Brazo robótico UStepper 4: 5 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Esta es la cuarta iteración de mi brazo robótico, que he desarrollado como una aplicación para nuestra placa de control paso a paso uStepper. Dado que el robot tiene 3 motores paso a paso y un servo de actuación (en su configuración básica), no se limita a uStepper, sino que se puede utilizar con cualquier placa de controlador paso a paso.

El diseño se basa en un robot paletizador industrial y es relativamente sencillo. Dicho esto, he pasado innumerables horas ideando el diseño y optimizándolo tanto para facilitar el montaje como para facilitar la impresión de las piezas.

Hice el diseño teniendo en cuenta la facilidad de impresión y la simplicidad de montaje. No es que no haya forma de mejorar esos dos parámetros, pero creo que he avanzado mucho. Además, me gustaría llevar la robótica industrial a un nivel en el que los aficionados puedan seguirla mostrando que se puede hacer relativamente simple, ¡también las matemáticas para controlarla!

Siéntase libre de dejar un comentario con comentarios constructivos sobre el diseño, pero sobre todo sobre cómo lo hago para que sea accesible para todos (especialmente las matemáticas).

Paso 1: Piezas necesarias, impresión 3D y montaje

Básicamente, todo lo que necesita saber está en el manual de montaje. Hay una lista de materiales detallada con las piezas compradas e impresas y una instrucción de montaje detallada.

La impresión 3D se realiza en una impresora 3D de calidad razonable (FDM) con una altura de capa de 0,2 mm y un 30% de relleno. Puede encontrar la última versión de piezas e instrucciones aquí:

Paso 2: Cinemática

Para hacer que el brazo se mueva de una manera previsible, necesita hacer matemáticas: O He buscado en muchos lugares una descripción relativamente simple de la cinemática relacionada con este tipo de robot, pero no he encontrado uno que creo que esté encendido. un nivel en el que la mayoría de la gente podría entenderlo. He hecho mi propia versión de la cinemática basada únicamente en la trigonometría y no en las transformaciones matriciales que pueden parecer bastante aterradoras si nunca antes ha trabajado en esas cosas; sin embargo, son bastante simples para este robot en particular, ya que solo tiene 3 DOF.

No obstante, creo que mi enfoque en el documento adjunto está escrito de una manera relativamente fácil de entender. ¡Pero eche un vistazo y vea si tiene sentido para usted!

Paso 3: ¡Codificación de la cinemática

La cinemática puede ser difícil de comprender incluso con los cálculos que proporcioné en el primero. Entonces, aquí está, en primer lugar, una implementación de Octave: Octave es una herramienta gratuita con muchas de las mismas características que se encuentran en Matlab.

L1o = 40; Zo = -70; L_2 = 73,0; Au = 188,0; Al = 182,0; Lo = 47,0; BRAZO SUPERIOR = Au; BRAZO INFERIOR = Al; XOFFSET = Lo; ZOFFSET = L_2; AZOFFSET = Zo; AXOFFSET = L1o; disp ('Implementación de código') disp ('Ángulos de entrada:') rot = deg2rad (30); derecha = deg2rad (142,5); izquierda = deg2rad (50); rad2deg (rot) rad2deg (derecha) rad2deg (izquierda) T1 = rot; #base T2 = derecha; #hombro T3 = izquierda; #codo #FW cinemática para obtener XYZ desde los ángulos: disp ('Calculado X, Y, Z:') z = ZOFFSET + sin (derecha) * LOWERARMLEN - cos (izquierda - (pi / 2 - derecha)) * UPPERARMLEN + AZOFFSET k1 = sin (izquierda - (pi / 2 - derecha)) * UPPERARMLEN + cos (derecha) * LOWERARMLEN + XOFFSET + AXOFFSET; x = cos (rot) * k1 y = sin (rot) * k1 ## cinemática inversa para obtener ángulos de XYZ: rot = atan2 (y, x); x = x - cos (rot) * AXOFFSET; y = y - sin (rot) * AXOFFSET; z = z - AZOFFSET-ZOFFSET; L1 = raíz cuadrada (x * x + y * y) - XOFFSET; L2 = raíz cuadrada ((L1) * (L1) + (z) * (z)); a = (z) / L2; b = (L2 * L2 + BRAZO INFERIOR * BRAZO INFERIOR - BRAZO SUPERIOR * BRAZO SUPERIOR) / (2 * L2 * BRAZO INFERIOR); c = (BRAZO INFERIOR * BRAZO INFERIOR + BRAZO SUPERIOR * BRAZO SUPERIOR - L2 * L2) / (2 * BRAZO INFERIOR * BRAZO SUPERIOR); derecha = (atan2 (a, sqrt (1-a * a)) + atan2 (sqrt (1-b * b), b)); izquierda = atan2 (raíz cuadrada (1-c * c), c); ## Ángulos calculados de salida disp ('Ángulos de salida:') rot = rad2deg (rot) right = rad2deg (right) left = rad2deg (left)

Con el script anterior, básicamente tiene el código listo para la implementación para cinemática hacia adelante y hacia atrás.

Cinemática directa que usa para calcular dónde terminará con un conjunto dado de ángulos de motor. La cinemática inversa entonces (hará lo inverso) calculará qué ángulos de motor necesita para terminar en una posición x, y, z deseada. A continuación, se deben insertar restricciones en el movimiento del motor, como p. Ej. La base rotacional solo puede ir de 0 a 359 grados. De esta manera, se asegura de no ir a posiciones que no son factibles.

Paso 4: ¡Ejecutando la cosa

No estamos del todo ahí con la implementación de la biblioteca de cinemática, por lo que aún no puedo proporcionarla. Pero puedo mostrarte un video de cómo está funcionando. Es bastante estable y suave debido al uso de cojinetes y transmisión por correa, además de la calidad razonable de las transmisiones, que son las placas uStepper S.

Paso 5: Efectores finales adicionales

He diseñado 3 efectores finales adicionales. Una es simplemente una pinza horizontal, otra se adapta a una lata de cerveza o refresco europea normal y, por último, hay un sistema de pinza de vacío que le permite colocar una ventosa, una bomba y una válvula.

Todos estarán o estarán disponibles aquí (archivos 3D STL e instrucciones):