Открыть список
Как стать автором
Обновить
0
Рейтинг

Проектирование антропоморфного манипулятора c 7 степенями

Блог компании TODРобототехникаDIY или Сделай сам


Всем привет! Уже почти год ничего нового не публиковалось по поводу судьбы сервисного робота Tod Bot. Однако, все это время мы не сидели сложа руки, и сегодня можем рассказать о достигнутых успехах. Данный пост не претендует на рецепт проектирования, а только лишь описывает наш путь.

Занимаясь нашим проектом, мы дошли до задач захвата предметов манипулятором. На тот момент у нас уже были решены такие задачи, как распознавание предметов и управления манипулятором. Манипулятор был сделан из конструктора и использовал обычные сервоприводы, и его грузоподъёмность и возможность управления скоростью оставляли желать лучшего(контроллер, который мы использовали, не поддерживал динамическое управление скоростью сервоприводами). Тогда перед нами стал выбор: заказать новый контроллер и использовать то, что уже есть или же решить проблему кардинально и получить манипулятор, который бы нас устраивал по всем параметрам.

Приобретать манипулятор, который бы отвечал всем требованиям даже и не думали – бешеных денег стоит. Поэтому решили пойти самым тернистым, но и сам интересным путем — сконструировать свой собственный.
Первым делом был сформирован список основных характеристик:
  • Количество степеней: 7
  • Грузоподъемность/Рабочий вес: 2 – 3 кг
  • Длинна манипулятора: 90 см
  • Вес манипулятора: 6-8 кг

Почему именно такие характеристики? Ну, начнем с веса… Так как манипулятор планируется ставить на мобильную платформу, то его масса является существенным критерием и чем легче будет манипулятор, тем лучше.

С выбором длины манипулятора ориентировались на размер руки человека с небольшим запасом, т.к. практически все предметы быта находятся на расстоянии вытянутой руки.

Рабочий вес определялся исходя из некоторой статистики. В бытовом окружении, предметы, рассчитанные на поднятие одной рукой, по своей массе находятся в пределах до 1 кг. Самым тяжелым является чайник, масса которого может достигать 2 кг или около того.

Самым интересным было определиться с количеством степеней. Для успешного захвата предмета в пространстве достаточно минимум 4-х степеней свободы. Но так как мы уже успели освоить ПО для управления манипулятором с 6 – 7 степенями и очень хотелось опробовать его на деле, то решили собрать железку для него. Такое количество степеней позволяет выполнять более сложные и функциональные движения. Как говориться, больше — не меньше.



Далее мы принялись шерстить инет и, конечно же, начали с открытых проектов, но их… их, в общем-то, по пальцам рук можно пересчитать. Все что смогли найти по характеристикам нас не устроило, включая даже такие амбициозные проекты как Inmoov. Что подтолкнуло к окончательному решению разработать свой манипулятор.

Принципиальная схема


Принцип работы манипулятора во многом зависит от устройства используемого привода. В ходе поиска были выявлены следующие варианты (изначально не рассматривали инновационные технологии, типа нагревание рыболовной лески и прочее):
  1. Электроприводы
  2. Пневмоприводы/гидроприводы

С гидравликой и пневматикой связываться не особо хотелось, да и относительно дорогое удовольствие это (цилиндры, компрессоры и т.д.). По пути использования электропривода тоже есть варианты, а именно типы электроприводов:
  1. Сервоприводы
  2. Шаговые двигатели
  3. Двигатели постоянного тока

Использование сервоприводов отмели сразу, т.к. те, что более доступны не подходят для заявленных характеристик по грузоподъемности, а промышленные стоят слишком дорого. С шаговыми двигателями тоже не все так гладко — они достаточно массивные в сравнении с ДПТ. В итоге, было решено остановиться на последних.
Следующим шагом мы рассмотрели различные конструкции, использующие двигатели постоянного тока, и выделили следующие варианты:
  1. Приводы установлены непосредственно в узлах манипулятора (места изгиба или вращения сочленений)
  2. Приводы вынесены за пределы узла

В последнем случае крутящий момент от двигателя может передаваться несколькими вариантами:
  • Ременная передача
  • Посредством тросов
  • Посредством валов

При конструировании первым вариантом рассматривалось расположение приводов в узлах. После начала проектирования, когда были спроектированы первые 4 степени, стало понятно, что манипулятор не будет обладать требуемыми подъемными характеристиками. Масса манипулятора распределяется по всей его длине, а как известно из физики по закону рычага: чем дальше груз от точки приложения силы, тем больше этой самой силы нужно приложить.



Тогда было решено приводы вынести ближе к основанию с применением тросов, хотя был соблазн и вовсе их расположить в основании. Причем на этот раз использовалась система конических шестерен для пар степеней. Такой блок шестерен позволил распределить крутящий момент сразу между двумя степенями свободы.



Работа закипела: расчеты, чертежи, размышления… Спроектировав весь манипулятор, закралось сомнение… Удастся ли нивелировать погрешность растяжения тросов и обеспечить достаточную жесткость передачи крутящего момента?



И мы приступили к следующей итерации, которая была направленна на улучшения и исправление недостатков, так как в целом получившаяся конструкция нас устраивала. В основном изменению подвергся способ передачи крутящего момента, и, в конечном итоге, мы остановились на комбинированном варианте: жесткие валы и ременная передача.



Ну и конечно же общий вид манипулятора.



В следующей статье будет затронута электронная начинка и принципиальная схема нашего детища.
Теги:TODманипуляторразработкаробот
Хабы: Блог компании TOD Робототехника DIY или Сделай сам
Всего голосов 26: ↑25 и ↓1 +24
Просмотры14K

Похожие публикации

Лучшие публикации за сутки

Информация

Дата основания
Местоположение
Россия
Сайт
robottod.ru
Численность
2–10 человек
Дата регистрации

Блог на Хабре