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Concevoir un manipulateur anthropomorphe à 7 degrés



Bonjour à tous! Depuis près d'un an, rien de nouveau n'a été publié sur le sort du robot de service Tod Bot. Cependant, pendant tout ce temps, nous n'avons pas été inactifs, et aujourd'hui nous pouvons parler des succès obtenus. Ce message ne prétend pas être une recette de conception, mais décrit uniquement notre chemin.

Poursuivant notre projet, nous sommes arrivés à la tâche de capturer des objets avec un manipulateur. À cette époque, nous avions déjà résolu des tâches telles que la reconnaissance d'objets et le contrôle des manipulateurs. Le manipulateur a été fabriqué à partir du concepteur et a utilisé des servos conventionnels, et sa capacité de charge et sa capacité à contrôler la vitesse laissaient beaucoup à désirer (le contrôleur que nous avons utilisé ne supportait pas le contrôle dynamique de la vitesse des servos). Ensuite, nous avons eu le choix: commander un nouveau contrôleur et utiliser ce qui est déjà là ou résoudre radicalement le problème et obtenir un manipulateur qui nous conviendrait à tous égards.

On ne pense même pas à acquérir un manipulateur qui répondrait à toutes les exigences - cela coûte beaucoup d'argent. Par conséquent, nous avons décidé d'aller de la manière la plus épineuse, mais aussi la plus intéressante - pour construire la vôtre.
Tout d'abord, une liste des principales caractéristiques a été établie:
  • Nombre de degrés: 7
  • Charge utile / Poids en ordre de marche: 2-3 kg
  • Longueur manipulateur: 90 cm
  • Poids du manipulateur: 6-8 kg

Pourquoi de telles caractéristiques? Eh bien, commençons par le poids ... Comme le manipulateur est prévu pour être placé sur une plateforme mobile, sa masse est un critère essentiel et plus le manipulateur sera facile, mieux ce sera.

Avec le choix de la longueur du manipulateur, nous avons été guidés par la taille des mains d'une personne avec une petite marge, car presque tous les articles ménagers sont indépendants.

Le poids de travail a été déterminé sur la base de certaines statistiques. Dans un environnement domestique, les objets destinés à être levés d'une seule main, par leur poids, sont de l'ordre de 1 kg. La plus lourde est une bouilloire dont la masse peut atteindre environ 2 kg.

Le plus intéressant était de déterminer le nombre de degrés. Pour une capture réussie d'un objet dans l'espace, au moins 4 degrés de liberté sont suffisants. Mais comme nous avions déjà maîtrisé le logiciel de contrôle du manipulateur à 6 - 7 degrés et que nous voulions vraiment l'essayer dans la pratique, nous avons décidé d'assembler un morceau de fer pour cela. Un tel nombre de degrés vous permet d'effectuer des mouvements plus complexes et fonctionnels. Comme on dit, plus - pas moins.



Ensuite, nous avons commencé à lisser Internet et, bien sûr, nous avons commencé avec des projets ouverts, mais ils ... en général, on peut les compter sur les doigts. Tout ce que nous pouvions trouver par les caractéristiques ne nous convenait pas, y compris même des projets ambitieux comme Inmoov. Ce qui a incité la décision finale de développer votre propre manipulateur.

Schéma


Le principe de fonctionnement du manipulateur dépend en grande partie du dispositif du variateur utilisé. Au cours de la recherche, les options suivantes ont été identifiées (initialement, elles ne considéraient pas les technologies innovantes, telles que le chauffage de la ligne de pêche, etc.):
  1. Entraînements électriques
  2. Actionneurs pneumatiques / actionneurs hydrauliques

Je ne voulais pas vraiment entrer en contact avec l'hydraulique et la pneumatique, et c'est relativement cher (cylindres, compresseurs, etc.). Sur la façon d'utiliser l'entraînement électrique, il existe également des options, à savoir les types d'entraînements électriques:
  1. Servos
  2. Moteurs pas à pas
  3. Moteurs à courant continu

L'utilisation des servos change immédiatement, comme ceux qui sont plus abordables ne conviennent pas aux caractéristiques de performance déclarées, et ceux industriels sont trop chers. Avec les moteurs pas à pas également, tout n'est pas si lisse - ils sont assez massifs par rapport au DPT. En conséquence, il a été décidé de s'attarder sur ce dernier.
L'étape suivante, nous avons examiné diverses conceptions utilisant des moteurs à courant continu et identifié les options suivantes:
  1. Les entraînements sont installés directement dans les nœuds du manipulateur (lieux de flexion ou rotation des articulations)
  2. Les lecteurs se sont déplacés à l'extérieur du nœud

Dans ce dernier cas, le couple du moteur peut être transmis de plusieurs manières:
  • Ceinture
  • Via des câbles
  • À travers les arbres

Lors de la conception de la première option, l'emplacement des disques dans les nœuds a été pris en compte. Après le début de la conception, lorsque les 4 premiers degrés ont été conçus, il est devenu clair que le manipulateur n'aurait pas les caractéristiques de levage requises. La masse du manipulateur est répartie sur toute sa longueur, et comme le sait la physique selon la loi de l'effet de levier: plus la charge est éloignée du point d'application de la force, plus cette force doit être appliquée.



Ensuite, il a été décidé de rapprocher les disques de la base à l'aide de câbles, bien qu'il y ait eu une tentation de les placer dans la base. Et cette fois, un système d'engrenages coniques pour paires de degrés a été utilisé. Un tel bloc d'engrenages permettait de répartir le couple entre deux degrés de liberté à la fois.



Le travail commence à bouillir: calculs, dessins, réflexions ... Ayant conçu l'ensemble du manipulateur, un doute s'installe ... Sera-t-il possible de niveler l'erreur de tension des câbles et de fournir une rigidité suffisante pour la transmission du couple?



Et nous avons commencé la prochaine itération, qui visait à améliorer et à corriger les lacunes, car en général, la conception résultante nous convenait. Fondamentalement, la méthode de transmission du couple a subi un changement et, finalement, nous nous sommes installés sur une version combinée: arbres durs et entraînement par courroie.



Et bien sûr, la vue générale du manipulateur.



Dans le prochain article, le remplissage électronique et le concept de notre idée originale seront abordés.

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