Как сделать беспроводную роботизированную руку с помощью Arduino

Эта схема манипулятора, которая также может быть реализована как роботизированный кран, работает с использованием 6 серводвигателей и может управляться через дистанционное управление микроконтроллером , используя канал связи 2,4 ГГц на базе Arduino.

Основные особенности

Когда вы создаете что-то столь же сложное, как роботизированная рука, оно должно выглядеть современно и включать множество дополнительных функций, а не просто игрушечные функции.

Предлагаемая полноценная конструкция относительно проста в изготовлении, но при этом обладает некоторыми расширенными функциями маневрирования, которыми можно точно управлять с помощью беспроводных или удаленных команд. Конструкция подходит даже для промышленного использования, если двигатели соответствующим образом модернизированы.

Основными особенностями этого механического крана, такого как роботизированная рука, являются:

• Плавно регулируемая «рука» по вертикальной оси 180 градусов.
• Плавно регулируемый «локоть» по вертикальной оси 180 градусов.
• Плавная регулировка «защемления пальцев» или захвата по вертикальной оси 90 градусов.
• Плавно регулируемая «рука» в горизонтальной плоскости на 180 градусов.
• Вся роботизированная система или стрела крана подвижна и маневренна, как автомобиль с дистанционным управлением .

Моделирование грубой работы

Некоторые из описанных выше функций можно просмотреть и понять с помощью следующего моделирования GIF:

Положения моторного механизма

Следующий рисунок дает нам четкое представление о различных положениях двигателя и связанных с ними зубчатых передачах, которые необходимо установить для реализации проекта:

В этом дизайне мы стараемся сделать все максимально простым, чтобы даже непрофессионал мог понять, что касается задействованных двигателей / зубчатых механизмов. и ничего не остается скрытым за сложными механизмами.

Работу или функцию каждого двигателя можно понять с помощью следующих пунктов:

1. Мотор №1 управляет «защемлением пальцев» или системой захвата робота. Подвижный элемент шарнирно соединен с валом двигателя для перемещения.
2. Двигатель №2 управляет коленчатым механизмом системы. Он сконфигурирован с простой системой передач от края до края для осуществления подъемного движения.
3. Двигатель №3 отвечает за подъем всей системы манипулятора в вертикальном направлении, поэтому этот двигатель должен быть более мощным, чем два вышеупомянутых. Этот двигатель также интегрирован с использованием шестеренчатого механизма для выполнения необходимых действий.
4. Двигатель №4 управляет всем механизмом крана в горизонтальной плоскости на 360 градусов, так что стрелка может захватывать или поднимать любой объект в пределах по часовой стрелке или против часовой стрелки радиальный диапазон.
5. Двигатели № 5 и 6 действуют как колеса платформы, на которой находится вся система. Этими двигателями можно управлять, легко перемещая систему из одного места в другое, а также это облегчает перемещение системы на восток / запад, север / юг, просто регулируя скорость левого / правого двигателей. Это просто делается путем уменьшения или остановки одного из двух двигателей, например, чтобы начать поворот вправо, двигатель правой стороны может быть остановлен или остановлен до тех пор, пока поворот не будет выполнен полностью или до желаемого угла. Точно так же для начала левого поворота проделайте то же самое с левым мотором.

Заднее колесо не имеет двигателя, оно прикреплено к шарниру, чтобы свободно перемещаться по его центральной оси и следовать маневрам переднего колеса.

Схема беспроводного приемника

Поскольку вся система предназначена для работы с дистанционным управлением, беспроводной приемник должен быть настроен с указанными выше двигателями. И это можно сделать с помощью следующей схемы на базе Arduino.

Как видите, к выходам Arduino подключено 6 серводвигателей, и каждый из них управляется с помощью сигналов дистанционного управления, захваченных подключенным датчиком NRF24L01.

Сигналы обрабатываются этим датчиком и подаются на Arduino, который передает обработку соответствующему двигателю для предполагаемых операций управления скоростью.

Эти сигналы отправляются от цепи передатчика, имеющей потенциометры. Регулировка на этом потенциометре регулирует уровни скорости на соответствующих двигателях, подключенных к описанной выше схеме приемника.

Теперь посмотрим, как выглядит схема передатчика:

Модуль передатчика

Конструкцию передатчика можно увидеть с 6-ю потенциометрами, прикрепленными к плате Arduino, а также с другим устройством связи 2,4 ГГц.

Каждый горшок запрограммирован на управление соответствующим двигателем связанный со схемой приемника. Поэтому, когда пользователь вращает вал выбранного потенциометра передатчика, соответствующий двигатель манипулятора робота начинает двигаться и выполнять действия в зависимости от его конкретного положения в системе.

Контроль перегрузки двигателя

Вы можете задаться вопросом, как двигатели ограничивают свое движение в пределах их диапазона перемещений, если в системе нет какого-либо ограничивающего устройства для предотвращения перегрузки двигателя, когда соответствующие перемещения механизма достигают конечных точек?

Это означает, например, что произойдет, если двигатель не остановится даже после того, как «захват» крепко удержит объект?

Самое простое решение - добавить отдельные текущие модули управления с каждым из двигателей, чтобы в таких ситуациях двигатель оставался включенным и заблокированным без сгорания или перегрузки.

Благодаря активному контролю тока двигатели не подвергаются перегрузкам или перегрузкам по току и продолжают работать в заданном безопасном диапазоне.

Полный программный код можно найти в этой статье