Очередная роборука надо ли?

Arhat109

★★★✩✩✩✩
9 Июн 2019
378
127
В общем, придумав как сделать телескопическую часть руки по типу стрелы крана, завис с вопросом: стоит ли городить огород? В смысле надо ли проектировать роборуку с телескопической частью?

а) "рычажные" роборуки (на базе параллелограммных механизмов). Самые простые варианты это типа такого: https://aliexpress.ru/item/4000562190896.html .. я их классифицировал для себя когда-то "рука от экскаватора" :)

Достоинство - просто, надежно, легко повторяемо и есть куча как готовых вариантов так и "сделал сам". Кроме этого, размещение моторов (серво) у основания сильно улучшает грузоподьемные (и габаритные) параметры изделий.
Недостаток, имхо - сильно ограниченная подвижность из-за малого количества "степеней свобод" (осей вращения) В разных вариантах их от 3 до 4. Ещё называют невысокую точность повтора движений из-за дешевых серв и люфтов в сочленениях.

б) Вот такого плана: https://robotos.in/proekty/zemlya/manipulyator-ruka-na-arduino. Тут 5-и осный вариант, т.е. на 5 степеней свободы вращения. Раньше такие классифицировал для себя как "имитационные" или "суставные". Очень много аналогов из "промышленности", в т.ч. и на очень большие нагрузки (десятки тонн!).

Достоинство - практически не ограниченая степень свободы + точность и повторяемость движений + возможность изготовления из "типовых узлов" - "рычаг" (звено, "кость", "плечо") на заданное удлинение и "сустав" содержащий в себе 2 оси вращения на поворот звена вокруг предыдущего (последующего) - "сгибание/разгибание" и вращение в суставе (вдоль оси звена).
Недостаток: избыточные габариты изделия из-за повышенного веса вдоль такой робо-руки - все моторы/сервы находятся в своем сочленении и чем больше звеньев и суставов (степеней свободы) тем тяжелее рука и тем меньший вес она поднимет при прочих равных условиях.
Собственно этот набор, кмк, и определил их применяемость в промышленности. Проблема с весом решается укорочением звеньев + гидравлика в качестве моторов.

в) Нашел ещё "декартовы" робо-руки, но это в общем-то вариант а-ля 3D-принтер (фрезер и т.д.) когда звено руки катается по направляющим.

Вот, для варианта "б" можно в качестве звена применить "телескопическую стрелу", но .. типовые решения для кранов потребуют варианта "висения проводов в воздухе" для всех последующих звеньев. Ну или "сматывать на катушку", что не позволит иметь достаточное кол-во механизмов дальше "телескопического звена" из-за большого кол-ва проводов в жгуте.. Вот этот вопрос для роборуки кажется "решил", отсюда и все анализы и метания. :unsure:

Клешни .. практически развиты 2 варианта:
а) захват из 2-х "пальцев" (частей) клешни как самый простой - полно ссылок, даже и на тех что выше;
б) имитация руки человека из 3-4 основных пальцев и большого.

.. Посмотрел как устроен манипулятор на марсоходе и обомлел .. примитивный двухзвенный механизм с 3-4 степенями свободы. Таким, как понимаю "смахнуть марсианскую пыль с себя самого" практически невозможно.
Из этого краткого обзора возникли следующие вопросы:
1. Какое количество степеней свободы (осей вращения) - "достаточно" для робо-руки (манипулятора)? Для задачи "смахнуть пыль со своего корпуса" ("поменять инструмент/захват", "достать/сложить/починить себя") потребно не менее 5-6. Надежно 6-7.
А что "говорит теория"? (не нашел .. кто подскажет м.б.)

2. Применимость "телескопического звена" (плеча, кости) на такой робо-руке. Надо? Полезно? Особенно в варианте - "все провода внутри"?
С одной стороны резко расширяет зону досягаемости такой руки, а с учетом отсутствия висящих проводов - можно сделать пару таких звеньев, что увеличит досягаемость во всей полусфере сразу...
С другой - на вытянутой стреле много не нагрузишь и хорошо если она сама себя будет удерживать в горизонтали! Ведь в случае 4-х выдвижных сегментов, длина стрелы увеличивается почти в 4.5 раза! .. для варианта робо-вездеход например.

3. Оптимальный вариант "сустава" из 2-х осей (моторов, серв) для типового построения .. есть решения?

4. Достаточно ли традиционной клешни для скажем "самоочистки", самопочинки робота-марсохода или надо искать варианты сложнее?

В общем, приглашаю изобретателей и самоделкиных к обсуждению проекта робо-руки для "марсохода". :)

P.S. Приглашаю к обсуждению, поскольку детальки на "телескопическую кость" в количестве 4шт уже едут .. :)
 
Последнее редактирование:

Старик Похабыч

★★★★★★✩
14 Авг 2019
2,006
505
Москва
Сам в голове держу постоянно идею манипулятора.. даже заказал разных серв с китая.
Как я себе представляю (степени не считал пока, все сильно теоретически)
1) На основании стоит поворотная платформа. угол поворота 180 градусов, как у сервы, привод на серву, скорее всего шестерней, можно даже изменить передаточное отношение и увеличить поворот платформы до 270 градусов
2) На платформе 1-ый сустав , наклон вперед назад +90 -90. - имеем наклон в любую сторону 360 градусов.
3) На конце еще один сустав - №2. Наклон желательно иметь больше. Возможно! между суставами 1 и 2 сделать поворотную платформу меньшего размера. по аналогии с =1 ой, что бы можно было за угол "заглянуть"
4) Следующее звено - сама "рука" захват. Далее не продумывал. хотелось бы сделать что то такое, что способно ввернуть лампочку. Пока в мыслях 3 пальца, способных сжиматься разжиматься, хотелось бы регулировать усилие сжатия и крутить суставом на 720 градусов, а то и больше, без ограничения.

Про телескопические удлинители думал, но не активно, первоочередностью было продумать хотя бы начало.
 

Arhat109

★★★✩✩✩✩
9 Июн 2019
378
127
Такая схема почти "классика": "1"+"2" -это 2 степени свободы (вращение + наклон) + "3" в первой части ещё одна степень (наклон) плюсом во второй части ещё (возможно вращение сустава) + "4" если захват вращается в звене "3" то ещё степень свободы. Иначе ввернуть лампочку проблематично (только первой платформой или вращение суства "3" целиком), итого 4-5 степеней свободы.

Без вращения в п.3 - подходит классический параллелограмный механизм (а-ля экскаватор). :)

В целом, 5 степеней не дадут "заглянуть за угол" .. маловато будет.

Первым делом ставил как задачу необходимость руке марсохода (кубок РТК) придать возможность захвата банки на поле и складировании её себе в "кузов", с последующим захватом и выгрузкой в заданное место. Как понял, меньше чем 6-ю степенями не обойтись и "экскаваторные" варианты становятся сложной, если вообще решаемой проблемой.

Поэтому сам поначалу остановился на имитационных схемах и пришел к решению "типового сустава" с 2-я сервами на 2 степени свободы - "наклон + вращение". И вот тут, возникла потребность в "выдвижном сегменте", т.к. появилась идея не гонять шасси за банкой и дотягиваться до неё из текущего места...

Но, сейчас, спроектировав выдвижную часть (жду, едет необходимое) понимаю, что зря сбросил со счетов "экскаваторный" вариант, т.к. передавать мех. движение "дальше" в нем можно, в т.ч. и вращение второй платформы .. и вот теперь, сижу у "заново разбитого корыта" годной идеи.. :)

P.S. Ну и для дальнейшего .. интересна сборка пары таких рук (все тот же Марсоход - на развитие), чтобы можно было научить его собирать самого себя из деталек Лего (все те же идеи в тот же проект Ардуино как Лего).. вот .. считаю сколько же степеней ему надо и какой захват должен решить задачу "самосборки".. :)
 
Последнее редактирование:

Arhat109

★★★✩✩✩✩
9 Июн 2019
378
127
В общем, в итого, пока едут детальки (похоже это затянется) остановился на таком варианте "телескопического удлинителя" руки робота:
1. Применение шагового двигателя и его оси с кареткой от Флоппи, CD и прочих компьютерных запчастей. Величина хода каретки 55-56м. Зато оно "готовое";
2. Удалось отрисовать размещение вала и каретки практически "во внутренней части" этого "телескопа".
3. Пробный вариант "укороченный" всего на 2 выдвижных звена + несущий корпус.
4. Количество проводов, проходящих через удлинитель 16шт. В применении обыкновенные разьемы шагом 2.54мм матрицей 4х4шт. На тонком конце "папа" на толстом "мама".

Это даст примерные размеры руки 16х16мм тонкий конец стрелы и 24х24мм толстый конец стрелы, с мелким шаговиком. Без него (не знаю ещё размеров) сложенный габарит получается около 80мм в разложенном состоянии +112мм = 192мм.

16 проводов. У меня пока получилось так:
по 2шт на "землю" и "питание" серводвигателей до 6-7.2в + 1шт "5в" - питание датчиков
далее:
Серво двигатель захвата - 1шт.
+ Вращение и поворот кисти (2 степени свободы) - 2 сервы - 2шт.
+ Дачик ультразвуковой дальности на кисти - 2 провода или ИК датчик дальности в 1 шт + "запас" или датчик "касания" при захвате.
+ Датчик цвета (TCS3200) - 3 провода.
Итого, на саму "Кисть" и её "сустав" неободимо не менее 7-8 проводов управления, не считая питания.

Питать сервы можно тем же 5в напряжением, тогда 1 провод питания можно сэкономить, но мне кажется это не разумно, т.к. сложно фильтровать помехи от серв.

Сам удлинитель ("за собой", дальше) потребует или 4 провода для своего шагового двигателя или 2 провода для DC мотора и 2 датчика - концевых выключателя или 2 провода для энкодера .. в любом случае это .. все теже 4 шт. :)
После первого удлинителя, снова потребуется 2 сервы для его поворота и вращения (2 степени свободы) - ещё 2 провода.

Таким образом, если рука имеет 2 таких удлинителя, то на втором удлинителе получаем управление:
"Кисть" и её "сустав" - 7-8шт + 1-й "удлинитель" и его "сустав" - 6шт + питание 2-5шт. Итого: 15 - 19 линий: "цейтнот" из проходящей через него матрицы проводов.
Увеличивать матрицу проводов .. не знаю. Кмк, это приведет к "утолщению" руки и значительно.

Как "вариант" можно влепить в руку свой микроконтроллер, достаточно мелкий и передавать ему команды по I2C к примеру..

.. тогда уж и предусмотреть свои мелкие аккумы .. получится "полуавтономная рука Терминатора" :ROFLMAO:
 
Последнее редактирование:

Arhat109

★★★✩✩✩✩
9 Июн 2019
378
127
Наковырял моторчик с валом из старого CD-привода. Рабочая длина вала 60мм, можно получить длину хода до 58мм включительно. Моторчик 10-11ом на обмотку и 5в, типа такого L15S020 должен иметь 20шагов на оборот. Моща около 30гр*см, частота ШИМ(? Pull In Frequency) 1450 PPS. Размер D=15mm L=13mm.
Pull In Frequncy не понял что за параметр.
Драйвером A4988 вроде как должен вполне управляться.

Вал - рабочий ход 60мм, имеет на конце остаток диаметром 2мм, что похоже позволит посадить его на мелкий подшипник 5-2-2 (есть в запасе). Шаг вала 5 оборотов на 1см или около того, угол наклона резьбы около 30*, то есть к-т "усиления" моторчика не более 2х. Рабочий диаметр вала около 2мм.
Итого получаем: 30гр*см *(10/2) * 2 = 300гр .. это "всё" что он сможет таскать в этом виде.

Учитывая, что удлинитель имеет 2 звена и корпус, получаем "рычаг" 4:1 (выдвигаем стрелу полиспастом за счет падения силы): 300/4 = 75гр. т.с. "ожидаемая грузоподьемность". Фигово, но на пробу идеи сойдет.
 
Последнее редактирование:

Arhat109

★★★✩✩✩✩
9 Июн 2019
378
127
Отрисовал наконец-то переднее сечение такого "удлинителя" с укладкой проводков внутри. Пока выкладывать не буду, поскольку результат не очень нравится .. получается если не смещать секции друг относительно друга вперед, то при 5-й секции сечением 14х16мм наружный корпус получается почти 42х62мм при толщине стенок в 2мм каждой секции. Это если полиспасты располагать друг под другом у каждой секции.
Многовато как-то.
А если полиспасты размещать "в круговую" по разным сторонам, то размерчик будет 46х48мм наружного корпуса. Поквадратней, не все равно, имхо, "многовато".
Можно перерисовать на толщину стенок в 1мм (есть и такой пластик в доступе), но уменьшить диаметр шкивов меньше 3мм уже никак.

В итого можно получить габарит 42х62х128мм или 46х48х128мм при длине хода штока в 96мм. (уже едут детальки). При 5-и секциях (как рисовал) наибольшая длина в выдвинутом состоянии 96*4 + 128 = 512мм.

Кмк, очень круто! Но, толстовато .. или нет?
С другой стороны, сустав с 2-я сервами типового размера (MG995, S3003 и пр) получится не меньшей толщины, т.к. размер самой сервы - 40мм. Надо ожидать тоже что-то типа 56х56х56мм или близко.
В общем, пока отложил. В раздумьях..
 

Старик Похабыч

★★★★★★✩
14 Авг 2019
2,006
505
Москва
а что по весу груза ? рычаг в пол метра приличный получается. А на движущей платформе от ее веса много зависит.
 

Arhat109

★★★✩✩✩✩
9 Июн 2019
378
127
Там предполагается 2 таких "рычага" .. вытянутая до упора рука - больше метра :)

Заказал сервы с упором в 25кг*см. Если в суставе перед удлинителем они, то смогут держать на весу: 25000/(512+30) = 46 грамм :)
Можно дополнительно монстрячить "противовес" для улучшения нагрузочных параметров сустава.
:)

О, как вариант: цепляться за "корпус" ко второму сегменту, тогда выдвигаемый "взад" первый корпус может сдвигать противовес.. :)
 

Arhat109

★★★✩✩✩✩
9 Июн 2019
378
127
Это "традиционный подход". И в нем точно также вопрос грузоподъемности упирается в плечо .. только теперь "первого" сустава (на корпусе) или требуется до опора там, где у Вас "лупа" отрисована .. что требует знания высоты этой опоры, а на "неровном грунте" такового нет вовсе. И вообще, корпус может стоят "боком" в любом направлении.. мордой вверх к примеру (наклон).

Вот от этого, традиционного решения и хочу "уйти". :)
 

Arhat109

★★★✩✩✩✩
9 Июн 2019
378
127
Пришли сервы и моторчики .. в ближайшее время восстановлю работу над этим проектом..
 

Буратино

✩✩✩✩✩✩✩
2 Авг 2020
13
0
Не думаю, что жесткость конструкции относиться к програмированию, но без нее не получится точных движений
 

Arhat109

★★★✩✩✩✩
9 Июн 2019
378
127
@Буратино, жесткость там можно обеспечить в пределах возможных "подьемных" нагрузок, ибо моторчики "не ахти" .. пока это больше проверка идеи.. все никак нет времени "восстановить работу над проектом". :(
 

Arhat109

★★★✩✩✩✩
9 Июн 2019
378
127
Вот! И если машинки можно взять и покруче чем SG-90 (приехали до 25кг*см), то габарит такой роборуки оставляет желать лучшего. Отказ от именно такого конструктива с переходом на "выдвижные сегменты" (типа выдвижных многосегментных стрел японских кранов "тещина рука") и есть задача этой темы.

И если в стрелах в реальности используется гидравлика, запихнутая внутрь стрелы, то здесь хочу приспособить небольшой моторчик типа GA12-N20 с редукторами и "винт с гайкой". И есть решение второй проблемы "куда девать провода" при складывании стрелы "внутрь себя", без применения разного рода "барабанов" и "подвешиваний". Всё прячется внутри самой стрелы..

И да, делать ее не из Лего "всю", а полноценной деталью, имеющей соединения к Лего. Компактность такого решения - на пару порядков удобней, кмк. ;)