so glatt - sie sind im Vergleich zu DPT ziemlich massiv. Infolgedessen wurde beschlossen, sich mit letzterem zu befassen.
Im nächsten Schritt untersuchten wir verschiedene Konstruktionen mit Gleichstrommotoren und identifizierten die folgenden Optionen:
  1. Antriebe werden direkt in den Knoten des Manipulators installiert (Orte der Biegung oder Drehung der Gelenke).
  2. Laufwerke wurden außerhalb des Knotens verschoben

Im letzteren Fall kann das Drehmoment vom Motor auf verschiedene Arten übertragen werden:
  • Gürtel
  • Über Kabel
  • Durch die Wellen

Beim Entwerfen der ersten Option wurde die Position der Laufwerke in den Knoten berücksichtigt. Nach dem Beginn des Entwurfs, als die ersten 4 Grad entworfen wurden, wurde klar, dass der Manipulator nicht die erforderlichen Hebeeigenschaften haben würde. Die Masse des Manipulators ist über seine gesamte Länge verteilt, und wie aus der Physik nach dem Hebelgesetz bekannt ist: Je weiter die Last vom Kraftangriffspunkt entfernt ist, desto mehr muss diese Kraft aufgebracht werden.



Dann wurde beschlossen, die Laufwerke mithilfe von Kabeln näher an die Basis heranzuführen, obwohl die Versuchung bestand, sie überhaupt in der Basis zu platzieren. Und diesmal wurde ein System von Kegelrädern für Gradpaare verwendet. Ein solcher Zahnradblock erlaubte es, das Drehmoment auf zwei Freiheitsgrade gleichzeitig zu verteilen.



Die Arbeit begann zu kochen: Berechnungen, Zeichnungen, Gedanken ... Nachdem der gesamte Manipulator entworfen worden war, schlich sich ein Zweifel ein ... Wird es möglich sein, den Fehler in der Spannung der Kabel auszugleichen und eine ausreichende Steifigkeit für die Übertragung des Drehmoments bereitzustellen?



Und wir haben die nächste Iteration gestartet, die darauf abzielte, die Mängel zu verbessern und zu beheben, da das resultierende Design im Allgemeinen zu uns passte. Grundsätzlich hat sich die Methode zur Drehmomentübertragung geändert, und am Ende haben wir uns für eine kombinierte Version entschieden: harte Wellen und Riemenantrieb.



Und natürlich die allgemeine Sicht des Manipulators.



Im nächsten Artikel werden die elektronische Füllung und das Konzept unserer Idee behandelt.

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