Máy thao tác tay tự làm tại nhà. Cánh tay robot rẻ tiền, có thể lập trình trên Arduino: bộ điều khiển robot tự làm. Nhà sản xuất máy điều khiển robot công nghiệp

Cánh tay robot MeArm là phiên bản bỏ túi của cánh tay công nghiệp. MeArm là robot dễ lắp ráp và điều khiển, cánh tay cơ khí. Người thao tác có bốn bậc tự do, giúp bạn dễ dàng cầm và di chuyển các vật thể nhỏ khác nhau.

Sản phẩm này được trình bày dưới dạng một bộ lắp ráp. Bao gồm các phần sau:

• một bộ các bộ phận acrylic trong suốt để lắp ráp bộ điều khiển cơ khí;
• 4 động cơ servo;
• bảng điều khiển chứa bộ vi điều khiển Arduino Pro và màn hình đồ họa Nokia 5110;
• bảng điều khiển chứa hai cần điều khiển tương tự hai trục;
• Cáp nguồn USB.

Trước khi lắp ráp bộ điều khiển cơ khí, cần phải hiệu chỉnh các servo. Để hiệu chuẩn, chúng tôi sẽ sử dụng bộ điều khiển Arduino. Chúng tôi kết nối các servo với bo mạch Arduino (cần có nguồn điện bên ngoài 5-6V 2A).

servo giữa, trái, phải, vuốt; // tạo 4 đối tượng servo

Thiết lập trống()
{
Serial.begin(9600);
giữa.đính kèm(11); // gắn servo vào chân 11 để xoay bệ
left.attach(10); // gắn servo vào chân 10 trên vai trái
đúng.đính kèm(9); // gắn một servo vào chân 11 trên vai phải
vuốt.đính kèm(6); // gắn servo vào chân 6 vuốt (chụp)
}

vòng lặp trống()
{
// đặt vị trí servo theo độ lớn (tính bằng độ)
giữa.write(90);
left.write(90);
đúng.write(90);
vuốt.write(25);
độ trễ (300);
}
Sử dụng bút đánh dấu, tạo một đường xuyên qua thân mô tơ servo và trục xoay. Kết nối cần gạt nhựa đi kèm trong bộ sản phẩm với servo như minh họa bên dưới bằng cách sử dụng vít nhỏ đi kèm trong bộ lắp servo. Chúng ta sẽ sử dụng chúng ở vị trí này khi lắp ráp phần cơ khí của MeArm. Cẩn thận không di chuyển vị trí trục chính.


Bây giờ bạn có thể lắp ráp bộ điều khiển cơ khí.
Lấy phần đế và gắn các chân vào các góc của nó. Sau đó lắp bốn bu lông 20 mm và đai ốc vào chúng (một nửa tổng chiều dài).

Bây giờ chúng tôi gắn servo trung tâm bằng hai bu lông 8 mm vào một tấm nhỏ và gắn cấu trúc thu được vào đế bằng bu lông 20 mm.

Chúng tôi lắp ráp phần bên trái của cấu trúc.

Chúng tôi lắp ráp phần bên phải của cấu trúc.

Bây giờ bạn cần kết nối phần bên trái và bên phải. Đầu tiên mình đi tới tấm adapter

Sau đó đúng, và chúng tôi nhận được

Kết nối cấu trúc với nền tảng

Và chúng tôi thu thập "móng vuốt"

Chúng tôi gắn "móng vuốt"

Để lắp ráp, bạn có thể sử dụng hướng dẫn sau (bằng tiếng Anh) hoặc hướng dẫn lắp ráp bộ điều khiển tương tự (bằng tiếng Nga).

Sơ đồ chân

Bây giờ bạn có thể bắt đầu viết mã Arduino. Để điều khiển bộ thao tác, cùng với khả năng điều khiển bộ điều khiển bằng cần điều khiển, sẽ rất tốt nếu hướng bộ điều khiển đến một điểm cụ thể trong tọa độ Descartes (x, y, z). Có một thư viện tương ứng có thể được tải xuống từ github - https://github.com/mimeindustries/MeArm/tree/master/Code/Arduino/BobStonesArduinoCode.
Tọa độ được đo bằng mm tính từ tâm quay. Vị trí bắt đầu là tại điểm (0, 100, 50), nghĩa là cách chân đế 100 mm về phía trước và cách mặt đất 50 mm.
Một ví dụ về việc sử dụng thư viện để cài đặt bộ điều khiển tại một điểm cụ thể trong tọa độ Descartes:

#include "meArm.h"
#bao gồm

Thiết lập vô hiệu() (
arm.begin(11, 10, 9, 6);
arm.openGripper();
}

Vòng lặp trống() (
// lên và sang trái
arm.gotoPoint(-80,100,140);
// vồ lấy
arm.closeGripper();
// xuống, hại và đúng
arm.gotoPoint(70,200,10);
// thả tay cầm
arm.openGripper();
// quay về điểm xuất phát
arm.gotoPoint(0,100,50);
}

Các phương thức của lớp meArm:

trống rỗng bắt đầu(int pinBase, int ghimVai, int ghimKhuỷu tay, int pinGripper) - khởi chạy meArm, chỉ định các chân kết nối cho các servo giữa, trái, phải, vuốt. Phải được gọi trong setup();
trống rỗng openGripper() - mở tay cầm;
trống rỗng closeGripper() - chiếm lấy;
trống rỗng gotoPoint(trôi nổi x, trôi nổi y, trôi nổi z) - di chuyển bộ điều khiển đến vị trí tọa độ Descartes (x, y, z);
trôi nổi getX() - tọa độ X hiện tại;
trôi nổi nhận được Y() - tọa độ Y hiện tại;
trôi nổi getZ() - tọa độ Z hiện tại.

Hướng dẫn lắp ráp (tiếng Anh)

Xin chào Giktimes!

Dự án uArm của uFactory đã gây quỹ trên Kickstarter hơn hai năm trước. Ngay từ đầu họ đã nói rằng đây sẽ là một dự án mở, nhưng ngay sau khi giải thể công ty, họ lại không vội công bố mã nguồn. Tôi chỉ muốn cắt tấm mica theo bản vẽ của họ và thế là xong, nhưng vì không có nguồn nguyên liệu và không có dấu hiệu nào về nó trong tương lai gần nên tôi bắt đầu lặp lại thiết kế từ những bức ảnh.

Bây giờ cánh tay robot của tôi trông như thế này:

Làm việc chậm rãi trong hai năm, tôi đã tạo ra được bốn phiên bản và thu được khá nhiều kinh nghiệm. Bạn có thể tìm thấy mô tả, lịch sử của dự án và tất cả các tệp dự án được cắt.

Phep thử va lôi sai

Với những thông số đầu vào này tôi đã vẽ được phiên bản đầu tiên. Thật không may, tôi không có ảnh của phiên bản máy thao tác đó (được sản xuất tại màu vàng). Những sai lầm trong đó chỉ đơn giản là hoành tráng. Thứ nhất, nó gần như không thể lắp ráp được. Theo quy định, cơ chế mà tôi vẽ ra trước người chế tác khá đơn giản và tôi không phải suy nghĩ về quá trình lắp ráp. Nhưng tôi vẫn lắp ráp nó và cố gắng khởi động nó, và tay tôi hầu như không cử động được! Tất cả các bộ phận đều xoay quanh những chiếc ốc vít và nếu tôi siết chặt chúng lại để ít chơi thì cô ấy không thể di chuyển được. Nếu tôi nới lỏng nó để nó có thể di chuyển, trò chơi đáng kinh ngạc sẽ xuất hiện. Kết quả là khái niệm này đã không tồn tại được dù chỉ ba ngày. Và anh ấy bắt đầu làm việc trên phiên bản thứ hai của máy thao túng.

Màu đỏ đã khá phù hợp cho công việc. Nó lắp ráp bình thường và có thể di chuyển nhờ bôi trơn. Tôi đã có thể kiểm tra phần mềm trên đó nhưng vẫn thiếu vòng bi và tổn thất lớn trên các bản nháp khác nhau, chúng khiến anh ta rất yếu.

Sau đó, tôi đã từ bỏ dự án một thời gian, nhưng nhanh chóng quyết định biến nó thành hiện thực. Tôi quyết định sử dụng các động cơ servo mạnh mẽ và phổ biến hơn, tăng kích thước và thêm vòng bi. Hơn nữa, tôi quyết định rằng tôi sẽ không cố gắng làm mọi thứ một cách hoàn hảo cùng một lúc. Tôi đã phác họa những bức vẽ trên nhanh tay, không vẽ các kết nối đẹp mắt và ra lệnh cắt từ tấm mica trong suốt. Bằng cách sử dụng bộ điều khiển thu được, tôi có thể gỡ lỗi quy trình lắp ráp, xác định các khu vực cần gia cố thêm và học cách sử dụng vòng bi.

Sau khi rất thích thú với thao tác trong suốt, tôi bắt đầu vẽ phiên bản màu trắng cuối cùng. Vì vậy, bây giờ tất cả các cơ chế đã được gỡ lỗi hoàn toàn, chúng phù hợp với tôi và tôi sẵn sàng nói rằng tôi không muốn thay đổi bất cứ điều gì khác trong thiết kế này:

Tôi cảm thấy chán nản khi không thể mang lại điều gì mới mẻ về cơ bản cho dự án uArm. Khi tôi bắt đầu vẽ bản cuối cùng thì họ đã tung ra mô hình 3D trên GrabCad. Do đó, tôi chỉ đơn giản hóa phần vuốt một chút, chuẩn bị các tệp ở định dạng thuận tiện và sử dụng các thành phần tiêu chuẩn và rất đơn giản.

Các tính năng của người thao túng

1. Một hệ thống các thanh cho phép đặt các động cơ mạnh và nặng ở đế của bộ điều khiển, cũng như giữ kẹp song song hoặc vuông góc với đế
2. Một bộ linh kiện đơn giản, dễ mua hoặc cắt từ tấm mica
3. Vòng bi trong hầu hết các bộ phận của bộ điều khiển
4. Dễ dàng tập hợp. Đây hóa ra là một nhiệm vụ thực sự khó khăn. Đặc biệt khó khăn khi nghĩ đến quá trình lắp ráp phần đế
5. Vị trí cầm nắm có thể thay đổi 90 độ
6. Nguồn mở và tài liệu. Mọi thứ đều được chuẩn bị ở các định dạng có thể truy cập được. Mình sẽ cung cấp link tải mô hình 3D, file cắt, danh sách vật liệu, thiết bị điện tử và phần mềm
7. Tương thích với Arduino. Có rất nhiều lời gièm pha về Arduino, nhưng tôi tin rằng đây là cơ hội để mở rộng đối tượng. Các chuyên gia có thể dễ dàng viết phần mềm của họ bằng C - đây là bộ điều khiển thông thường của Atmel!

Cơ học

Họ tính phí cho tôi khoảng 10 đô la để cắt tất cả những phần này.

Chân đế được gắn trên một ổ đỡ lớn:

Đặc biệt khó khăn khi suy nghĩ về phần đế từ quan điểm của quá trình lắp ráp, nhưng tôi đã để mắt đến các kỹ sư của uArm. Các bập bênh ngồi trên một chốt có đường kính 6mm. Cần lưu ý rằng lực kéo khuỷu tay của tôi được giữ trên giá đỡ hình chữ U, trong khi lực kéo của uFactory được giữ trên giá đỡ hình chữ L. Thật khó để giải thích sự khác biệt là gì, nhưng tôi nghĩ tôi đã làm tốt hơn.

Tay cầm được lắp ráp riêng biệt. Nó có thể xoay quanh trục của nó. Bản thân càng nằm trực tiếp trên trục động cơ:

Cuối bài viết mình sẽ cung cấp link hướng dẫn lắp ráp siêu chi tiết bằng ảnh. Bạn có thể tự tin xoắn tất cả lại với nhau trong vài giờ nếu có sẵn mọi thứ mình cần. Tôi cũng đã chuẩn bị một mô hình 3D trong chương trình miễn phí SketchUp. Bạn có thể tải xuống, chơi và xem nó được lắp ráp như thế nào và như thế nào.

Thiết bị điện tử

Ở đây câu chuyện của tôi gắn bó chặt chẽ với các dự án trước đó. Cách đây một thời gian, tôi đã bắt đầu dạy lập trình Arduino và thậm chí còn chuẩn bị bo mạch tương thích với Arduino của riêng mình cho những mục đích này. Mặt khác, một ngày nọ, tôi có cơ hội làm ván với giá rẻ (điều mà tôi cũng đã viết). Cuối cùng, mọi chuyện kết thúc với việc tôi sử dụng bo mạch tương thích với Arduino của riêng mình và một tấm khiên chuyên dụng để điều khiển bộ điều khiển.

Chiếc khiên này thực ra rất đơn giản. Nó có bốn điện trở thay đổi, hai nút bấm, năm đầu nối servo và một đầu nối nguồn. Điều này rất thuận tiện từ quan điểm gỡ lỗi. Bạn có thể tải lên bản phác thảo thử nghiệm và ghi lại một số macro để kiểm soát hoặc những thứ tương tự. Mình cũng sẽ để link tải file board ở cuối bài, tuy nhiên nó được chuẩn bị sẵn để sản xuất với các lỗ kim loại nên ít dùng cho sản xuất tại nhà.

Lập trình

Chương trình đầu cuối của uArm cho phép bạn thay đổi năm thông số khi điều khiển chuột. Khi chuột di chuyển trên bề mặt, vị trí của bộ điều khiển trong mặt phẳng XY thay đổi. Xoay bánh xe sẽ thay đổi chiều cao. LMB/RMB - nén/giải nén móng vuốt. Nhân dân tệ + bánh xe - xoay tay cầm. Nó thực sự rất thuận tiện. Nếu muốn, bạn có thể viết bất kỳ phần mềm đầu cuối nào sẽ giao tiếp với người thao tác bằng cùng một giao thức.

Tôi sẽ không cung cấp bản phác thảo ở đây - bạn có thể tải chúng xuống ở cuối bài viết.

Video công việc

Liên kết

Trong số các tính năng của robot này trên nền tảng Arduino, người ta có thể lưu ý đến sự phức tạp trong thiết kế của nó. Cánh tay robot bao gồm nhiều đòn bẩy cho phép nó di chuyển dọc theo tất cả các trục, nắm bắt và di chuyển nhiều thứ khác nhau chỉ bằng 4 động cơ servo. Đã thu thập bằng chính đôi tay của tôi Với một con robot như vậy, bạn chắc chắn sẽ có thể gây bất ngờ cho bạn bè và những người thân yêu của mình về khả năng và vẻ ngoài dễ chịu của thiết bị này! Hãy nhớ rằng để lập trình, bạn luôn có thể sử dụng môi trường đồ họa RobotON Studio của chúng tôi!

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi hoặc ý kiến, chúng tôi luôn liên lạc! Tạo và đăng kết quả của bạn!

Đặc điểm:

Để lắp ráp một cánh tay robot bằng tay của chính bạn, bạn sẽ cần khá nhiều bộ phận. Phần chính được chiếm bởi các bộ phận in 3D, có khoảng 18 bộ phận (không cần thiết phải in slide), nếu bạn đã tải xuống và in mọi thứ bạn cần thì bạn sẽ cần bu lông, đai ốc và thiết bị điện tử:

• 5 bu lông M4 20mm, 1 x 40mm và đai ốc phù hợp có bảo vệ chống xoắn
• 6 bu lông M3 10 mm, 1 x 20 mm và đai ốc tương ứng
• Breadboard có dây kết nối hoặc tấm chắn
• Arduino Nano
• 4 động cơ servo SG 90

Sau khi lắp ráp vỏ, điều QUAN TRỌNG là đảm bảo rằng nó có thể di chuyển tự do. Nếu các bộ phận chính của Roboarm di chuyển khó khăn, động cơ servo có thể không chịu được tải. Khi lắp ráp các thiết bị điện tử, bạn phải nhớ rằng tốt hơn hết bạn nên kết nối mạch điện với nguồn điện sau khi đã kiểm tra kỹ các kết nối. Để tránh làm hỏng bộ truyền động servo SG 90, bạn không cần phải quay động cơ bằng tay trừ khi cần thiết. Nếu bạn cần phát triển SG 90, bạn cần di chuyển trơn tru trục động cơ theo các hướng khác nhau.

Đặc trưng:

• Lập trình đơn giản do có một số lượng nhỏ động cơ và cùng loại
• Sự hiện diện của vùng chết đối với một số servo
• Khả năng ứng dụng rộng rãi của robot trong đời sống hàng ngày
• Công việc kỹ thuật thú vị
• Sự cần thiết phải sử dụng máy in 3D

Dự án này là một nhiệm vụ mô-đun đa cấp. Giai đoạn đầu tiên của dự án là lắp ráp mô-đun cánh tay robot, được cung cấp dưới dạng một bộ các bộ phận. Giai đoạn thứ hai của nhiệm vụ sẽ là lắp ráp giao diện IBM PC, cũng từ một tập hợp các bộ phận. Cuối cùng, giai đoạn thứ ba của nhiệm vụ là tạo mô-đun điều khiển bằng giọng nói.

Cánh tay robot có thể được điều khiển thủ công bằng bảng điều khiển cầm tay đi kèm trong bộ sản phẩm. Cánh tay của robot cũng có thể được điều khiển thông qua giao diện PC IBM được lắp ráp theo bộ hoặc sử dụng mô-đun điều khiển bằng giọng nói. Bộ giao diện IBM PC cho phép bạn điều khiển và lập trình các hành động của robot thông qua máy tính làm việc IBM PC. Thiết bị điều khiển bằng giọng nói sẽ cho phép bạn điều khiển cánh tay robot bằng khẩu lệnh.

Tất cả các mô-đun này cùng nhau tạo thành một thiết bị chức năng cho phép bạn thử nghiệm và lập trình các chuỗi hành động tự động hoặc thậm chí đưa vào hoạt động một cánh tay robot được điều khiển hoàn toàn bằng dây.

Giao diện PC sẽ cho phép bạn, bằng cách sử dụng máy tính cá nhân, lập trình cánh tay thao tác cho một chuỗi hành động tự động hoặc “hồi sinh” nó. Ngoài ra còn có một tùy chọn trong đó bạn có thể điều khiển bàn tay một cách tương tác bằng bộ điều khiển cầm tay hoặc chương trình Windows 95/98. “Hoạt hình” của bàn tay là phần “giải trí” của chuỗi hành động tự động được lập trình. Ví dụ: nếu bạn đặt con rối đeo găng tay của trẻ em lên cánh tay robot và lập trình cho thiết bị thực hiện một màn trình diễn nhỏ, bạn sẽ lập trình cho con rối điện tử trở nên sống động. Lập trình hành động tự động được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và giải trí.

Robot được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp là cánh tay robot. Cánh tay robot là một công cụ cực kỳ linh hoạt, nếu chỉ vì đoạn cuối cùng của bộ điều khiển cánh tay có thể là công cụ thích hợp cần thiết cho nhiệm vụ cụ thể hoặc sản xuất. Ví dụ, một bộ định vị hàn có khớp nối có thể được sử dụng để hàn điểm, vòi phun có thể được sử dụng để sơn các bộ phận và cụm lắp ráp khác nhau, đồng thời dụng cụ kẹp có thể được sử dụng để kẹp và định vị các vật thể, chỉ kể tên một số vật thể.

Vì vậy, như chúng ta có thể thấy, cánh tay robot thực hiện nhiều chức năng hữu ích và có thể đóng vai trò là công cụ lý tưởng để nghiên cứu các quy trình khác nhau. Tuy nhiên, việc tạo ra một cánh tay robot từ đầu là một nhiệm vụ khó khăn. Việc lắp ráp một bàn tay từ các bộ phận của bộ dụng cụ làm sẵn sẽ dễ dàng hơn nhiều. OWI bán các bộ cánh tay robot khá tốt và bạn có thể mua từ nhiều nhà phân phối điện tử (xem danh sách các bộ phận ở cuối chương này). Sử dụng giao diện, bạn có thể kết nối cánh tay robot đã lắp ráp với cổng máy in trên máy tính đang làm việc của mình. Là một máy tính làm việc, bạn có thể sử dụng dòng PC IBM hoặc máy tương thích hỗ trợ DOS hoặc Windows 95/98.

Sau khi được kết nối với cổng máy in của máy tính, cánh tay robot có thể được điều khiển tương tác hoặc lập trình từ máy tính. Điều khiển bằng tay ở chế độ tương tác rất đơn giản. Để thực hiện việc này, chỉ cần nhấp vào một trong các phím chức năng để gửi lệnh cho robot thực hiện một chuyển động cụ thể. Nhấn phím thứ hai sẽ dừng lệnh.

Lập trình một chuỗi hành động tự động cũng không khó. Đầu tiên, nhấp vào phím Chương trình để vào chế độ chương trình. Trong bản mod này, chức năng của bàn tay giống hệt như mô tả ở trên, nhưng ngoài ra, mỗi chức năng và thời lượng của nó đều được ghi lại trong một tệp tập lệnh. Một tệp tập lệnh có thể chứa tới 99 chức năng khác nhau, bao gồm cả chức năng tạm dừng. Bản thân tập lệnh có thể được phát lại 99 lần. Việc ghi lại các tệp tập lệnh khác nhau cho phép bạn thử nghiệm chuỗi hành động tự động do máy tính điều khiển và “hồi sinh” bàn tay. Làm việc với chương trình trên Windows 95/98 được mô tả chi tiết hơn bên dưới. Chương trình Windows đi kèm với bộ giao diện cánh tay robot hoặc có thể tải xuống miễn phí từ Internet tại http://www.imagesco.com.

Ngoài ra chương trình Windows cánh tay có thể được điều khiển bằng BASIC hoặc QBASIC. Chương trình cấp độ DOS được chứa trên các đĩa mềm có trong bộ giao diện. Tuy nhiên, chương trình DOS chỉ cho phép điều khiển ở chế độ tương tác bằng bàn phím (xem bản in của chương trình BASIC trên một trong các đĩa mềm). Chương trình cấp độ DOS không cho phép bạn tạo các tệp tập lệnh. Tuy nhiên, nếu bạn có kinh nghiệm lập trình trong BASIC thì chuỗi chuyển động của cánh tay thao tác có thể được lập trình tương tự như hoạt động của tệp tập lệnh được sử dụng trong một chương trình trong Windows. Chuỗi chuyển động có thể được lặp lại, như được thực hiện ở nhiều robot "hoạt động".

Cánh tay thao tác (xem Hình 15.1) có ba bậc tự do chuyển động. Khớp khuỷu tay có thể di chuyển lên xuống theo phương thẳng đứng theo hình vòng cung khoảng 135°. "Khớp" vai di chuyển tay cầm qua lại theo hình vòng cung khoảng 120°. Cánh tay có thể xoay theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ trên đế của nó một góc khoảng 350°. Dụng cụ kẹp tay của robot có thể nắm và giữ các vật có đường kính lên tới 5 cm và xoay quanh khớp cổ tay khoảng 340°.

Cơm. 15.1. Sơ đồ động học chuyển động và quay của cánh tay robot

Huấn luyện viên cánh tay robot OWI đã sử dụng năm động cơ thu nhỏ để di chuyển cánh tay. dòng điện một chiều. Các động cơ cung cấp khả năng điều khiển cánh tay bằng dây dẫn. Điều khiển “có dây” này có nghĩa là mỗi chức năng chuyển động của robot (tức là hoạt động của động cơ tương ứng) được điều khiển bằng các dây riêng biệt (nguồn điện áp). Mỗi động cơ trong số năm động cơ DC điều khiển chuyển động của cánh tay khác nhau. Điều khiển bằng dây cho phép bạn tạo ra một bộ điều khiển cầm tay phản ứng trực tiếp với các tín hiệu điện. Điều này giúp đơn giản hóa việc thiết kế giao diện cánh tay robot kết nối với cổng máy in.

Tay cầm được làm bằng nhựa nhẹ. Hầu hết các bộ phận chịu tải chính cũng được làm bằng nhựa. Động cơ DC được sử dụng trong thiết kế cánh tay là loại động cơ thu nhỏ, tốc độ cao, mô-men xoắn thấp. Để tăng mô-men xoắn, mỗi động cơ được kết nối với hộp số. Các động cơ cùng với hộp số được lắp đặt bên trong cấu trúc cánh tay máy. Mặc dù hộp số tăng mô-men xoắn nhưng cánh tay của robot không thể nâng hoặc mang vật đủ nặng. Trọng lượng nâng tối đa được đề nghị là 130g.

Bộ dụng cụ chế tạo cánh tay robot và các bộ phận của nó được thể hiện trên Hình 15.2 và 15.3.

Cơm. 15.2. Bộ dụng cụ chế tạo cánh tay robot

Cơm. 15.3. Hộp số trước khi lắp ráp

Để hiểu cách điều khiển bằng dây hoạt động, chúng ta hãy xem cách tín hiệu số điều khiển hoạt động của một động cơ DC. Để điều khiển động cơ cần có hai bóng bán dẫn bổ sung. Một bóng bán dẫn có độ dẫn điện loại PNP, cái còn lại có độ dẫn điện loại NPN. Mỗi bóng bán dẫn hoạt động như một công tắc điện tử, điều khiển sự chuyển động của dòng điện chạy qua động cơ DC. Hướng của dòng điện được điều khiển bởi mỗi bóng bán dẫn là ngược nhau. Hướng của dòng điện xác định hướng quay của động cơ, theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ. Trong bộ lễ phục. Hình 15.4 cho thấy một mạch thử nghiệm mà bạn có thể lắp ráp trước khi tạo giao diện. Lưu ý rằng khi cả hai bóng bán dẫn đều tắt thì động cơ cũng tắt. Chỉ nên bật một bóng bán dẫn bất cứ lúc nào. Nếu tại một thời điểm nào đó cả hai bóng bán dẫn vô tình bật lên, điều này sẽ dẫn đến đoản mạch. Mỗi động cơ được điều khiển bởi hai bóng bán dẫn giao diện hoạt động theo cách tương tự.

Cơm. 15.4. Kiểm tra sơ đồ thiết bị

Sơ đồ giao diện PC được hiển thị trong Hình. 15,5. Bộ các bộ phận giao diện PC bao gồm một bảng mạch in, vị trí của các bộ phận trên đó được thể hiện trong Hình 2. 15.6.

Cơm. 15,5. Sơ đồ Giao diện máy tính

Cơm. 15.6. Bố trí các phần giao diện PC

Trước hết, bạn cần xác định mặt lắp của bảng mạch in. Ở phía lắp có các đường màu trắng được vẽ để biểu thị điện trở, bóng bán dẫn, điốt, IC và đầu nối DB25. Tất cả các bộ phận được lắp vào bảng từ phía lắp.

Lời khuyên chung: sau khi hàn bộ phận vào dây dẫn của bảng mạch in, cần loại bỏ các dây dẫn quá dài khỏi mặt in. Sẽ rất thuận tiện khi tuân theo một trình tự nhất định khi lắp đặt các bộ phận. Đầu tiên, lắp các điện trở 100 kOhm (các vòng có mã màu: nâu, đen, vàng, vàng hoặc bạc), được dán nhãn R1-R10. Tiếp theo, lắp 5 điốt D1-D5, đảm bảo rằng sọc đen trên điốt đối diện với đầu nối DB25, như được thể hiện bằng các đường màu trắng được đánh dấu trên mặt lắp của PCB. Tiếp theo, lắp điện trở 15k ohm (mã màu nâu, xanh lá cây, cam, vàng hoặc bạc) có nhãn R11 và R13. Ở vị trí R12, hàn đèn LED màu đỏ vào bảng. Cực dương LED tương ứng với lỗ dưới R12, được biểu thị bằng dấu +. Sau đó gắn ổ cắm 14 và 20 chân vào IC U1 và U2. Gắn và hàn đầu nối góc cạnh DB25. Đừng cố ép các chân đầu nối vào bo mạch; việc này đòi hỏi độ chính xác cực cao. Nếu cần, hãy lắc nhẹ đầu nối, cẩn thận không làm cong các chân chốt. Gắn công tắc trượt và bộ điều chỉnh điện áp 7805. Cắt bốn đoạn dây theo chiều dài cần thiết và hàn vào đầu công tắc. Thực hiện theo cách bố trí dây như trong hình. Lắp và hàn các bóng bán dẫn TIP 120 và TIP 125. Cuối cùng, hàn đầu nối đế 8 chân và cáp kết nối 75mm. Đế được gắn sao cho dây dẫn dài nhất hướng lên trên. Chèn hai IC - 74LS373 và 74LS164 - vào ổ cắm tương ứng. Đảm bảo rằng vị trí của phím IC trên nắp IC khớp với phím được đánh dấu bằng các đường trắng trên PCB. Bạn có thể nhận thấy rằng trên bo mạch còn chỗ trống cho các bộ phận bổ sung. Vị trí này dành cho bộ điều hợp mạng. Trong bộ lễ phục. Hình 15.7 hiển thị ảnh chụp giao diện hoàn thiện từ phía cài đặt.

Cơm. 15.7. Lắp ráp giao diện PC. Nhìn từ trên cao

Cánh tay robot có năm động cơ DC. Theo đó, chúng ta sẽ cần 10 bus đầu vào/đầu ra để điều khiển từng động cơ, bao gồm cả hướng quay. Cổng song song (máy in) của PC IBM và các máy tương thích chỉ chứa tám bus I/O. Để tăng số lượng bus điều khiển, giao diện cánh tay robot sử dụng IC 74LS164, đây là bộ chuyển đổi nối tiếp song song (SIPO). Bằng cách chỉ sử dụng hai bus cổng song song, D0 và D1, gửi mã nối tiếp tới IC, chúng ta có thể nhận được thêm tám bus I/O. Như đã đề cập, tám bus I/O có thể được tạo ra, nhưng giao diện này sử dụng năm bus trong số đó.

Khi một mã nối tiếp được đưa vào IC 74LS164, mã song song tương ứng sẽ xuất hiện ở đầu ra của IC. Nếu đầu ra của IC 74LS164 được kết nối trực tiếp với đầu vào của bóng bán dẫn điều khiển thì các chức năng riêng lẻ của cánh tay thao tác sẽ được bật và tắt kịp thời với việc gửi mã nối tiếp. Rõ ràng, tình huống này là không thể chấp nhận được. Để tránh điều này, một IC 74LS373 thứ hai đã được đưa vào mạch giao diện - một khóa điện tử tám kênh được điều khiển.

Bộ chuyển mạch tám kênh IC 74LS373 có tám bus đầu vào và tám bus đầu ra. Thông tin nhị phân có trên các bus đầu vào chỉ được truyền đến đầu ra tương ứng của IC nếu tín hiệu kích hoạt được cấp cho IC. Sau khi tắt tín hiệu kích hoạt, trạng thái hiện tại của các bus đầu ra sẽ được lưu (được ghi nhớ). Ở trạng thái này, các tín hiệu ở đầu vào của IC không ảnh hưởng đến trạng thái của các bus đầu ra.

Sau khi truyền gói thông tin nối tiếp tới IC 74LS164, tín hiệu kích hoạt được gửi đến IC 74LS373 từ chân D2 của cổng song song. Điều này cho phép bạn truyền thông tin đã có sẵn ở dạng mã song song từ đầu vào của IC 74LS174 tới các bus đầu ra của nó. Trạng thái của các bus đầu ra được điều khiển tương ứng bởi các bóng bán dẫn TIP 120, từ đó điều khiển các chức năng của cánh tay thao tác. Quá trình này được lặp lại với mỗi lệnh mới được đưa tới cánh tay thao tác. Bus cổng song song D3-D7 điều khiển trực tiếp bóng bán dẫn TIP 125.

Cánh tay robot được cung cấp năng lượng từ nguồn điện 6V bao gồm bốn tế bào D nằm ở chân đế của cấu trúc. Giao diện PC cũng được cấp nguồn bởi nguồn 6 V này. Nguồn điện là lưỡng cực và tạo ra ±3 V. Nguồn được cung cấp cho giao diện thông qua đầu nối Molex tám chân gắn vào đế của mái chèo.

Kết nối giao diện với cánh tay bằng cáp Molex tám dây 75mm. Cáp Molex gắn vào đầu nối nằm ở đế của cánh khuấy (xem Hình 15.8). Kiểm tra xem đầu nối đã được lắp đúng cách và an toàn chưa. Để kết nối bảng giao diện với máy tính, hãy sử dụng cáp DB25, dài 180 cm, đi kèm trong bộ sản phẩm. Một đầu cáp kết nối với cổng máy in. Đầu còn lại kết nối với đầu nối DB25 trên bảng giao diện.

Cơm. 15.8. Kết nối giao diện PC với cánh tay robot

Trong hầu hết các trường hợp, máy in thường được kết nối với cổng máy in. Để tránh rắc rối khi cắm và rút đầu nối mỗi khi bạn muốn sử dụng con trỏ, bạn nên mua khối chuyển đổi bus máy in A/B hai vị trí (DB25). Kết nối đầu nối giao diện con trỏ với đầu vào A và máy in với đầu vào B. Bây giờ bạn có thể sử dụng công tắc để kết nối máy tính với máy in hoặc giao diện.

Đưa đĩa mềm 3,5" có nhãn "Đĩa 1" vào ổ đĩa mềm và chạy chương trình cài đặt (setup.exe). Chương trình cài đặt sẽ tạo một thư mục có tên "Hình ảnh" trên ổ cứng của bạn và sao chép các tệp cần thiết vào thư mục này. Trong Bắt đầu Biểu tượng Hình ảnh sẽ xuất hiện trong menu. Để khởi động chương trình, hãy nhấp vào biểu tượng Hình ảnh trong menu bắt đầu.

Kết nối giao diện với cổng máy in của máy tính bằng cáp DB 25 dài 180 cm. Kết nối giao diện với đế của cánh tay robot. Giữ giao diện tắt cho đến một thời điểm nhất định. Nếu bạn bật giao diện vào lúc này, thông tin được lưu trong cổng máy in có thể gây ra chuyển động của cánh tay thao tác.

Nhấp đúp vào biểu tượng Hình ảnh trong menu bắt đầu để khởi chạy chương trình. Cửa sổ chương trình được hiển thị trong Hình. 15.9. Khi chương trình đang chạy, đèn LED màu đỏ trên bảng giao diện sẽ nhấp nháy. Ghi chú: Giao diện không cần phải bật nguồn để đèn LED bắt đầu nhấp nháy. Tốc độ nhấp nháy của đèn LED được xác định bởi tốc độ bộ xử lý của máy tính. Đèn LED nhấp nháy có thể trông rất mờ; Để nhận thấy điều này, bạn có thể phải giảm độ sáng trong phòng và khum tay để xem đèn LED. Nếu đèn LED không nhấp nháy thì chương trình có thể đang truy cập sai địa chỉ cổng (cổng LPT). Để chuyển giao diện sang địa chỉ cổng khác (cổng LPT), bạn vào hộp Printer Port Options nằm ở góc trên bên phải màn hình. Chọn một tùy chọn khác. Cài đặt đúngđịa chỉ cổng sẽ khiến đèn LED nhấp nháy.

Cơm. 15.9. Ảnh chụp màn hình chương trình giao diện PC cho Windows

Khi đèn LED nhấp nháy thì nhấn vào biểu tượng Puuse rồi mới bật giao diện lên. Nhấp vào phím chức năng tương ứng sẽ gây ra chuyển động phản ứng của cánh tay thao tác. Nhấp lại sẽ dừng chuyển động. Sử dụng các phím chức năng để điều khiển bàn tay của bạn được gọi là chế độ điều khiển tương tác.

Các tệp tập lệnh được sử dụng để lập trình các chuyển động và chuỗi hành động tự động của cánh tay thao tác. Tệp tập lệnh chứa danh sách các lệnh tạm thời điều khiển chuyển động của cánh tay thao tác. Tạo một tập tin script rất đơn giản. Để tạo một tập tin, bấm vào phím mềm chương trình. Thao tác này sẽ cho phép bạn thực hiện kiểu “lập trình” một tệp tập lệnh. Khi nhấn các phím chức năng, chúng ta sẽ điều khiển chuyển động của tay như đã thực hiện nhưng đồng thời thông tin lệnh sẽ được ghi vào bảng chữ màu vàng nằm ở góc dưới bên trái màn hình. Số bước, bắt đầu từ một, sẽ được biểu thị ở cột bên trái và đối với mỗi lệnh mới, nó sẽ tăng thêm một. Loại chuyển động (chức năng) được chỉ định ở cột giữa. Sau khi nhấp lại vào phím chức năng, quá trình thực hiện chuyển động sẽ dừng lại và giá trị thời gian thực hiện chuyển động từ đầu đến cuối xuất hiện ở cột thứ ba. Thời gian thực hiện chuyển động được biểu thị với độ chính xác đến một phần tư giây. Tiếp tục theo cách này, người dùng có thể lập trình tối đa 99 chuyển động vào tệp tập lệnh, bao gồm cả các khoảng dừng thời gian. Sau đó, tệp tập lệnh có thể được lưu và tải sau đó từ bất kỳ thư mục nào. Việc thực thi các lệnh tệp tập lệnh có thể được lặp lại theo chu kỳ lên đến 99 lần, do đó bạn cần nhập số lần lặp lại trong cửa sổ Lặp lại và nhấp vào Bắt đầu. Để hoàn tất việc ghi vào tệp tập lệnh, hãy bấm phím Tương tác. Lệnh này sẽ đưa máy tính trở lại chế độ tương tác.

Các tệp tập lệnh có thể được sử dụng để tự động hóa các hoạt động của máy tính hoặc làm cho các đối tượng trở nên sống động. Trong trường hợp “hoạt hình” của các vật thể, “bộ khung” cơ khí robot được điều khiển thường được bao phủ bởi một lớp vỏ bên ngoài và bản thân nó không thể nhìn thấy được. Bạn có nhớ con rối găng tay được mô tả ở đầu chương không? Lớp vỏ bên ngoài có thể ở dạng người (một phần hoặc toàn bộ), người ngoài hành tinh, động vật, thực vật, đá hoặc bất cứ thứ gì khác.

Nếu bạn muốn đạt được mức độ chuyên nghiệp trong việc thực hiện các hành động tự động hoặc “hồi sinh” các đối tượng, thì có thể nói, để duy trì thương hiệu, độ chính xác định vị khi thực hiện các chuyển động bất cứ lúc nào phải đạt 100%.

Tuy nhiên, bạn có thể nhận thấy rằng khi lặp lại chuỗi hành động được ghi trong tệp tập lệnh, vị trí của tay người thao tác (kiểu chuyển động) sẽ khác với vị trí ban đầu. Điều này xảy ra vì nhiều lý do. Khi pin cấp nguồn của cánh tay cạn kiệt, việc giảm điện năng cung cấp cho động cơ DC dẫn đến giảm mô-men xoắn và tốc độ quay của động cơ. Do đó, độ dài chuyển động của bộ điều khiển và chiều cao của tải nâng trong cùng một khoảng thời gian sẽ khác nhau đối với pin chết và pin “mới”. Nhưng đây không phải là lý do duy nhất. Ngay cả với nguồn điện ổn định, tốc độ trục động cơ sẽ thay đổi do không có bộ điều khiển tốc độ động cơ. Trong mỗi khoảng thời gian cố định, số vòng quay mỗi lần sẽ hơi khác nhau một chút. Điều này sẽ dẫn đến vị trí của cánh tay thao tác sẽ khác nhau mỗi lần. Trên hết, có một lượng hoạt động nhất định trong các bánh răng của hộp số, điều này cũng không được tính đến. Do tất cả các yếu tố này mà chúng ta đã thảo luận chi tiết ở đây, khi thực hiện một chu kỳ lặp lại các lệnh tệp tập lệnh, vị trí của tay thao tác sẽ hơi khác nhau mỗi lần.

Bạn có thể cải thiện hoạt động của thiết bị bằng cách thêm một mạch vào thiết bị nhận xét, theo dõi vị trí của cánh tay thao tác. Thông tin này có thể được nhập vào máy tính, cho phép xác định vị trí tuyệt đối của người thao tác. Với hệ thống phản hồi vị trí như vậy, có thể đặt vị trí của cánh tay thao tác về cùng một điểm khi bắt đầu thực hiện từng chuỗi lệnh được ghi trong tệp tập lệnh.

Có rất nhiều khả năng cho việc này. Một trong những phương pháp chính không cung cấp khả năng kiểm soát vị trí tại mỗi điểm. Thay vào đó, một bộ công tắc giới hạn được sử dụng tương ứng với vị trí "bắt đầu" ban đầu. Công tắc giới hạn chỉ xác định chính xác một vị trí - khi người thao tác đạt đến vị trí “bắt đầu”. Để làm được điều này, cần thiết lập một chuỗi các công tắc giới hạn (nút) sao cho chúng đóng lại khi người thao tác đạt đến vị trí cực trị theo hướng này hay hướng khác. Ví dụ, một công tắc giới hạn có thể được gắn trên đế của bộ điều khiển. Công tắc chỉ nên hoạt động khi cánh tay thao tác đạt đến vị trí cực đại khi quay theo chiều kim đồng hồ. Các công tắc giới hạn khác phải được lắp ở khớp vai và khuỷu tay. Chúng sẽ được kích hoạt khi khớp tương ứng được mở rộng hoàn toàn. Một công tắc khác được lắp trên tay và được kích hoạt khi xoay tay theo chiều kim đồng hồ. Công tắc giới hạn cuối cùng được lắp trên kẹp và đóng lại khi nó được mở hoàn toàn. Để đưa tay máy về vị trí ban đầu, mỗi chuyển động có thể có của tay máy được thực hiện theo hướng cần thiết để đóng công tắc giới hạn tương ứng cho đến khi công tắc này đóng lại. Khi đạt đến vị trí bắt đầu cho mỗi chuyển động, máy tính sẽ “biết” chính xác vị trí thực sự của cánh tay robot.

Sau khi đạt đến vị trí ban đầu, chúng ta có thể chạy lại chương trình được ghi trong tệp script, dựa trên giả định rằng lỗi định vị trong mỗi chu kỳ sẽ tích lũy đủ chậm để không dẫn đến sai lệch quá lớn về vị trí của người thao tác so với cái mong muốn. Sau khi thực thi tệp tập lệnh, bàn tay được đặt về vị trí ban đầu và chu trình của tệp tập lệnh được lặp lại.

Trong một số trình tự, chỉ biết vị trí ban đầu là không đủ, chẳng hạn như khi nâng một quả trứng mà không có nguy cơ làm vỡ vỏ của nó. Trong những trường hợp như vậy, cần có một hệ thống phản hồi vị trí phức tạp và chính xác hơn. Tín hiệu từ cảm biến có thể được xử lý bằng ADC. Các tín hiệu thu được có thể được sử dụng để xác định giá trị cho các tham số như vị trí, áp suất, tốc độ và mô-men xoắn. Ví dụ đơn giản sau đây có thể được sử dụng để minh họa điều này. Hãy tưởng tượng rằng bạn gắn một điện trở tuyến tính nhỏ có thể thay đổi vào cụm kẹp. Biến trở được lắp đặt sao cho chuyển động trượt qua lại của nó gắn liền với việc mở và đóng của kẹp. Như vậy, tùy theo mức độ mở của kẹp mà điện trở của biến trở thay đổi. Sau khi hiệu chuẩn, bằng cách đo điện trở dòng điện của biến trở, bạn có thể xác định chính xác góc mở của kẹp kẹp.

Việc tạo ra một hệ thống phản hồi như vậy sẽ tạo ra một mức độ phức tạp khác cho thiết bị và do đó, dẫn đến giá thành của nó tăng lên. Vì vậy nhiều hơn tùy chọn đơn giản là sự ra đời của hệ thống điều khiển thủ công để điều chỉnh vị trí và chuyển động của cánh tay thao tác trong quá trình thực hiện chương trình tập lệnh.

Khi bạn chắc chắn rằng giao diện đang hoạt động theo đúng cách, bạn có thể kết nối bộ điều khiển thủ công với nó bằng đầu nối phẳng 8 chân. Kiểm tra vị trí kết nối của đầu nối Molex 8 chân với đầu nối trên bảng giao diện, như trong Hình. 15.10. Cẩn thận cắm đầu nối cho đến khi nó được kết nối chắc chắn. Sau đó, cánh tay thao tác có thể được điều khiển từ điều khiển từ xa cầm tay bất cứ lúc nào. Việc giao diện có được kết nối với máy tính hay không không quan trọng.

Cơm. 15.10. Kết nối điều khiển bằng tay

Có một chương trình DOS cho phép bạn điều khiển hoạt động của cánh tay thao tác từ bàn phím máy tính ở chế độ tương tác. Danh sách các phím tương ứng để thực hiện một chức năng cụ thể được đưa ra trong bảng.

B điều khiển giọng nói Bàn tay thao tác sử dụng bộ nhận dạng giọng nói (SRS), được mô tả trong Chương. 7. Trong chương này, chúng ta sẽ tạo một giao diện kết nối URR với cánh tay thao tác. Giao diện này cũng được cung cấp dưới dạng một bộ bởi Images SI, Inc.

Sơ đồ giao diện cho URR được hiển thị trong Hình. 15.11. Giao diện sử dụng vi điều khiển 16F84. Chương trình dành cho vi điều khiển trông như thế này:

‘Chương trình giao diện URR

Ký hiệu CổngA = 5

Ký hiệu TRISA = 133

Ký hiệu CổngB = 6

Ký hiệu TRISB = 134

Nếu bit4 = 0 thì kích hoạt 'Nếu cho phép ghi vào trình kích hoạt, hãy đọc lược đồ

Bắt đầu ‘Lặp lại

tạm dừng 500 ‘Đợi 0,5 giây

Peek PortB, B0 ‘Đọc mã BCD

Nếu bit5 = 1 thì gửi ‘Mã đầu ra

bắt đầu ‘Lặp lại

xem qua PortA, b0 ‘Đọc cổng A

nếu bit4 = 1 thì 11 ‘Có phải số 11 không?

chọc PortB, b0 ‘Mã đầu ra

bắt đầu ‘Lặp lại

nếu bit0 = 0 thì mười

bắt đầu ‘Lặp lại

bắt đầu ‘Lặp lại

Cơm. 15.11. Sơ đồ bộ điều khiển URR cho cánh tay robot

Bản cập nhật chương trình cho 16F84 có thể được tải xuống miễn phí từ http://www.imagesco.com

Lập trình giao diện URR tương tự như quy trình lập trình URR từ bộ được mô tả trong Chương. 7. Đối với vận hành chính xác cánh tay thao tác, bạn phải lập trình các từ lệnh theo các con số tương ứng với chuyển động cụ thể của tay thao tác. Trong bảng Hình 15.1 trình bày các ví dụ về các từ lệnh điều khiển hoạt động của tay máy. Bạn có thể chọn từ lệnh theo sở thích của bạn.

(5) Bóng bán dẫn NPN TIP120

(5) Transistor PNP TIP 125

(1) Bộ chuyển đổi mã IC 74164

(1) IC 74LS373 tám phím

(1) Đèn LED màu đỏ

(5) Điốt 1N914

(1) Molex cái 8 chân

(1) Cáp Molex 8 lõi dài 75mm

(1) Công tắc DIP

(1) Đầu nối góc cạnh DB25

(1) Cáp DB 25 1,8 m có hai đầu nối loại M.

(1) Bảng mạch in

(3) Điện trở 15 kOhm, 0,25 W

Tất cả các bộ phận được liệt kê đều được bao gồm trong bộ sản phẩm.

(5) Transistor NPN TIP 120

(5) Transistor PNP TIP 125

(1) Cổng NOR IC 4011

(1) IC 4049 – 6 bộ đệm

(1) Bộ khuếch đại hoạt động IC 741

(1) Điện trở 5,6 kOhm, 0,25 W

(1) Điện trở 15 kOhm, 0,25 W

(1) Đầu cắm Molex 8 chân

(1) Cáp Molex 8 lõi, dài 75 mm

(10) Điện trở 100 kOhm, 0,25 W

(1) Điện trở 4,7 kOhm, 0,25 W

(1) IC ổn áp 7805

(1) IC vi điều khiển PIC 16F84

(1) Tinh thể 4,0 MHz

Bộ giao diện cánh tay thao tác

Bộ dụng cụ chế tạo cánh tay thao tác từ OWI

Giao diện nhận dạng giọng nói cho cánh tay robot

Bộ thiết bị nhận dạng giọng nói

Các bộ phận có thể được đặt hàng từ:

Hình ảnh, SI, Inc.