Clever Geek Handbook

Merancang manipulator antropomorfik dengan 7 derajat



Halo semuanya! Selama hampir setahun, tidak ada hal baru yang dipublikasikan tentang nasib robot layanan Tod Bot. Namun, selama ini kami tidak menganggur, dan hari ini kami dapat berbicara tentang keberhasilan yang diraih. Posting ini tidak mengklaim sebagai resep desain, tetapi hanya menjelaskan jalur kami.

Mengejar proyek kami, kami sampai pada tugas menangkap objek dengan manipulator. Pada saat itu, kami telah menyelesaikan tugas-tugas seperti pengenalan objek dan kontrol manipulator. Manipulator dibuat dari perancang dan menggunakan servos konvensional, dan daya dukungnya dan kemampuan untuk mengendalikan kecepatan meninggalkan banyak hal yang diinginkan (pengontrol yang kami gunakan tidak mendukung kontrol kecepatan dinamis servos). Kemudian kami memiliki pilihan: untuk memesan controller baru dan menggunakan apa yang sudah ada di sana atau untuk menyelesaikan masalah secara radikal dan mendapatkan manipulator yang cocok untuk kita dalam segala hal.

Bahkan tidak terpikirkan untuk mendapatkan seorang manipulator yang akan memenuhi semua persyaratan - biayanya banyak uang. Karena itu, kami memutuskan untuk melakukan yang paling sulit, tetapi juga cara yang paling menarik - untuk membangun milik Anda sendiri.
Pertama-tama, daftar karakteristik utama dibentuk:
  • Jumlah derajat: 7
  • Payload / Berat kerja: 2 - 3 kg
  • Panjang manipulator: 90 cm
  • Berat manipulator: 6-8 kg

Mengapa karakteristik seperti itu? Baiklah, mari kita mulai dengan bobot ... Karena manipulator direncanakan ditempatkan pada platform seluler, massanya adalah kriteria penting dan semakin mudah manipulatornya, semakin baik.

Dengan pilihan panjang manipulator, kami dipandu oleh ukuran tangan seseorang dengan margin kecil, karena hampir semua barang rumah tangga berada di tangan panjang.

Bobot kerja ditentukan berdasarkan beberapa statistik. Dalam lingkungan rumah tangga, benda yang dirancang untuk diangkat dengan satu tangan, berdasarkan beratnya, berada dalam kisaran hingga 1 kg. Yang terberat adalah ketel, yang massanya bisa mencapai 2 kg atau lebih.

Yang paling menarik adalah menentukan jumlah derajatnya. Untuk menangkap objek di ruang angkasa dengan sukses, setidaknya 4 derajat kebebasan sudah cukup. Tetapi karena kami sudah menguasai perangkat lunak untuk mengendalikan manipulator dengan 6 - 7 derajat dan benar-benar ingin mencobanya dalam praktik, kami memutuskan untuk memasang sepotong besi untuk itu. Sejumlah derajat seperti itu memungkinkan Anda melakukan gerakan yang lebih kompleks dan fungsional. Seperti yang mereka katakan, lebih - tidak kurang.



Selanjutnya, kami mulai mengelabui Internet dan, tentu saja, mulai dengan proyek terbuka, tetapi mereka ... mereka, secara umum, dapat dihitung dengan jari tangan. Segala sesuatu yang dapat kita temukan dengan karakteristik tidak sesuai dengan kita, termasuk bahkan proyek ambisius seperti Inmoov. Apa yang mendorong keputusan akhir untuk mengembangkan manipulator Anda sendiri.

Diagram sirkuit


Prinsip operasi manipulator sangat tergantung pada perangkat drive yang digunakan. Selama pencarian, opsi-opsi berikut diidentifikasi (awalnya mereka tidak mempertimbangkan teknologi inovatif, seperti memanaskan tali pancing, dll.):
  1. Penggerak listrik
  2. Aktuator Pneumatik / Aktuator Hidrolik

Saya tidak benar-benar ingin terlibat dalam hidrolika dan pneumatik, dan itu relatif mahal (silinder, kompresor, dll.). Dalam perjalanan menggunakan penggerak listrik, ada juga opsi, yaitu jenis penggerak listrik:
  1. Servos
  2. Motor stepper
  3. Motor DC

Penggunaan servos segera bergeser, seperti yang lebih terjangkau tidak cocok untuk karakteristik kinerja yang dinyatakan, dan yang industri terlalu mahal. Dengan motor stepper, juga, tidak semuanya begitu mulus - mereka cukup besar dibandingkan dengan DPT. Akibatnya, diputuskan untuk memikirkan yang terakhir.
Langkah selanjutnya, kami memeriksa berbagai desain menggunakan motor DC, dan mengidentifikasi opsi berikut:
  1. Drive dipasang langsung di simpul manipulator (tempat pembengkokan atau rotasi sambungan)
  2. Drive dipindahkan ke luar node

Dalam kasus terakhir, torsi dari mesin dapat ditransmisikan dalam beberapa cara:
  • Pukulan sabuk
  • Melalui kabel
  • Melalui poros

Saat merancang opsi pertama, lokasi drive di node dipertimbangkan. Setelah awal desain, ketika 4 derajat pertama dirancang, menjadi jelas bahwa manipulator tidak akan memiliki karakteristik pengangkatan yang diperlukan. Massa manipulator didistribusikan sepanjang keseluruhannya, dan seperti diketahui dari fisika menurut hukum leverage: semakin jauh beban dari titik penerapan gaya, semakin besar gaya ini perlu diterapkan.



Kemudian diputuskan untuk memindahkan drive lebih dekat ke pangkalan dengan menggunakan kabel, meskipun ada godaan untuk menempatkan mereka sama sekali di pangkalan. Dan kali ini, sistem roda gigi bevel untuk pasangan derajat digunakan. Blok gigi seperti itu memungkinkan untuk mendistribusikan torsi secara langsung antara dua derajat kebebasan.



Pekerjaan mulai mendidih: perhitungan, gambar, pikiran ... Setelah merancang seluruh manipulator, keraguan merayap masuk ... Apakah mungkin untuk tingkat kesalahan dalam ketegangan kabel dan memberikan kekakuan yang cukup untuk transmisi torsi?



Dan kami memulai iterasi berikutnya, yang bertujuan untuk memperbaiki dan memperbaiki kekurangannya, karena secara umum desain yang dihasilkan cocok untuk kami. Pada dasarnya, metode transmisi torsi mengalami perubahan, dan, pada akhirnya, kami memilih versi gabungan: hard shaft dan belt drive.



Dan tentu saja, pandangan umum tentang manipulator.



Pada artikel selanjutnya, pengisian elektronik dan konsep gagasan kita akan disentuh.

More articles:


All Articles