Открыть список
Как стать автором
Обновить
0
Рейтинг

Робот промоутер — Oscar. Манипулятор

Блог компании TODРобототехникаDIY или Сделай сам


Сегодня мы хотим рассказать об устройстве манипулятора промо-робота Oscar. Хотя изначально к манипулятору не были предъявлены жесткие индустриальные требования, тем не менее нашей целью было сделать практичное и эстетичное решение, при этом не очень дорогое и относительно несложное в изготовлении в домашних условиях.

Длина манипулятора от плеча до кончиков пальцев составляет 0.6 метров, вес — 2.25 кг. Материалы изготовления — PLA. Манипулятор условно можно разделить на 3 компонента:

  • Бионическая кисть
  • Запястье (2 степени свободы)
  • Локтевой и плечевой суставы (5 степеней свободы)

Связано это с тем, что каждый из компонентов имеет свое техническое решение.

Бионическая кисть


Для быстрого и легкого старта было решено взять за основу открытый проект Hackberry. Конструкцию кисти немного доработали под свои нужды.



Приводы управления пальцами располагаются в самой кисти. Всего их три штуки. Один — на большой палец, один — на указательный, и еще один — на все остальные.

При помощи такого хитроумного захвата робот может взять какой-то объемный предмет, например, бутылку минеральной воды, а также пожать руку человеку или схватить более мелкий/тонкий объект, зажав его между большим и указательным пальцем.

Запястье


Запястье имеет дифференциальный привод и управляется при помощи пары тяг. Один конец тяги крепится к основанию кисти, другой — к рычагу сервопривода. Таким образом, получается 2 степени свободы.


Для большей эстетики были спроектированы и распечатаны на 3D принтере мастер-модели для корпуса предплечья.



А методом вакуумной формовки был изготовлен корпус. Получилась вот такая антропоморфная рука.



По-моему выглядит симпатично.

Локтевой и плечевой суставы


Тут, на мой взгляд, начинается самое интересное. Чтобы добиться приемлемого поведения этих суставов, в отличии от весьма гладкого этапа разработки кисти с запястьем, нам пришлось изрядно повозиться как с механикой, так и с управлением.

Управление было решено реализовывать сервоприводами на базе обычных 37Dx70L ДПТ, которые у нас были в нужном количестве от предыдущих проектов.



В целом данные ДПТ нам понравились, но есть у них один недостаток, а именно уровень шума. В дальнейшем планируем заменить их на идентичные, но менее шумными.



Основу несущей конструкции суставов составляют распечатанные на 3D-принтере подшипники и профили. Подшипник состоит из четырех полужелобов, стянутых между собой попарно, и металлических шариков 4, 6 и 8 миллиметров.



Профили имеют пазы для соединения между собой, также используются дополнительные ребра жесткости. Все это счастье стягивается болтиками.



Первоначально в некоторых степенях вал двигателя крепили к подшипнику посредством муфты.



Но за неимением приводов с нужными скоростями и усилием мы переделали конструкцию на ременные редукторы.

Серва


К управлению «cервой» были предъявлены следующие требования:

  • Управление положением выходного вала
  • Регулировка скорости
  • Регулировка усилия (условие со звёздочкой)

Сперва поискали аналогичные проекты в интернете — не одни же мы такие «умные». Взяв за основу один из приглянувшихся проектов, мы были очень недовольны полученным результатом. Позиционирование вала привода оказалось весьма посредственное.

В итоге нас устроила только разработка своего кастомного решения. В данном вопросе очень помогла статья «Поддержание положения в сервоприводе: подчиненное регулирование vs шаговый режим», за что автору большое спасибо!

Общая схема управления получилась такой (схема взята из вышеупомянутой статьи):



В качестве датчика положения в нашей схеме используется магнитный энкодер as5045, а показания тока снимаются при помощи датчика GY-712 5А.

Первоначально для управления приводами использовался Arduino Mega, и хотя результат был удовлетворительным, мы в итоге перешли на более надежный и ламповый STM32F4.
Вот результат работы привода:



Добившись приемлемого результата в управлении выходным валом «сервы» без нагрузки, он был поставлен в плече манипулятора. И «внезапно» оказалось, что управлять приводом и манипулятором – разные вещи. Проблема заключалась в том, что манипулятор «колбасило» в целевых точках, присутствовал так называемый «дребезг сервы». Попробовали различные коэффициенты регуляторов, но все было тщетно.

Причиной же наших бед была пресловутая гравитация. В положении виса (когда рука опущена вертикально вниз) для отклонения на 10 градусов в плечевом суставе необходимы одни коэффициенты регуляторов, а для достижения такого же отклонения в горизонтальном положении, другие коэффициенты. Т.к. система не слишком динамичная, то для определения уровня влияния гравитации и впоследствии ее компенсации, мы воспользовались обычным трехосевым акселерометром, что и решило нашу проблему. Данное решение не претендует на панацею — просто это наш путь. Возможно среди читателей нашей статьи найдутся опытные электроприводчики которые смогут что-то посоветовать.

Вот видео теста одной из степеней плеча (как оказалось, самая сложная степень с точки зрения управления).



Ну и конечно же видео работы манипулятора целиком:



Напоследок


В целом реализацией первой версии манипулятора мы удовлетворены. Средняя погрешность всех «серв» колеблется в интервале 0,2 – 1 градус (не делать же нам этим манипулятором хирургические операции). Не очень понравился захват — слишком тяжелый (350 грамм). Скорее всего будем разрабатывать свой. В перспективе хотим повысить точность всех степеней, переделать механику запястья – поставить туда также нашу «кастомную» серву и сделать систему безопасности.

Что дальше?


Сейчас мы завершаем работу над головой Oscar-a, о которой расскажем в следующей статье.

Спасибо за внимание! Всем хорошего дня!

Теги:промо-роботманипуляторrobot armrobot oscar
Хабы: Блог компании TOD Робототехника DIY или Сделай сам
Всего голосов 19: ↑19 и ↓0 +19
Просмотры8.6K

Комментарии 26

Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

Похожие публикации

Лучшие публикации за сутки

Информация

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

Блог на Хабре