Clever Geek Handbook

设计一个7度的拟人化机械手



大家好！近一年来，关于Tod Bot服务机器人的命运没有新的消息发表。但是，所有这些时间我们都不是闲着，今天我们可以谈谈取得的成功。这篇文章并不声称是设计秘诀，而只是描述了我们的道路。

继续我们的项目，我们完成了用机械手捕获对象的任务。到那时，我们已经解决了诸如对象识别和机械手控制之类的任务。该机械手是由设计人员制造的，并使用了传统的伺服器，其承载能力和控制速度的能力尚待改善（我们使用的控制器不支持伺服器的动态速度控制）。然后，我们可以选择：订购新的控制器并使用我们现有的控制器，或者从根本上解决问题，并获得在各个方面都适合我们的操纵器。

甚至没有想到要购买能够满足所有要求的机械手-这会花费很多钱。因此，我们决定采用最棘手，但也是最有趣的方式-构建自己的方式。
首先，形成了主要特征列表：
  • 度数：7
  • 有效负载/工作重量：2-3 kg
  • 机械手长度：90厘米
  • 机械手重量：6-8公斤

为什么会有这样的特征？好吧，让我们从重量开始...由于计划将操纵器放置在移动平台上，因此其质量是必不可少的标准，操纵器越容易越好。

在选择机械手的长度时，我们专注于边缘小的人的手的大小，因为几乎所有家居用品都近在咫尺。

工作重量是根据一些统计数据确定的。在家庭环境中，设计用来用一只手举起的物体的重量在1公斤以内。最重的是水壶，其重量可以达到2公斤左右。

最有趣的是确定度数。为了成功捕获空间中的物体，至少有4个自由度就足够了。但是，由于我们已经掌握了控制6-7度机械手的软件，并且真的想在实践中进行尝试，因此我们决定为其组装一块铁。如此多的度数可以使您执行更复杂且功能更强的运动。正如他们所说，更多-并非更少。



接下来，我们开始研究互联网，当然也从开放项目开始，但是它们……通常可以用手指来指望。通过特性可以找到的所有内容都不适合我们，甚至包括Inmoov这样的雄心勃勃的项目。是什么促使最终决定开发自己的机械手。

电路原理图


机械手的工作原理在很大程度上取决于所用驱动器的设备。在搜索过程中，确定了以下选项（最初它们没有考虑创新技术，例如加热钓鱼线等）：
  1. 电驱动
  2. 气动执行器/液压执行器

我并不是真的想涉足液压和气动领域，而且价格相对昂贵（气缸，压缩机等）。在使用电驱动器的方式上，还有其他选择，即电驱动器的类型：
  1. Servos
  2. 步进马达
  3. 直流电动机

伺服的使用会立即转移，因为 那些价格更便宜的产品不适合宣称的性能特征，而工业产品则过于昂贵。步进电机也并非一切都那么顺畅-与DPT相比，它们相当庞大。结果，决定只讨论后者。
下一步，我们检查了使用直流电动机的各种设计，并确定了以下选项：
  1. 驱动器直接安装在机械手的节点中（关节弯曲或旋转的位置）
  2. 驱动器移到节点外

在后一种情况下，来自发动机的扭矩可以通过几种方式传递：
  • 皮带
  • 通过电缆
  • 通过轴

在设计第一个选项时，考虑了驱动器在节点中的位置。设计开始后，当设计第一个4度时，很明显该机械手将没有所需的提升特性。机械手的质量分布在其整个长度上，并且根据杠杆率定律从物理学上可以知道：负载离施加力的距离越远，需要施加的力就越大。



然后，人们决定使用电缆将驱动器移至更靠近基座的位置，尽管有将它们全部放置在基座中的诱惑。这次，使用了成对度的锥齿轮系统。这样的齿轮组允许一次在两个自由度之间分配扭矩。



工作开始沸腾了：计算，图纸，思想……设计了整个机械手之后，一个疑问就悄无声息了……是否有可能拉平电缆张力中的误差并为扭矩传递提供足够的刚度？



我们开始了下一次迭代，旨在改善和纠正这些缺陷，因为总的来说，最终的设计适合我们。基本上，传递扭矩的方法发生了变化，最后，我们选择了组合版本：硬轴和皮带传动。



当然，也就是机械手的总体视图。



在下一篇文章中，我们将探讨电子填充和我们的创意。

More articles:


All Articles