SCARA Robot: Learning About Foward and Inverse Kinematics !!! (Plot Twist Μάθετε πώς να δημιουργείτε μια διεπαφή πραγματικού χρόνου στο ARDUINO χρησιμοποιώντας την ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ !!!!

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Ένα ρομπότ SCARA είναι ένα πολύ δημοφιλές μηχάνημα στον κόσμο της βιομηχανίας. Το όνομα σημαίνει τόσο Selective Compliant Assembly Robot Arm είτε Selective Compliant Articulated Robot Arm. Είναι βασικά ένα ρομπότ τριών βαθμών ελευθερίας, που είναι οι δύο πρώτες περιστροφικές μετατοπίσεις στο επίπεδο XY και η τελευταία κίνηση εκτελείται από ένα ρυθμιστικό στον άξονα Ζ στο τέλος του βραχίονα. Οι δύο βαθμοί ελευθερίας σχεδιάστηκαν για να προσφέρουν μεγαλύτερη ακρίβεια. Ωστόσο, λόγω της ποιότητας των σερβο που είναι διαθέσιμα για χρήση, ο ενσωματωμένος βραχίονας δεν είχε τόσο μεγάλη κινητικότητα όσο θα περίμενε κανείς λόγω των δύο βαθμών ελευθερίας του. Το ηλεκτρονικό μέρος είναι εύκολο να κατανοηθεί. Είναι δύσκολο να χτιστεί, όμως. Καθώς ο βραχίονας χρειάζεται τρεις ενεργοποιητές, έχουμε τρία κανάλια. Αντί για προγραμματισμό με την κοινή διεπαφή Arduino, αποφασίσαμε να χρησιμοποιήσουμε το Processing, το οποίο είναι ένα πολύ παρόμοιο λογισμικό με το Arduino.

Προμήθειες

Λογαριασμοί υλικών: Για την κατασκευή του πρωτοτύπου χρησιμοποιήθηκαν πολλά υλικά, στον ακόλουθο κατάλογο αναφέρονται όλα αυτά τα υλικά:

• 3 Servo Motors MG 996R
• 1 Arduino Uno
• MDF (πάχος 3 mm)
• Προφίλ ζώνης χρονισμού GT2 (βήμα 6 mm)
• Εποξειδικό
• Παξιμάδια και μπουλόνια
• 3 ρουλεμάν

Βήμα 1: Το πρωτότυπο

Το πρώτο βήμα ήταν η δημιουργία του μοντέλου σε ένα λογισμικό CAD σε αυτήν την περίπτωση το Solid works είναι ένα αρκετά καλό λογισμικό για αυτό, άλλη επιλογή μπορεί να είναι το Fusion 360 ή άλλο λογισμικό CAD της προτίμησής σας. Οι εικόνες που επισυνάπτονται στο Βήμα 1 ήταν το πρώτο πρωτότυπο λόγω ενός διαφορετικού σφάλματος που πρέπει να τροποποιήσουμε και καταλήγουμε στο Model Show στο βίντεο και την εισαγωγή.

Το Laser Cut χρησιμοποιήθηκε για να φτιάξει το πρωτότυπο, δεν έχω βίντεο της διαδικασίας κατασκευής, αλλά έχω τα αρχεία που χρησιμοποίησα. Το σημαντικό μέρος αυτού του έργου είναι η κωδικοποίηση της διεπαφής, ώστε να μπορείτε να φτιάξετε το δικό σας μοντέλο και να χρησιμοποιήσετε τον κωδικό μας στο δικό σας ρομπότ SCARA

Βήμα 2: Συνδέσεις κινητήρων

Τα ηλεκτρονικά είναι απλά όπως τα δημητριακά μαγειρέματος. Απλώς συνδέστε τα πάντα όπως φαίνεται στην εικόνα (Στον κύριο κωδικό το σήμα που αποστέλλεται στα servos προέρχεται από τις ακίδες (11, 10 και 11))

Βήμα 3: Undestand Foward and Inverts Kinematics

Forward Kinematics

Ο τρόπος με τον οποίο λειτουργεί ο κώδικας για τις τροχιές είναι ο εξής: Αφού επιλέξετε αυτήν τη λειτουργία, πρέπει να επιλέξετε ένα σχήμα για να σχεδιάσετε. Μπορείτε να επιλέξετε ανάμεσα σε Γραμμή, Τρίγωνο, Τετράγωνο και Έλλειψη. Ανάλογα με την επιλογή, αλλάζει μια μεταβλητή η οποία στη συνέχεια λειτουργεί ως όρισμα «υπόθεση» για έναν τύπο επιλογής που έχει προγραμματιστεί αργότερα στην ακολουθία. Χάρη στην ευελιξία της επεξεργασίας, μπορούμε να αλληλεπιδράσουμε με τη διεπαφή με εντολές γνωστές από τα Windows και άλλα λειτουργικά συστήματα, το οποίο επιτρέπει την εκχώρηση της θέσης του δρομέα (ποντίκι) σε μια μεταβλητή εντός του προγράμματος, η οποία μέσω της σύνδεσης με το Arduino δίνει εντολή στους σερβοκινητήρες τι γωνίες να οδηγήσει με ποια σειρά.

Ο αλγόριθμος για το σχέδιο μπορεί να μειωθεί στον ψευδοκώδικα: εκχωρήστε τιμή σε x1, y1 αντιστοιχίστε τιμή στο x2, y2 υπολογίστε τη διαφορά μεταξύ x1 και x2 υπολογίστε τη διαφορά μεταξύ y1 και y2 υπολογίστε σημεία από τα οποία θα περάσει το κάτω (τρίγωνο, τετράγωνο, κύκλος) (η γεωμετρία χρησιμοποιείται με αυτά τα δύο σημεία) εάν (botondibujar == true) πλήρης ακολουθία στην περίπτωση της εγγραφής, οι μεταβλητές που αποστέλλονται στον σερβοκινητήρα αποθηκεύονται σε μια συστοιχία 60 μονάδων, οι οποίες πατώντας το κουμπί "εγγραφή" μας επιτρέπουν να αποθηκεύστε τα δεδομένα που λαμβάνονται με οποιαδήποτε λειτουργία (Χειροκίνητη, Προώθηση, Αντίστροφη, Trajectories) και στη συνέχεια αναπαράγονται όταν πατάτε το κουμπί έναρξης με μια απλή αλλαγή μεταβλητής.

Αντίστροφη Κινηματική

Το πρόβλημα της αντίστροφης κινηματικής συνίσταται στην εύρεση των απαραίτητων εισόδων για να φτάσει το ρομπότ σε ένα σημείο στο χώρο εργασίας του. Δεδομένου του μηχανισμού, η ποσότητα των πιθανών λύσεων για μια επιθυμητή θέση μπορεί να είναι άπειρος αριθμός. Το ρομπότ που έχουμε κατασκευάσει είναι ένας σειριακός μηχανισμός με δύο βαθμούς ελευθερίας. Μετά από γεωμετρική ανάλυση, έχουν βρεθεί δύο λύσεις για τον συγκεκριμένο μηχανισμό. Εικόνα 13. Αντίστροφη κινηματική παράδειγμα Όπου: θ1 και θ2 είναι οι γωνίες εισόδου του δύο ρομπότ σειριακού μηχανισμού DoF και τα Χ1 και Χ2 είναι η θέση στο επίπεδο του εργαλείου στον τελικό βραχίονα. Από την παραπάνω εικόνα:

Υπάρχει επίσης και διαμόρφωση αγκώνα UP, αλλά για τους σκοπούς του προγράμματος που γράφτηκε, χρησιμοποιήθηκε μόνο η διαμόρφωση αγκώνα ΚΑΤΩ. Μόλις βρεθούν οι γωνίες εισόδου, οι πληροφορίες αυτές εκτελούνται στο πρόγραμμα άμεσης κινηματικής και η επιθυμητή θέση επιτυγχάνεται με σφάλμα μικρότερο από ένα εκατοστό λόγω των σερβομηχανών και των ζωνών.

Βήμα 4: Μη αυτόματη, τροχιά και λειτουργία εκμάθησης

Εγχειρίδιο

Για αυτήν τη λειτουργία, πρέπει μόνο να μετακινήσετε το mause στη διεπαφή και το ρομπότ θα ακολουθήσει τον δείκτη της διεπαφής, μπορείτε να το προγραμματίσετε σε προγραμματισμό που είναι μια φοβερή πλατφόρμα

Διαδρομές Για αυτό το μοντέλο χρησιμοποιούμε τους πόρους της αντίστροφης κινηματικής και κάνουμε τα σχήματα να ζητήσουν από τον πελάτη που ήταν: Ευθεία γραμμή Τετράγωνο τρίγωνο Κύκλος Τα σχήματα μπορούν να σχεδιαστούν στη διεπαφή με τα σχήματα που θέλετε. Η τροχιά χρησιμοποιεί την αντίστροφη λειτουργία για να υπολογίσει κάθε σημείο των γραμμών κάθε ενός από τα σχήματα, ώστε να είναι εύκολο να ακολουθήσετε τα σχήματα όταν κάνετε κλικ στο play αφού σχεδιάσετε το σχήμα που βάλατε ως είσοδο στη διεπαφή

Λειτουργία εκμάθησης

Ο τρόπος εκμάθησης λαμβάνει υπόψη όλες τις άλλες λειτουργίες που είναι οι χειροκίνητες, προς τα εμπρός, αντίστροφα και τροχιές, ώστε να μπορείτε να κάνετε οποιαδήποτε κίνηση θέλετε στη διεπαφή και στη συνέχεια να αντικαταστήσετε με την ίδια κίνηση όπως πριν, αλλά αργή καθώς αναπαράγεται και να προσπαθήσετε να το κάνετε περισσότερο ακριβώς.

Βήμα 5: Ο Κώδικας

Στην πραγματικότητα, ο κώδικας είναι δύσκολο να εκφραστεί, οπότε άφησα τον κώδικα για να μπορείτε να διαβάσετε αν έχετε αμφιβολίες σχετικά με αυτό, μπορείτε να ρωτήσετε στα σχόλια και θα σας εκφράσω (θα ενημερώσω αυτό το βήμα με μια πλήρη εξήγηση του ο κωδικός κάνε υπομονή) για τη στιγμή που μπορείς να μου στείλεις email για οποιαδήποτε αμφιβολία: [email protected]