Робот-манипулятор MeArm — карманная версия промышленного манипулятора. MeArm - простой в сборке и управлении робот, механическая рука. Манипулятор имеет четыре степени свободы, что позволяет легко захватывать и перемещать различные небольшие предметы.

Данный товар представлен в виде набора для сборки. Включает в себя следующие части:

набор деталей из прозрачного акрила для сборки механического манипулятора;
4 сервопривода;
плата управления, на которой расположен микроконтроллер Arduino Pro micro и графический дисплей Nokia 5110;
плата джойстиков, содержащая два двухкоординатных аналоговых джойстика;
USB кабель питания.

Перед сборкой механического манипулятора необходимо произвести калибровку сервоприводов. Для калибровки будем использовать контроллер Arduino. Подсоединяем сервоприводы к плате Arduino (необходим внешний источник питания 5-6В 2А).

Servo middle, left, right, claw ; // создание 4 объектов Servo

Void setup()
{
Serial.begin(9600);
middle.attach(11); // присоединяет серво на контакт 11 на вращение платформы
left.attach(10); // присоединяет серво на контакт 10 на левое плечо
right.attach(9); // присоединяет серво на контакт 11 на правое плечо
claw.attach(6); // присоединяет серво на контакт 6 claw (захват)
}

Void loop()
{
// устанавливает позицию сервопривода по величине(в градусах)
middle.write(90);
left.write(90);
right.write(90);
claw.write(25);
delay(300);
}
Используя маркер, сделайте линию через корпус серводвигателя и шпиндель. Подключите пластмассовую качалку из комплекта к сервоприводу, как показано ниже с помощью небольшого винта из комплекта креплений к сервоприводу. Мы будем использовать их в этом положении при сборке механической части MeArm. Будьте осторожны, чтобы не переместить положение шпинделя.

Теперь можно производить сборку механического манипулятора.
Возьмём основание и прикрепим ножки к её углам. Затем установим четыре 20 мм болта и накрутим на них гайки (половину от общей длины).

Теперь крепим центральный сервопривод двумя 8-мм болтами к маленькой пластине, и получившуюся конструкцию крепим к основанию с помощью 20 мм болтов.

Собираем левую секцию конструкции.

Собираем правую секцию конструкции.

Теперь необходимо соединить левую и правую секции. Сначала леую к переходной пластине

Потом правую, и получаем

Подсоединяем конструкцию к платформе

И собираем "клешню"

Крепим "клешню"

Для сборки можно использовать следующее руководство (на англ. языке) или руководство по сборке подобного манипулятора (на русском).

Схема расположения выводов

Теперь можно приступать к написанию Arduino кода. Для управления манипуляторм, наряду с возможностью управления управления с помощью джойстика, было бы неплохо направлять манипулятор в какую-то определенную точку декартовых координат (x, y, z). Есть соответствующая библиотека, которую можно скачать с github - https://github.com/mimeindustries/MeArm/tree/master/Code/Arduino/BobStonesArduinoCode .
Координаты измеряются в мм от центра вращения. Исходное положение находится в точке (0, 100, 50), то есть 100 мм вперед от основания и 50 мм от земли.
Пример использования библиотеки для установки манипулятора в определенной точке декартовых координат:

#include "meArm.h"
#include

Void setup() {
arm.begin(11, 10, 9, 6);
arm.openGripper();
}

Void loop() {
// вверх и влево
arm.gotoPoint(-80,100,140);
// захватить
arm.closeGripper();
// вниз, вред и вправо
arm.gotoPoint(70,200,10);
// отпустить захват
arm.openGripper();
// вернуться вт начальную точку
arm.gotoPoint(0,100,50);
}

Методы класса meArm:

void begin (int pinBase , int pinShoulder , int pinElbow , int pinGripper ) - запуск meArm, указываются пины подключения для сервоприводов middle, left, right, claw. Необходимо вызвать в setup();
void openGripper () - открыть захват;
void closeGripper () - захватить;
void gotoPoint (float x , float y , float z ) - переместить манипулятор в позицию декартовых координат (x, y, z);
float getX () - текущая координата X;
float getY () - текущая координата Y;
float getZ () - текущая координата Z.

Руководство по сборке (англ.)

Доброго дня, мозгочины ! Век технологий подарил нам много интересных приборов, которые можно и нужно дорабатывать своими руками , например как в этом мозгоруководстве о беспроводном управлении роботизированной рукой.

Существует несколько вариантов управления промышленной робо-рукой, но этот мозго-мастер-класс отличается своим подходом. Суть его в том, чтобы сделать беспроводную самоделку манипулирующую робо-рукой жестами с помощью перчатки с контроллером. Звучит амбициозно и просто, а что на деле?
На деле поделка выглядит так:

Перчатка снабжена сенсорами для управления светодиодом и 5-ю моторами
передатчик на Arduino принимает сигналы сенсоров, а затем в виде команд управления по беспроводной связи отправляет их на приемник контроллера робо-руки
приемник контроллера на основе Arduino Uno получает команды и соответственно управляет робо-рукой

Особенности:

Поддержка все 5 степеней свободы (DOF) и подсветки
наличие экстренной красной кнопки которая при необходимости отключает все двигатели робо-руки во избежание поломок и повреждений
портативный модульный дизайн

Шаг 1: Компоненты

Для перчатки:

Шаг 2: Предварительная сборка

Перед основной сборкой мозгоподелки я настоятельно рекомендую собрать прототип с помощью макетной платы, чтобы проверить функционирование каждого компонента самоделки .

Сам проект содержит два сложных момента: первый — это настроить два приемника-передатчика nRF24 друг на друга для слаженного взаимодействия. Получается, что ни Nano, ни Uno не обеспечивают стабильные 3.3В для четкой работы модулей. Это решается добавлением конденсаторов 47мФ на выводы питания обоих модулей nRF24. В принципе желательно перед использованием модулей nRF24 ознакомится с их функционированием в IRQ и не-IRQ режимах, да и другими нюансами. И помогут в этом следующие ресурсы. nRF24. и nRF24 lib

И второй — довольно быстро заполняются контакты Uno, но это не удивительно ведь нужно контролировать 5-ь двигателей, подсветку, две кнопки и модуль связи. Поэтому пришлось задействовать сдвиговый регистр. Основываясь на том, что модули nRF24 используют SPI интерфейс, я решил для программирования сдвигового регистра также использовать SPI вместо функции shiftout(). И на удивление набросок кода заработал с первого раза. Вы можете проверить это по назначению контактов и рисункам.

И пусть макетная плата и перемычки станут вашими мозгодрузьями 🙂

Шаг 3: Перчатки

OWI Робо-рука имеет 6 пунктов для управления:

Светодиод подсветки расположенный Захвате
Захват
Запястье
Локоть — это часть манипулятора соединенная с Запястьем
Плечо – часть манипулятора, прикрепленная к Основе
Основа

Перчатка-поделка управляет всеми этими 6-ю пунктами, то есть подсветкой и движениями манипулятора с 5 степенями свободы. Для этого на перчатке установлен сенсор, обозначенный на фото, с помощью которого и происходит управление:

Захват контролируется кнопками на среднем пальце и мизинце, то есть при сведении вместе указательного пальца и среднего захват закрывается, а при сведении мизинца и безымянного открывается.
Запястье управляется гибким сенсором на указательном пальце — сгибание пальца на половину заставляет запястье опускаться, а полное сгибание пальца подниматься.
Локоть управляется акселерометром – наклон ладони вверх или вниз заставляет локоть подниматься или опускаться соответственно.
Плечо так же контролируется акселерометром – поворот ладони вправо или влево заставляет плечо перемещаться вверх или вниз соответственно.
Основа тоже управляется акселерометром – наклон всей ладони (лицевой стороной вверх) вправо или влево заставляет поворачиваться основу в правую или левую стороны соответственно.
Подсветка включается/отключается одновременным нажатием обеих кнопок управляющих захватом.
При этом кнопки срабатывают при удержании в 1/4 секунды, чтобы избежать отклика при случайном касании.

Во время размещения компонентов самоделки на перчатке придется поработать ниткой с иголкой, а именно пришить 2 кнопки, гибкий резистор, модуль с гироскопом и акселерометром, ну и провода, идущие от всего перечисленного к штекерному мозгоразъему .

На плате со штекерным разъемом смонтированы два светодиода: зеленый – индикатор питания, а желтый – индикатор передачи данных на контроллер манипулятора.

Шаг 4: Блок передатчика

Блок передатчика состоит из Arduino Nano, модуля беспроводной связи nRF24, штекерного разъема для ленточного кабеля и трех резисторов: два согласующих резистора по 10кОм для кнопок управления захватом на перчатке и делитель напряжения 20кОм для гибкого сенсора, отвечающего за управление запястьем.

Вся электронные компоненты спаяны на монтажной плате, при этом обратите внимание как модуль nRF24 «висит» над Nano. Я думал, что такое мозгоположение будет вызывать помехи, но нет, все нормально работает.

9В-я батарейка придает браслету громоздкости, но я не хотел «возиться» с литиевым аккумулятором, может быть позже.

Внимание!! Перед пайкой ознакомьтесь с распиновкой контактов!

Шаг 5: Контроллер манипулятора

Основа контроллера робо-руки — Arduino Uno, получающий посредством модулей беспроводной связи nRF24 сигналы от перчатки, и на их основе затем с помощью микросхем 3 L293D управляющий OWI манипулятором.

Так как почти все контакты Uno были задействованы, то мозгопровода, идущие к ним, едва умещаются в корпусе контроллера!

Согласно концепции мозгоподелки , в начале контроллер находится в выключенном состоянии (как если нажата экстренная красная кнопка), это дает возможность надеть перчатку и подготовиться к управлению. Когда оператор готов, нажимается зеленая кнопка и устанавливается связь между перчаткой и контроллером манипулятора (начинают светиться желтый светодиод на перчатке и красный на контроллере).

Подключение OWI

Робо-рука и контроллер соединяются ленточным кабелем с 14 дорожками, см. рисунок.

Светодиоды припаиваются к заземлению (-) и контакту а0 Arduino через резистор 220 Ом.
Все провода от двигателей подсоединяются к микросхеме L293D к выводам 3/6 или 11/14 (+/- соответственно). Каждая L293D поддерживает два двигателя, следовательно, две пары контактов.
Провода питания OWI расположены по краям 7-контактного штекера (левая крайний +6В и правый крайний GND) на задней желтой крышке, см. фото. Эта пара подсоединена к контакту 8 (+) и контактам 4,5,12,13 (GND) на всех трех микросхемах L293D.

Внимание!! Обязательно ознакомьтесь с распиновкой контактов в следующем шаге!

Шаг 6: Назначение контактов (распиновка)

5В — 5В для платы акселерометра, кнопок и гибкого сенсора
а0 – вход гибкого сенсора
а1 – желтый светодиод
а4 – SDA к акселерометру
а5 – SCL к акселерометру
d02 – прерывающий контакт модуля nRF24L01 (контакт 8)
d03 – вход кнопки открытия захвата
d04 – вход кнопки сжатия захвата
d09 — SPI CSN к модулю NRF24L01 (контакт 4)
d10 — SPI CS к модулю NRF24L01 (контакт 3)
d11 — SPI MOSI к модулю NRF24L01 (контакт 6)

d13 — SPI SCK к модулюNRF24L01 (контакт 5)
Vin – «+9В»
GND – масса, заземление

3,3V — 3,3В для модуля NRF24L01 (контакт 2)
5V — 5В к кнопкам
Vin – «+9В»
GND – масса, заземление
а0 – «+» светодиода на запястье
а1 — SPI SS контакт для выбора сдвига регистра – к контакту 12 на сдвиговом регистре
а2 – вход красной кнопки
а3 – вход зеленой кнопки
а4 – движение основы вправо — контакт 15 на L293D
а5 – светодиод
d02 — IRQ вход модуля nRF24L01 (контакт 8)
d03 – включение двигателя основы — контакт 1 или 9 на L293D
d04 – движение основы влево — контакт 10 на соответствующей L293D
d05 – включение двигателя плеча — контакт 1 или 9 на L293D
d06 — включение двигателя локтя — контакт 1 или 9 на L293D
D07 — SPI CSN к модулю NRF24L01 (контакт 4)
d08 — SPI CS к модулю NRF24L01 (вывод 3)
d09 – включение двигателя запястья — контакт 1 или 9 на L293D
d10 – включение двигателя захвата — контакт 1 или 9 на L293D
d11 — SPI MOSI к модулю NRF24L01 (контакт 6) и контакт 14 на сдвиговом регистре
d12 — SPI MISO к модулю NRF24L01 (контакт 7)
d13 — SPI SCK к модулю NRF24L01 (контакт 5) и контакт 11 на сдвиговом регистре

Шаг 7: Связь

Перчатка самоделки посылает 2 байта данных в контроллер манипулятора 10 раз в секунду, или когда получен сигнал от одного из сенсоров. Этих 2 байтов достаточно для 6 пунктов контроля, потому что нужно всего лишь послать:

Включить/выключить подсветку (1 бит) — я на самом деле использую 2 бита совместно с двигателями, но достаточно одного.
выключить/ вправо / влево для всех 5 двигателей – по 2 бита на каждый, то есть всего 10 бит

Получается что 11 или 12 бит достаточно.

Кодировка направлений:
Выкл: 00
Вправо: 01
Влево: 10

По битам управляющий сигнал выглядит так:

Байт 1 может быть удобно направлен непосредственно в регистр сдвига, так как это контроль вправо/влево двигателей с 1 по 4.

Задержка в 2 секунды выключает связь, и тогда двигатели останавливаются как будто нажата красная кнопка.

Шаг 8: Код

Код для перчаток содержит участки из следующих библиотек:

Добавлены еще два байта в структуре связи для отправки запрошенной скорости двигателей Запястья, Локтя, Плеча и Основы, которая определяется 5-битным значением (0..31) пропорционально угловому положению перчатки. Контроллер манипулятора распределяет полученное значение (0..31) на ШИМ значения соответственно для каждого мозгодвигателя . Это обеспечивает согласованное управление скорости оператора, и более точное манипулирование робо-рукой.

Новый набор жестов поделки :

Подсветка: Кнопка на среднем пальце – Включение, на мизинце — Выключение.
Гибкий сенсор управляет Захватом – полусогнутый палец – Открыть, полностью согнутый – Закрыть.
Запястье контролируется отклонением ладони относительно горизонтали Вверх и Вниз соответственно движению, и чем больше отклонение, тем больше скорость.
Локоть управляется отклонением ладони относительно горизонтали Вправо и Влево соответственно. Чем больше отклонение, тем больше скорость.
Плечо контролируется вращением ладони Вправо и Влево относительно вытянутой ладони лицевой стороной вверх. Вращение ладони относительно оси локтя, вызывает помахивание робо-рукой.
Основа контролируется также как и Плечо, но с положением ладони лицевой стороной вниз.

Шаг 9: Что же еще можно доработать?

Как и многие подобные системы данная мозгоподелка может быть перепрограммирована, чтобы увеличить свои функциональные возможности. К тому же конструкция самоделки расширяет спектр вариантов контроля, не доступных для стандартного пульта управления:

Градиентное увеличение скорости: каждое движение двигателя начинается на минимальной скорости, которая затем постепенно увеличивается с каждой секундой, пока не достигнет необходимого максимума. Это позволит более точно управлять каждым двигателем, особенно двигателями Захвата и Запястья.
Более быстрое торможение: при получении команды остановки от контроллера двигатель еще меняет свое положение в течение примерно 50мс, поэтому «ломка» движения обеспечит более четкое управление.
А что еще?

Возможно, в дальнейшем и более сложные жесты можно будет применить для управления, или даже несколько жестов одновременно.

Но это в будущем, а сейчас удачи в вашем творчестве и надеюсь мое мозгоруководство было вам полезно!

DIY или Сделай сам ,

Электроника для начинающих

Привет, гиктаймс!

Проект uArm от uFactory собрал средства на кикстартере уже больше двух лет назад. Они с самого начала говорили, что это будет открытый проект, но сразу после окончания компании они не торопились выкладывать исходники. Я хотел просто порезать оргстекло по их чертежам и все, но так как исходников не было и в обозримом будущем не предвиделось, то я принялся повторять конструкцию по фотографиям.

Сейчас моя робо-рука выглядит так:

Работая не спеша за два года я успел сделать четыре версии и получил достаточно много опыта. Описание, историю проекта и все файлы проекта вы сможете найти под катом.

Пробы и ошибки

Начиная работать над чертежами, я хотел не просто повторить uArm, а улучшить его. Мне казалось, что в моих условиях вполне можно обойтись без подшипников. Так же мне не нравилось то, что электроника вращается вместе со всем манипулятором и хотелось упростить конструкцию нижней части шарнира. Плюс я начал рисовать его сразу немного меньше.

С такими входными параметрами я нарисовал первую версию. К сожалению, у меня не сохранилось фотографий той версии манипулятора (который был выполнен в желтом цвете). Ошибки в ней были просто эпичнейшие. Во-первых, ее было почти невозможно собрать. Как правило, механика которую я рисовал до манипулятора, была достаточно простая, и мне не приходилось задумываться о процессе сборки. Но все-таки я его собрал и попробовал запустить, И рука почти не двигалась! Все детли крутились вокруг винтов и, сли я затягивал их так, чтобы было меньше люфтов, она не могла двигаться. Если ослаблял так, чтобы она могла двигаться, появлялись невероятные люфты. В итоге концепт не прожил и трех дней. И приступил к работе над второй версией манипулятора.

Красный был уже вполне пригоден к работе. Он нормально собирался и со смазкой мог двигаться. На нем я смог протестировать софт, но все-таки отсутствие подшипников и большие потери на разных тягах делали его очень слабым.

Затем я забросил работу над проектом на какое-то время, но вскоре принял решении довести его до ума. Я решил использовать более мощные и популярные сервоприводы, увеличить размер и добавить подшипники. Причем я решил, что не буду пытаться сделать сразу все идеально. Я набросал чертежи на скорую руки, не вычерчивая красивых сопряжений и заказал резку из прозрачного оргстекла. На получившемся манипуляторе я смог отладить процесс сборки, выявил места, нуждающиеся в дополнительном укреплении, и научился использовать подшипники.

После того, как я вдоволь наигрался с прозрачным манипулятором, я засел за чертежи финальной белой версии. Итак, сейчас вся механика полностью отлажена, устраивает меня и готов заявить, что больше ничего не хочу менять в этой конструкции:

Меня удручает то, что я не смог привнести ничего принципиально нового в проект uArm. К тому времени, как я начал рисовать финальную версию, они уже выкатили 3D-модели на GrabCad. В итоге я только немного упростил клешню, подготовил файлы в удобном формате и применил очень простые и стандартные комплектующие.

Особенности манипулятора

До появления uArm, настольные манипуляторы подобного класса выглядели достаточно уныло. У них либо не было электроники вообще, либо было какое-нибудь управление с резисторами, либо было свое проприетарное ПО. Во-вторых, они как правило не имели системы параллельных шарниров и сам захват менял свое положение в процессе работы. Если собрать все достоинства моего манипулятора, то получается достаточно длинный список:

Система тяг, позволяющих разместить мощные я тяжелые двигатели в основании манипулятора, а также удерживающие захват параллельно или перпендикулярно основанию
Простой набор комплектующих, которые легко купить или вырезать из оргстекла
Подшипники почти во всех узлах манипулятора
Простота сборки. Это оказалось действительно сложной задачей. Особенно трудно было продумать процесс сборки основания
Положение захвата можно менять на 90 градусов
Открытые исходники и документация. Все подготовлено в доступных форматах. Я дам ссылки для скачивания на 3D-модели, файлы для резки, список материалов, электронику и софт
Arduino-совместимость. Есть много противников Arduino, но я считаю, что это возможность расширения аудитории. Профессионалы вполне могут написать свой софт на C - это же обычный контроллер от Atmel!

Механика

Для сборки необходимо вырезать детали из оргстекла толщиной 5мм:

С меня за резку всех этих деталей взяли около $10.

Основание монтируется на большом подшипнике:

Особенно трудно было продумать основание с точки зрения процесса сборки, но я подглядывал за инженерами из uArm. Качалки сидят на штифте диаметром 6мм. Надо отметить, что тяга локтя у меня держится на П-образном держателе, а у uFactory на Г-образном. Трудно объяснить в чем разница, но я считаю у меня получилось лучше.

Захват собирается отдельно. Он может поворачиваться вокруг своей оси. Сама клешня сидит прямо на валу двигателя:

В конце статьи я дам ссылку на суперподробную инструкцию по сборке в фотографиях. За пару часов можно уверенно все это скрутить, если все необходимое есть под рукой. Также я подготовил 3D-модель в бесплатной программе SketchUp. Её можно скачать, покрутить и посмотреть что и как собрано.

Электроника

Чтобы заставить руку работать достаточно всего навсего подключить пять сервоприводов к Arduino и подать на них питание с хорошего источника. У uArm использованы какие-то двигатели с обратной связью. Я поставил три обычных двигателя MG995 и два маленьких двигателя с металлическим редуктором для управления захватом.

Тут мое повествование тесно сплетается с предыдущими проектами. С некоторых пор я начал и для этих целей даже подготовил свою Arduino-совместимую плату . С другой стороны как-то раз мне подвернулась возможность дешево изготовить платы (о чем я тоже ). В итоге все это закончилось тем, что я использовал для управления манипулятором свою собственную Arduino-совместимую плату и специализированный шилд.

Этот шилд на самом деле очень простой. На нем четыре переменных резистора, две кнопки, пять разъемов для сервопривода и разъем питания. Это очень удобно с точки зрения отладки. Можно загрузить тестовый скетч и записать какой-нибудь макрос для управления или что-нибудь вроде того. Ссылку для скачивания файла платы я тоже дам в конце статьи, но она подготовлена для изготовления с металлизацией отверстий, так что мало пригодна для домашнего производства.

Программирование

Самое интересное, это управление манипулятором с компьютера. У uArm есть удобное приложение для управления манипулятором и протокол для работы с ним. Компьютер отправляет в COM-порт 11 байт. Первый из них всегда 0xFF, второй 0xAA и некоторые из оставшихся - сигналы для сервоприводов. Далее эти данные нормализуются и отдаются на отработку двигателям. У меня сервоприводы подключены к цифровым входам/выходам 9-12, но это легко можно поменять.

Терминальная программа от uArm позволяет изменять пять параметров при управлении мышью. При движении мыши по поверхности изменяется положение манипулятора в плоскости XY. Вращение колесика - изменение высоты. ЛКМ/ПКМ - сжать/разжать клешню. ПКМ + колесико - поворот захвата. На самом деле очень удобно. При желании можно написать любой терминальный софт, который будет общаться с манипулятором по такому же протоколу.

Я не буду здесь приводить скетчи - скачать их можно будет в конце статьи.

Видео работы

И, наконец, само видео работы манипулятора. На нем показано управление мышью, резисторами и по заранее записанной программе.

Ссылки

Файлы для резки оргстекла, 3D-модели, список для покупки, чертежи платы и софт можно скачать в конце моей

Сначала будут затронуты общие вопросы, потом технические характеристики результата, детали, а под конец и сам процесс сборки.

В целом и общем

Создание данного устройства в целом не должно вызвать каких-то сложностей. Необходимо будет качественно продумать только возможности что будет довольно сложно осуществить с физической точки зрения, чтобы рука-манипулятор выполняла поставленные перед ней задачи.

Технические характеристики результата

Будет рассматриваться образец с параметрами длины/высоты/ширины соответственно 228/380/160 миллиметров. Вес сделанной, будет составлять примерно 1 килограмм. Для управления используется проводной дистанционный пульт. Ориентировочное время сборки при наличии опыта - около 6-8 часов. Если его нет, то могут уйти дни, недели, а при попустительстве и месяцы, чтобы была собрана рука-манипулятор. Своими руками и одному в таких случаях стоит делать разве что для своего собственного интереса. Для движения составляющих используются коллекторные моторы. Приложив достаточно усилий, можно сделать прибор, который будет поворачиваться на 360 градусов. Также для удобства работы, кроме стандартного инструментария вроде паяльника и припоя, необходимо запастись:

Удлинёнными плоскогубцами.
Боковыми кусачками.
Крестовой отверткой.
4-мя батарейками типа D.

Пульт дистанционного управления можно реализовать, используя кнопки и микроконтроллер. При желании сделать дистанционное беспроводное управление элемент контроля действий понадобится и в руке-манипуляторе. В качестве дополнений необходимы будут только устройства (конденсаторы, резисторы, транзисторы), которые позволят стабилизировать схему и передавать по ней в нужные моменты времени ток необходимой величины.

Мелкие детали

Для регуляции количества оборотов можно использовать переходные колесики. Они позволят сделать движение руки-манипулятора плавными.

Также необходимо позаботится о том, чтобы провода не усложняли её движения. Оптимальным будет проложить их внутри конструкции. Можно сделать всё и извне, такой подход сэкономит время, но потенциально может привести к сложностям в перемещении отдельных узлов или всего устройства. А теперь: как сделать манипулятор?

Сборка в общих чертах

Теперь приступаем непосредственно к созданию руки-манипулятора. Начинаем с основания. Необходимо обеспечить возможность поворота устройства во все стороны. Хорошим решением будет его размещение на дисковой платформе, которая приводится во вращение с помощью одного мотора. Чтобы она могла вращаться в обе стороны, существует два варианта:

Установка двух двигателей. Каждый из них будет отвечать за поворот в конкретную сторону. Когда один работает, второй пребывает в состоянии покоя.
Установка одного двигателя со схемой, которая сможет заставить его крутится в обе стороны.

Какой из предложенных вариантов выбрать, зависит исключительно от вас. Далее делается основная конструкция. Для комфорта работы необходимо два «сустава». Прикреплённый к платформе должен уметь наклоняться в разные стороны, что решается с помощью двигателей, размещённых в его основании. Ещё один или пару следует разместить в месте локтевого изгиба, чтобы часть захвата можно было перемещать по горизонтальной и вертикальной линии системы координат. Далее, при желании получить максимальные возможности, можно установить ещё двигатель в месте запястья. Далее наиболее необходимое, без чего не представляется рука-манипулятор. Своими руками предстоит сделать само устройство захвата. Тут существует множество вариантов реализации. Можно дать наводку по двум самым популярным:

Используется только два пальца, которые одновременно сжимают и разжимают объект захвата. Является самой простой реализацией, которая, правда, обычно не может похвастаться значительной грузоподъёмностью.
Создаётся прототип человеческой руки. Тут для всех пальцев может использоваться один двигатель, с помощью которого будет осуществляться сгиб/разгиб. Но можно сделать и конструкцию сложней. Так, можно к каждому пальцу подсоединить по двигателю и управлять ими отдельно.

Далее остаётся сделать пульт, с помощью которого будет оказываться влияние на отдельные двигатели и темпы их работы. И можно приступать к экспериментам, используя робот-манипулятор, своими руками сделанный.

Возможные схематические изображения результата

Предоставляет широкие возможности для творческих измышлений. Поэтому предоставляются вашему вниманию несколько реализаций, которые можно взять за основу для создания своего собственного устройства подобного предназначения.

Любая представленная схема манипулятора может быть усовершенствована.

Заключение

Важным в робототехнике является то, что практически не существует ограничения по функциональному улучшению. Поэтому при желании создать настоящее произведение искусства не составит труда. Говоря о возможных путях дополнительного улучшения, следует отметить кран-манипулятор. Своими руками сделать такое устройство не составит труда, одновременно оно позволит приучить детей к творческому труду, науке и конструировании. А это в свою очередь позитивно может сказаться на их будущей жизни. Сложно ли будет сделать кран-манипулятор своими руками? Это не так проблемно, как может показаться на первый взгляд. Разве что стоит позаботиться о наличии дополнительных мелких деталей вроде троса и колёс, по которым он будет крутиться.

Общие сведения

Итак, все джойстики можно классифицировать по разным основаниям, из них актуальны для нас способ подключения и тип датчиков.

По способу подключения джойстики подразделяются на джойстики с USB подключением и Game Port подключением. Можно ли самостоятельно сделать с нуля джойстик на USB мне неведомо, однако я полагаю, что это если и возможно, то только высококвалифицированным радиоинженерам. Иное дело переделать готовый USB джойстик под свой вкус и свои потребности. Это доступно практически каждому, умеющему держать в руках паяльник. Сделать с нуля джойстик на Game Port несложно, и вполне по силам каждому человеку, умеющему и любящему возиться с пластмассовыми и железными цацками. :-)

По типу датчиков джойстики подразделяются на джойстики, построенные на оптических датчика, на переменных резисторах и на магнитных резисторах. Каждый из перечисленных типов может быть сделан на Game Port. Единственное НО заключается в том, что я не имею ни малейшего представления о магнитных резисторах, поэтому буду рассказывать только об оптике и переменных резисторах.

Как джойстик сделать

На мой взгляд, самое пристальное внимание при создании собственного джойстика нужно уделить его механике. Главный враг на этом фронте - люфт. Как можно его побороть? Мое решение нельзя назвать простым, легким и дешевым. Однако можно назвать его механически совершенным. Заключается оно в том, что все поворотные узлы собираются на подшипниках качения с двойной опорой каждой детали. Такая конструкция обладает тремя достоинствами - полным отсутствием люфта, чертовской прочностью и высочайшей точностью позиционирования. Немаловажен еще и плавный ход, исключающий рывки и неравномерности движения.

Далее выбираем тип электронной начинки. Оптика или резисторы? Оптика точнее, она исключает дрожание. Однако оптика весьма непроста в установке и настройке. Резисторы проще в монтаже. Но нужно быть очень разборчивым в выборе резисторов, покупать импортные и не дешевые, иначе обеспечено дрожание, которое испортит все впечатление.

Начнем с механики. Вот посмотрите, здесь я нарисовал поворотный узел моего самодельного джойстика. Используются шариковые подшипники внешним диаметром 19 и внутренним 6 мм. Все подшипники вставлены и закреплены в выточенных круглых металлических шайбах, толщиной 12 мм.

Итак, мы видим, что весь узел состоит из трех основных узлов: узла крена, тангажа и качалки.

Пыльник покупается от шаровой Жигулей, но не большой, а маленький, с диаметром резинки 14 мм. Как раз под трубку ручки. Этот пыльник помимо защиты механизма от пыли и посторонних взглядов, подпружинивает ручку, и держит ее в среднем положении.

Чтобы воздействовать на качалку болт крепления трубки просверлен в центре, и в него вкручен болт с резьбой М3 без шляпки. Этот болт передает момент на качалку.

Накладки я делал из винипласта толщиной 10 мм. Далее сверлил в центре отверстие, и запрессовывал в нем подшипник (силой вдавливал. Держится превосходно). Сами подшипники извлекаются из 3.5 кулера (бловера), если он на подшипниках качения.

Вот снимок механики:

Сделав узел механики (на это может уйти несколько месяцев), нужно сделать корпус. Тут уж вам полный простор. Я для этого использую винипласт. Применяется он на промышленном производстве при монтаже электрических узлов. Толщина варьируется от 3 мм и до неизвестности. Самый толстый я видел 30 мм. Нам нужен толщиной не менее 8 мм для запаса прочности.

Винипласт очень прочный, эластичный, и хорошо обрабатывается. Из него можно склеить бокситкой любой корпус, на ваш вкус. Сгладите углы, покрасите - от заводского никто не отличит. Тут, правда, есть один нюанс. Для того, чтобы корпус был прочнее, и смотрелся более пристойно, я делаю так.

Берете отпиленный кусок винипласта нужного размера, намечаете карандашом линии сгибов. Теперь ищете любой электроприбор, который имеет поверхность накаливания порядка 400 и выше градусов (желательно чтобы при прикосновении кусочка винипласта к поверхности нагрева винипласт слегка плавился - тогда температура сойдет). Идеальный вариант - прут тэна, диаметром 8 - 15 мм. У меня есть неопознанный кулинарный электроприбор, у которого есть такая поверхность - круглый прут, который раскаливается до красна. Я использовал его. Держим некоторое время винипласт над этим прутом, чтобы от намеченной полоски карандаша до прута было минимальное расстояние, не позволяющее материалу плавиться. Когда отрезок винипласта достаточно прогревается, он становится эластичным, и легко сгибается на требуемый угол. В нашем случае это 90 градусов. Потом, выдерживая руками угол, охлаждаем сгиб под струей холодной воды из водопроводного крана, винипласт застывает, и это навечно:-). Также поступаем с противоположной поверхностью. Осталось выпилить из винипласта две боковые накладки, плотно подогнать их так, чтобы они без зазоров заходили вовнутрь, и склеить эпоксидной смолой. Далее делаем в верхней поверхности новоиспеченного корпуса требуемое отверстие для штока РУС, выпиливаем нижнюю крышку. Должно получиться примерно так:

Потом монтируем поворотный узел к корпусу, и сам джойстик почти готов.

Если конструкцию покрасить, и дополнить большим пыльником, то выйдет примерно это:

Как видите джойстик напольный. Сама ручка с военного Ми-8 (такие ставились и на Ми-24).

Но почему почти готов? А потому что нет педалей...

Самое сложное в педалях, это сделать их в пристойном облике, чтобы они не напоминали пыточный инструмент:-) Вот взгляните.

Технология проста. Берем нужный кусок текстолита, нагреваем ровно посередине, и перегибаем на острый угол (более 90 градусов). Угол нужен такой, чтобы торец педали в среднем положении был на минимальном расстоянии от поверхности, а в крайних положениях расстояние от торца до поверхности было равным. Далее делаем в вертикальной поверхности две вертикальные прорези на требуемый ход педалей. Потом берем две небольшие дверные петли, выпиливаем по их ширине и требуемой длине сами педали, и соединяем петли, педали и остов.

Потом делаем стальные направляющие, прикручиваем их к педалям. Стальные направляющие подвергаются токарной обработке - в нужных местах прослабляются, чтобы с них не спадала резинка (резинка залита синим), а в нужных утолщаются, поскольку сквозь эту толщину пойдет струна (на рисунке залита красным), обеспечивающая обратную связь педалей. Сама струна должна быть прочна и тонка. Я использовал для ее роли прочную матерчатую изоляцию электрического кабеля. Сойдет и бельевая капроновая веревка. Эту веревку нужно протянуть через два блока. Желательно чтобы эти блоки были собраны на шариковых подшипниках, и имели канавки, чтобы струна не спадала. Блоки крепятся на болтах диаметром 6 мм. Меньше нельзя, поскольку это несущий узел, работать будем ногами, и нужна прочность.

На рисунке я изобразил способ крепления резистора, и передачи на него момента. Устроить оптическую схему еще проще. Все электромеханическое хозяйство закрывается пластмассовым кожухом.

В настоящее время я делаю себе новые педали, принципиально иной конструкции. После того, как закончу работу, сделаю необходимые рисунки и положу тут с пояснениями.

...прошло несколько месяцев...

Вот и пришел тот час, когда я могу приступить к описанию новых педалей.

Изрядно полетав (больше года) на педалетках (так я называю педали вышеприведенного типа, их еще можно обозвать автопедалями), я осознал, что созрел для повышения уровня реализма:-) Педалетки вышли в отставку, и были подарены товарищу.

Все началось с раздумий по поводу конструкции. Вообще, самое сложное и главное в педалестроении (как и вообще в творчестве) - это сначала полностью построить педали в голове и на бумаге. Только после этого, следует переходить к материальному воплощению педалей. Если не следовать данному принципу, неизбежны постоянные переделки, что выливается, в конечном счете, в обезображивание конструкции, и приводит к изысканию новых материалов.

Давайте определимся с сущностью хардкорных авиапедалей.

Хардкорные авиапедали:

Работают по принципу обратной связи (давишь одну педаль от себя - вторая идет к тебе);
Сами педали при нажатии не меняют горизонтальный угол установки;
Расстояние между педалями должно соответствовать аналогичному расстоянию в реальных самолетах;
Педали подпружинены, и имеют отчетливо ощущаемую ногами, нейтральную точку позиционирования.

Для того, чтобы такие педали работали, нужно:

Большая площадь контакта основания педалей с полом для исключения опрокидывания конструкции;
Исключить возможность скольжения основания педалей по полу;

Первым этапом раздумий над педалями является этап придумывания основания будущих педалей:-) Возможны два пути. Первый - это пойти по пути наименьшего сопротивления - взять за основание толстый лист ДСП, и смонтировать на нем все необходимые узлы, снабдив основание резиновыми наклейками для исключения смещения конструкции. Второй путь (посложнее) - придумать нечто иное, не сплошное, не тяжелое и не громоздкое. В рамках этого пути выделим два. Первый - это самому изготовить основание. Второй - взять готовое. В первом случае из металлических труб изготавливается Т-образная конструкция, на которой закрепляются необходимые узлы. В концах конструкции сооружаются шипы. Во втором случае проблемой является изыскание нужного ширпотреба. Я решил ее, применив в качестве основания основание отечественной металлической стойки под телевизор. Она являет собой черную пятиногу (я встречал и четырехноги), бывает с колесиками, или без таковых. От колесиков придется избавиться.

Внутренний диаметр «стакана» этой стойки, и его глубина позволяют разместить в нем прочный узел механики будущих педалей.

Сам узел можно изготовить вручную, а можно заказать у токаря/фрезеровщика. В любом случае придется купить два подшипника, внешним диаметром 40 мм.

Сначала я сделал узел сам, из подручных материалов, которые нашел у себя в коробках с хламом. Это было достаточно затруднительно, поскольку невозможно подобрать болт с диаметром резьбы, соответствующему внутреннему диаметру подшипников, что влечет за собой утомительный процесс центровки подшипников на болте. Также непросто в домашних условиях просверлить болт М14 насквозь вдоль. Однако все делается. Сделав, я столкнулся с одной проблемой. Дело в том, что педали я подпаивал к микросхеме трастмастера TOP GUN FOX PRO 2 USB. Опрос резистора «педальной» оси в этом джое рассчитан на жесткую фиксацию полярности резистора. Иными словами - педальный резюк грамотно опрашивается только в том случае, если распайка крайних ног резюка идентична оригинальной. Однако, если резистор расположить под конструкцией (стаканом стойки педалей), то для достижения соответствия воздействия на педали и реакции руля направления в игре, нужно перепаять крайние контакты на резисторе. После перепайки опрос резистора искажается, появляется неравномерность в управлении, постоянно сбивается центровка.

Еще одной проблемой, которую не удалось решить с ходу, оказалась центровка педалей. Я попробовал два варианта. Реализуя первый, я попытался захватить пружинами саму штангу педалей с двух сторон. Однако это был неверный путь, поскольку пружины были тугие, и одна из сторон педалей всегда упиралась в пружину, которая была уже сжата. Во втором случае я просверлил штангу по центру горизонтально, и приделал туда болт, на который накинул пружину. Этот вариант оказался неплохим, разве что не обеспечивал точно ощущаемой нейтральной зоны. Как позже выяснилось, примененный для центровки болт диаметром 6 мм оказался недостаточно прочным, и подгибался.

Также веселая история произошла с ограничителями хода педалей. Я изначально задумал сделать ограничители, и потратил немало времени на их монтаж. Там тоже были свои варианты, свои ошибки и единственно-возможное решение. Однако, когда я однажды снял ограничители и попробовал педали без них, я пришел к выводу о ненужности ограничителей. Это обусловлено тем, что если подпружинить педали в достаточной степени, вывернуть их на критический для резистора угол просто невозможно, применяя разумные усилия на педалях - пружина не дает вывернуть больше, и начинает двигаться вся конструкция. Иными словами, чтобы своротить голову резюку, нужно специально задаться этой целью, и упереться в одну педаль всей массой. Однако в этом случае можно легко сломать и ограничитель, и всю систему подпружинивания. А раз так, то ограничители не нужны. Выглядело все так:

В общем, помучившись некоторое время с резистором, я решил пересадить резистор наверх. Для этого потребовалась переделка существенных узлов конструкции механического узла, поскольку подпружинивались педали сверху. На этот раз я решил обратиться к токарю. Сделал чертеж, который тут привожу. Если есть желание пойти по моим стопам, то рисунок можно сохранить на диск, распечатать на принтере, и нести токарю.

Для того, чтобы смонтировать полученную конструкцию в основании нужно просверлить основание и нарезать в отверстиях резьбу, дабы болтами зафиксировать узел в стакане.

Быть или не быть? Вот каким вопросом озадачимся в первом абзаце. Нет, поймите меня правильно, РУД как таковой, безусловно, необходим на джойстике, дело в том, должен ли он быть отдельным от джойстика? Однозначный ответ можно дать только в том случае, если Ваш джойстик напольный. Если напольный - то отдельный РУД необходим. А если джой настольный? И для управления двигателем у него предусмотрен соответствующий рычажок (ползунок)? Тут уж дело каждого. Зависит от взглядов вирпила на жизнь его вирпильскую, на долю его горемычную:-) Мое мнение однозначно - если джой настольный, то водружать на стол еще одну коробку с рычагом для управления двигателем, есть не что иное, как повод для истерики в курятнике. Курам понравится, и они будут смеяться так, что может даже полопаются.

Почему я так категоричен в этом вопросе? Да потому что совершенно не вижу причин для появления отдельного РУДа рядом с настольным джоем. Что может выступить причиной? Необходимость в расширении функциональности? Смешно, поскольку основания современных джойстиков нашпигованы кнопками, расположенными достаточно удобно. А если не хватает, можно ненадолго убрать руку с основания и ткнуть перстом в клавиатуру, расположенную в паре сантиметров от основания джойстика. Кроме того, оперировать в бою большим пальцем левой руки куда сподручнее, нежели шуровать всей конечностью туды-сюды на отдельном руде. Проверено. Но может это благородное стремление к повышению реализма?? Тем более смешно, поскольку реализм в первую очередь заключен в авиапедалях, во вторую очередь в напольной РУС, и только в третью очередь - в отдельном РУД. Используя метафору, можно выразиться, что делать настольный РУД при настольном РУС это все равно, что «проапгрейдить» немощный старый компьютер покупкой нового «пацанского» корпуса баксов за 300:-) Однако это мое мнение, оно субъективно. Может кому-то важнее корпус.

Надеюсь Вы определились с необходимостью для вас отдельного РУД. Если жизнь Ваша без отдельного РУД представляется Вам серой и мрачной, то продолжаем прения:-)

Итак, каковы основные требования к РУД?

Плавный ход без рывков, неравномерности в перемещении;
Тугой ход. Тугой настолько, чтобы РУД удерживался в том положении, в котором Вы его отпустили, и не перемещался от колебаний эфира:-);
Достаточный вес и размер основания, чтобы при манипуляциях РУД основание РУД не ерзало по столу (стулу);
Удобная ручка;
Достаточная амплитуда перемещения РУД.

Как будем реализовывать эти требования? Плавность обеспечим построением механизма на шариковых подшипниках. Тугого хода добьемся применением подтормаживающей системы. Вес увеличим грузами. Размеры сделаем достаточными. Наконец, амплитуду отрегулируем по потребностям.

Начнем, по традиции с блока механики.

Первым вопросом тут будет вариант базового крепления узла механики. Возможны следующие варианты:

Верхнее крепление;
Нижнее крепление;
Боковое крепление.

Смотрим на рисунке:

Каждый вариант имеет свои плюсы и минусы.

Первый вариант предпочтительнее тем, что при его применении предельно облегчен доступ к содержимому РУД - снял нижнюю крышку и оперируй как Пирогов:-) Минусы заключаются в том, что, во-первых, сам корпус РУД должен быть достаточно прочным и толстым, во-вторых, на верхней панели появятся две шляпки болтов (нам, эстетам, это не пристало), и в третьих, длина штока РУД сокращается, и соответственно сокращению, закругляется траектория хода РУД.

Плюсом второго варианта является большая длина штока РУД, возможность использовать для корпуса основания РУД материал потоньше, отсутствуют шляпки болтов на верхней части основания, усилия на РУД распределяются более удачно в плане устойчивости конструкции. Недостатком второго варианта является затрудненный доступ в утробу основания. Для вскрытия потребуется открутить нижнюю крышку, и сам механизм от крышки. Да и механика будет частично скрыта гранью уголка-крепежа.

Третий вариант обладает всеми плюсами второго (если механизм крепить к нижней крышке). Единственный его крупный минус - необходимость изготавливать ограничители движения РУД (в первых вариантах амплитуда движения РУД ограничивается величиной прорези в корпусе), что касается мелкого минуса, то он заключается в том, что выглядит 2 вариант менее основательно, нежели первые два. Да, чуть не забыл - плюс еще в том, что нет прорези на верхней панели, и грязюка в корпус не попадает.

Я избрал третий вариант. Причина в том, что у меня вышел весь материал для изготовления нормального корпуса. Когда достану материал переделаю по варианту 2. А Вы решайте сами. Как говорится, исходя из способностей и потребностей:-)

Да, кстати, возможен еще один вариант, а именно:

Данный вариант предпочтительней для любителей «ретро»:-), он принципиально похож на РУД Як-3. Однако данная схема имеет один существенный минус - в рукоятках затруднительно разместить кнопки и дополнительные оси. И уж тем более сложно этими осями и кнопками пользоваться. Налицо ограниченная функциональность.

В общем ладно. С этим вроде закончили, выбор делать Вам, а я немножко его облегчил, поскольку указал на плюсы и минусы. Умываю руки:-)

Теперь перейдем к рассмотрению непосредственно блока механики РУД. Потребуются два шариковых подшипника внутренним диаметром 7 мм. Если Вы избрали нижнюю схему, то, соответственно, четыре подшипника. Также советую обзавестись уголком с гранями 70 мм, либо просто пластиной стали, толщиной не менее 5 мм (в этом случае придется при реализации верхней схемы № 3 крепить механику к крышке). Смотрим рисунок, вид сбоку:

Как видно на рисунке, на болт с резьбой М6 надет шток РУД, далее надета металлическая трубка (желательно чтобы ее внутренний диаметр позволял сесть на болт впритирку) длиной 10 мм, потом идет подшипник, снова трубка, но чуть подлиннее (20-30 мм), опять подшипник, и все это накрепко затянуто гайкой. Конец болта предварительно обработан на наждаке, чтобы его диаметр был 3-4 мм.

После сборки системы, на металлической пластине просверливаются четыре отверстия, и к пластине с помощью хомутов крепятся подшипники. Это видно на следующем рисунке:

Устройство тормозящей системы, думаю, очевидно. Сила торможения регулируется затяжкой гайки на шпильке. В качестве тормозящей прокладки я избрал полоски кожи (замши), поскольку кожа не крошится как резина и не замусоривает механизм. Тормоз действует достаточно долго, и не ослабляется.

Когда Вы закончите сборку механического узла, останется только прикрепить пластину-основание согласно выбранному варианту (к нижней крышке либо к верхней части корпуса). Как к механике подвесить резюк, думаю, понятно.

Шток РУД можно сделать как из трубки (стального прута), так и из пластины. Я использовал полоску текстолита, толщиной 8мм, и шириной приблизительно 40 мм. Слегка изогнул ее на конце, и прикрепил к изогнутому концу ручку.

Теперь о корпусе. Корпус основания можно сделать самому, а можно взять готовую пластмассовую коробку нужных размеров. Если решили сделать, то я рекомендую руководствоваться советами в разделе Общие сведения. Механика , где я рассказывал как делаю корпуса.

Внутренности корпуса можно нашпиговать различным железом для утяжеления конструкции. И, наконец, снабдите нижнюю крышку резиновыми наклейками для увеличения трения корпуса РУД и поверхности.

Напоследок пару слов о непосредственно ручке РУД. Ее можно сделать по-разному. Руководствуйтесь собственными пожеланиями. Я избрал для ручки полый пластмассовый стакан и закручивающейся крышкой. Полый потому, что в нем я разместил кнопки и резистор управления шагом винта. Как это сделать посмотрите рисунок:

Итак, ручка руда - это такой «стакан» из полупрозрачной, белой пластмассы с толстыми стенками. Сей стакан я обнаружил случайно. В нем я у дома сверла хранил:-) Стакан сделан как конус, и в широкой части имеет резьбу, на которую накручивается крышка. Эту крышку я прикрепил (четырьмя болтами М4) к толстой полосе изогнутого текстолита, сделал отверстие чтобы пропустить многожильный провод. На крышку накручивается стакан - вот и весь руд.

В верхней (глухой) части стакан просверлен, и в него вделан резюк (отечественный, 150 кОм, подпаян вместо трастмастеровского к плате. У отечественного большая амплитуда поворота опрашивается, а у родного мизерный угол опроса). Далее на глухую часть с внешней стороны крепится (тремя болтами М4) самодельная шайба из толстого текстолита, призвание которой - скрыть гайку, крепящую резюк к стакану, и убрать зазор между маховичком резистора и торцом стакана. На шток резюка одет маховичок от узла фотоувеличителя, который (счастливое совпадение) подходит по диаметру к стакану. Вживую он выглядит так:

Вот как на нем лежит рука:

В заключение хочу добавить, что все, что я тут описал, делается без привлечения посторонних людей. Все что нужно - тиски, ножовка по металлу, дрель, слесарный набор (сверла, метчики и лерки). Я также использовал наждачный станочек собственного изготовления. Если у Вас его нет, то не отчаивайтесь - напильник и руки творят чудеса. Остальные инструменты (пассатижи, кусачки и проч.), думаю, у всех имеются.

Kelt (makkov at mail dot ru )

Все камни