Я хочу створити робототехнічну руку, яка може підняти корисну вагу (наприклад, 3-6 кг на руку, яка може доходити до приблизно 1,25 метра). Які виконавчі механізми доступні для цього. Основні фактори та моменти проектування:

• Недорогий
• 5 - 6 доф
• бути встановленим на ще розробленій мобільній платформі
• живиться від акумулятора
• сильніше сервісних сервісів хобі (принаймні для суглобів «плечі» та «лікті»)
• не повільно спрацьовувати

Які приводи підходять для вашої програми, дуже залежить від того, яку ручку робота ви хочете скласти. Після того, як ви вирішили, яку саме ручку ви хочете, ви можете визначитися з відповідним приводом для кожної осі .

Арм

Якщо припустити, що ви описуєте, що козловий робот не був би життєздатним, то, залежно від вашої конкретної програми, ви можете розглянути руку SCARA над шарнірною рукою , про що думають більшість людей, думаючи, що це робота .

Велика перевага рукоятки SCARA полягає в тому, що більша частина її підйомної сили полягає в її підшипниках. Основні плечові, ліктьові та зап'ясткові суглоби розташовані в плоскій площині, а це означає, що двигуни повинні бути достатньо міцними, щоб створювати необхідні бічні сили, їм не потрібно підтримувати вагу осей, що залишилися.

Вісь Z, нахил і рулон (і, очевидно, зчеплення) повинні працювати проти гравітації, але вісь Z легко пересуватися досить сильно, щоб можна було підтримувати велику вагу, а осі нахилу, кочення та зчеплення повинні підтримувати лише вага корисного вантажу, а не вага інших осей.

Порівняйте це з шарнірною рукою, де багато осей мають підтримувати вагу всіх осей далі за кінематичним ланцюгом .

Приводи

Козлові роботи

Зазвичай козловий робот використовуватиме лінійні приводи для основних осей X, Y & Z. Це можуть бути низька продуктивність, низька точність, великі зусилля приводів, такі як свинцевий гвинт із сервоприводом або кроковим приводом (сила і продуктивність можна торгувати, але точність завжди буде обмежена люфтом), аж до високої продуктивності, високої точності лінійні двигуни прямого приводу з точними датчиками.

Залишився 3DOF-маніпулятор зазвичай вимагає точного обертального руху для нахилу, кочення та позіхання, тому зазвичай електричний двигун (кроковий або сервопривід) буде найбільш підходящим. Навіть невеликий мотор з досить високою передачею може протистояти силі тяжіння проти досить високих навантажень.

Відбій від сервоприводів проти крокових двигунів

Різниця між сервоприводом ⁽¹⁾ та кроком - це компроміс між складністю та визначеністю контролю.

Сервомотору потрібен кодер для зворотного зв'язку з положеннями, тоді як кроковий відсутній. Це означає, що степпер електрично набагато простіше , а з точки зору управління простіше, якщо ви хочете низької продуктивності.

Якщо ви хочете отримати максимум використання свого мотора (натискаючи його близько до межі), то степерам набагато важче передбачувано керувати. За допомогою зворотного зв’язку з позицією на сервоприводі ви можете налаштувати продуктивність набагато агресивніше, і оскільки ви знаєте, якщо не вдасться досягти його цільового положення чи швидкості, то ваш цикл сервоприводу отримає інформацію про це та виправлення.

За допомогою крокового кроку ви повинні налаштувати систему, щоб ви могли гарантувати, що вона завжди може зробити крок, незалежно від бажаної швидкості переміщення чи ваги корисного вантажу. Зауважте, що деякі люди запропонують додати кодер, щоб виявити пропущені кроки на кроковій моторі, але якщо ви збираєтесь це робити, то, можливо, ви б в першу чергу використали сервомотор!

СКАРА рука

З важелем SCARA вісь Z, мабуть, єдина лінійна вісь, тоді як інші осі можна виконати за допомогою обертового двигуна, тому знову кроковий або сервомотор. Розміри цих двигунів відносно прості, оскільки вага, що перевозиться, для багатьох з них менш важливий. Мотор, необхідний для подолання інерції навантаження, є меншим, ніж його розмір для подолання сили тяжіння.

Зчленована рука

Зі шарнірною рукояткою розрахунки складніші, тому що більшість осей потребуватимуть приводи розміром залежно від переміщення вантажу та його підняття, але знову-таки електродвигун найпростіший в управлінні та використанні.

Захоплювач

Нарешті є захват. Саме тут я бачив найбільше різноманіття в приводах. Залежно від ваших застосувань, ви можете легко використовувати будь-яку кількість різних приводів.

Я використовував системи з традиційними моторними захватами, лінійні приводи в дію, п’єзозахоплювачі , пневматичні приводи , пневматичні засувки , вакуумні підбирачі та прості пази або гачки серед інших, багато з яких були специфічними для застосування. Ваша типова корисна навантаження може істотно змінити привід, який найкраще підходить для вас. ⁽²⁾

Виконуючи кальку

Як говорить Rocketmagnet, в кінцевому рахунку вам доведеться вибити свій калькулятор.

Вам потрібно буде враховувати кінематику вашої системи, максимальне навантаження на кожен двигун (враховуючи найгірший випадок із повністю витягнутою рукою, якщо ви використовуєте шарнірну конструкцію кронштейна), швидкість (менший двигун із більшою передачею може дати сила, яка вам потрібна без швидкості, але двигун б'єфера може дати вам більший крутний момент з меншою передачею та більшою швидкістю тощо) та необхідну точну позицію.

Загалом, чим більше грошей ви кинете на проблему, тим краще отримаєте продуктивність (швидкість, точність, енергоспоживання). Але аналіз специфікацій та прийняття розумних рішень щодо покупки може допомогти оптимізувати ціну / продуктивність вашого робота.

^{(1) Зауважте, що мій досвід стосується промислових сервоприводів , як правило, щіткових або безщіткових двигунів постійного струму з обертовим кодером, тому це може бути, а може і не застосовуватися при хобі- сервоприводах RC .}

^{(2) Я б запропонував розмістити ще одне питання з цього приводу.}

Вибираючи приводи, доцільно почати з обчислення кількості потужності, яка потрібна на кінцевому ефекторі. Коли ви говорите "не надто повільно", ви повинні мати уявлення про те, що це означає, особливо в різних умовах навантаження.

Наприклад, ви можете сказати: 6 кг при 0,2 м / с і 0 кг при 0,5 м / с

Тепер додайте до розрахункової ваги руки: 10 кг при 0,2 м / с і 4 кг при 0,5 м / с

Тепер обчисліть потужність: 100Н * 0,2м / с = 20Вт і 40Н * 0,5м / с = 20Вт

Таким чином, пікова потужність на кінцевому ефекторі становить 20 Вт . Вам знадобиться привід, який може комфортно виробляти більше 20 Вт.

Я зроблю припущення, що ви вирішите використовувати електродвигун як привід. Це все ще виконавчий механізм вибору для потужних систем електричних роботів. (Якщо ви успішно змусите цього робота працювати з м'язовим дротом, не спалюючи майстерню, я з'їм свою мишку).

Оскільки ви використовуєте електродвигун, ви майже напевно будете використовувати якісь передачі. Припустимо, зубчастий потяг на двигуні ефективний приблизно на 50%. Це означає, що вам знадобиться електродвигун потужністю не менше 40 Вт. Якщо ви хочете, щоб це була надійною рукою, я б розраховував мотор потужністю не менше 60 Вт.

Далі вам потрібно проаналізувати зубчастий потяг. Для чого потрібен крутний момент? 100N * 1,25m = 125Nm. Але, як завжди, для зубчастого поїзда потрібно спекулювати більше моменту, ніж це, не в останню чергу тому, що вам знадобиться запасний крутний момент, щоб можна було прискорити навантаження вгору. Виберіть зубчастий потяг, який може зайняти більше ніж номінальне навантаження.

Нарешті, переконайтесь, що крутний момент двигуна, помножений на передавальне число, помножене на ККД, перевищує ваші вимоги до крутного моменту, але не максимальне навантаження на передачу.

Мобільна платформа: Електромеханічний лінійний привід може бути хорошим вибором для легкого приводу, який може бути встановлений на мобільній платформі.

Живлення від акумулятора: електромеханічний лінійний привід є хорошим вибором серед серводвигунів, оскільки лінійні приводи черпають живлення лише тоді, коли він рухається, і йому не потрібна потужність, щоб утримувати своє положення.

5-6 DoF: Це може бути важко досягти за допомогою електромеханічного лінійного приводу, оскільки вони механічно складні і мають обмежений діапазон руху

Ви можете спробувати лінійні приводи від www.firgelli.com. У них також є мініатюрні лінійні приводи, які хороші для невеликого застосування.

Концепція механічної конструкції для кронштейна з використанням лінійного приводу: Більшість обладнання, що рухається на землю, мають лінійний гідравлічний привід. Деякі з'єднання для лінійного приводу можуть бути реалізовані в цій лінії.

Є ще два фактори, які слід врахувати: Складність та вартість.

Промислова робототехнічна рука

промислова робототехнічна рука http://halcyondrives.com/images/robotic_arm.png
^{Зображення з http://halcyondrives.com}

як правило, використовуйте крутний момент від коробки передач для прямого приводу суглоба, тепер подумайте про крутний момент, який має підтримувати зменшення передач, і розмір / вага він буде? Це прості величезні і дорогі, їх матеріали потребують підтримки величезного крутного моменту.

$600Kgf/cm$

Деякі рішення використовує галузь

Швидкохвильова передача або гармонійний привід

^{Зображення з http://commons.wikipedia.org}

$200:1$$~ 10:1$

Але цей вид передач дуже дорогий і складний.

Пружини та противаги

^{Зображення з http://www.globalrobots.ae}

Іншим навіть простим рішенням є додавання противаг, як ви бачите на зображенні. Це зв'язок, щоб діяти як на передпліччя (я забув ім'я), так і на руку. Пружини теж допоможуть, і якщо їх встановити на одній осі суглоба, але трохи змістивши, це додасть більше сили, оскільки рука буде розтягнута.

Недорогі та менш складні рішення для системи механічного приводу

Тепер для менших витрат і менш складних рішень я думаю, що це усунення високого крутного моменту на приводі передач, тому ви можете використовувати менш дорогі матеріали. Для чистого електронного приводу це був би лінійний привід .

Існує різноманітність лінійних приводів. Але ідея полягає в тому, що це займе менше сили (залежно від того, до яких точок руки вона прикріплена).

• "Горіховий" і виворотно-виворітний тип

Цей тип приводу має багато підтипів, що впливає на ефективність, знос, силу та багато іншого. Але в цілому вони мають високу силу і відносну повільну до середньої швидкості (це знову залежатиме від типу, воно може змінюватися швидко, як і ті, що використовуються на деяких тренажерах платформи руху).

6 платформа руху dof з електричними лінійними приводами http://cfile29.uf.tistory.com/T250x250/195BAD4B4FDB0AF104C30F .

Електричні лінійні приводи замінюють гідравлічні лінійні приводи в цьому застосуванні, і вони повинні бути швидкими і міцними, деякі тренажери легко важать більше 2 тонн.

• Пояс або ланцюговий привід

Для більшої швидкості та іншого простого способу використовуються подібний ремінь або ланцюговий привід

^{Зображення з http://images.pacific-bearing.com}

Це, звичайно, промислове виготовлення, це саморобний, і в ньому є більше можливостей для застосування: (так, у ньому є місце для значного вдосконалення, але це хороша форма, щоб показати, наскільки швидко і сильно він може бути навіть у цьому дизайні ). http://bffsimulation.com/linear-act.php

$50Kgf/cm$$50Kgf$

Також підшипники цього приводу повинні підтримувати більшість радіальних зусиль, де в «виворіті і гайці» підшипник буде приймати найбільшу осьову силу. Отже, залежно від сили, вам потрібно використовувати упорний кульковий підшипник .

Я думаю, що найкращим вашим курсом буде звичайний сервопривід хобі, якщо у них не вистачає крутного моменту, використовуйте кілька сервоприводів паралельно на одному стику. Хорошим варіантом були б сервоприводи Dynamixel від Robotis, але вони дорожчі сервісів хобі, і вам доведеться зламати протокол зв'язку, оскільки ними керує ttl / rs232 / rs485, або використовувати конвертер usb2dynamixel (або usb2ax). Перевагами є їх крутний момент, швидкість і точність.