Разработка конструкции двухстепенного манипулятора - Курсовая работа

Целью данного курсового проекта является разработка конструкции двухстепенного манипулятора, проектирование отдельных деталей и изготовление их при помощи 3D печати, сборка робота, разработка системы управления манипулятором на основе Arduino. Манипулятор по принципу действия напоминает человеческую руку. В нем присутствуют поворотные соединения, которые обеспечивают наклон в плечевом соединении и сгибание в локте, механический захват, который позволит роботу хватать и перемещать предметы в разных направлениях. Отличительная черта данной конструкции - очень высокая гибкость, позволяющая роботу обходить многие препятствия. При перемещении каждого звена принцип минимального значения требуемого угла, и манипулятор движется не по прямой линии (как декартов, например), а выполняет довольно сложную траекторию, имитируя движения живой руки.Роботы-манипуляторы предназначены для замены человека при выполнении основных и вспомогательных технологических операций в процессе промышленного производства. При этом решается важная социальная задача - освобождения человека от работ, связанных с опасностями для здоровья или с тяжелым физическим трудом, а также от простых монотонных операций, не требующих высокой квалификации.Схема состоит из основания, 1го звена, 2го звена и схвата. Основание имеет неподвижное соединение с поверхностью крепления робота, а с 1ым звеном связано соединением вращательного типа, которое может поворачиваться на угол q1. 1ое и 2ое звенья также между собой имеют соединение вращательного типа с углом поворота q2.Прямая задача - это определение положений звеньев манипулятора при заданных углах поворота соединений и размеров звеньев. Обратная задача - это определение углов поворота при заданных координатах положения рабочей точки манипулятора Пред решением задач составим структурную схему (Рис.Т.к. манипулятор должен способен поднимать груз около 300 грамм, то при длине в 50 см сервопривод должен развивать момент не менее 15 кг*см для одного лишь груза без учета веса робота. Сервопривод весит в среднем 60 грамм, т.к. их 3, то общий их вес 180 грамм, остальные детали будут в основном из пластика, в целом вес робота должен быть около 300 грамм. Согласно конструкции, масса робота распределена равномерно вдоль всей его длины, следовательно, при закрепленном основании и расположении звеньев робота перпендикулярно силе тяжести, масса в рабочей точке робота будет 150 грамм (Рис. Для работы захвата манипулятора будет использован сервопривод SR430 (Рис. Стоит учесть, что сервоприводы, соединенные с деталью образуют единое звено манипулятора, которое должно иметь длину 20см (Рис.Все пластиковые детали изготавливались при помощи 3D печати на 3D принтере Makerbot Replicator (Рис. Рис. После печати некоторые детали получились с небольшими дефектами (Рис. Изза ошибки 3D принтер не напечатал крепления на основе схвата манипулятора (Рис. Кронштейны крепятся к пластиковым деталям на болтах (Рис.Система управления манипулятором разработана на основе Arduino Uno к которой подключен контроллер управления Input Shield DFR0008, который включает в себя мини-джойстик и две кнопки. Три сервопривода робота подкоючены к цифровым портам 8, 10, 12 Arduino и питаются от внешнего источника питания 7В (Рис. Плата arduino подключена к компьютеру через COM порт. Туда выводятся значения углов поворота сервоприводов и данные о смещении джойстика по осям и нажатии кнопок. Джойстиком по оси х выполняется управление схватом, по оси у 1-ым сервоприводом (если зажата кнопка В) или 2-ым сервоприводом (если зажата кнопка С).В ходе выполнения данного курсового проекта были выполнены следующие задачи: · Построена кинематическая схема манипулятора; Длины звеньев манипулятора согласно требованиям составляют 20 см, схват раскрывается на 8 см (нужно было не меньше 7 см), грузоподъемность составляет приблизительно 250 грамм (нужно было около 300 грамм).int x = 1; //ось x джойстика подключена к пин 1 int y = 0; //ось y джойстика подключена к пин 0 int button_A = 5; //кнопка А подключена к пин 5 int button_B = 3; //кнопка В подключена к пин 3 int button_C = 4; //кнопка С подключена к пин 4 int q1,nq1 = 85; //начальное положене угла серво1 int q2,nq2 = 85; //начальное положене угла серво2 int q3,nq3 = 60; //начальное положене угла серво3 int dq = 1; //шаг изменения угла поворота int T = 10; //начальная задержка servo1.attach(12); //серво1 подключен к пин 9 servo2.attach(10); //серво2 подключен к пин 10 servo3.attach(8); //серво3 подключен к пин 11 q1 = nq1; Serial.print(DIGITALREAD(button_A)); //вывод значения кнопки А Serial.print(" "); Serial.print(DIGITALREAD(button_B)); //вывод значения кнопки В Serial.