Arduino удирдлагатай робот гар W/ 6 градусын эрх чөлөө: 5 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:03

Би робот техникийн бүлгийн гишүүн бөгөөд жил бүр манай бүлэг жил бүр зохион байгуулдаг Mini Maker Faire-д оролцдог. 2014 оноос эхлэн жил бүрийн арга хэмжээнд зориулж шинэ төсөл барихаар шийдсэн. Тухайн үед надад арга хэмжээ болохоос нэг сарын өмнө ямар нэгэн зүйлийг нэгтгэж, юу хийхийг хүсч байгаагаа огт мэдэхгүй байсан.

Нэг гишүүн найз маань "сонирхолтой нээлттэй эх сурвалжтай робот гар хийц" гэсэн линкийг оруулсан нь миний сонирхлыг хамгийн дээд хэмжээнд хүргэлээ. Төлөвлөгөөнүүд нь ямар ч хяналтгүй, хянагчгүй гар байв. Миний цаг хугацааны хязгаарлагдмал байдлыг харгалзан үзвэл энэ нь үнэхээр сайн эхлэл болсон юм шиг санагдсан. Ганц асуудал бол надад үнэхээр эхлэх хэрэгсэл байхгүй байсан.

Бүлгийн зарим гишүүдийн тусламжтайгаар би нийлэг эд ангиудыг хайчилж аваад над руу илгээж, мөн доор үзүүлсэн 3D хэвлэсэн хоёр хэсгийг авч чадсан. Тоног төхөөрөмжийн захиалга, орон нутгийн тоног төхөөрөмжийн дэлгүүрт хийсэн хэд хэдэн аялалтай хослуулан үйл явдлын өмнөх орой би ажлын төслийг дуусгасан.

Дүрмээр бол, доороос олж харсан зүйлүүд рүү нягтруулсан түүхийн тухай болон хэд хэдэн хувилгаан дүрүүд байдаг. Хэрэв та түүхийг сонирхож байвал илүү ихийг эндээс авах боломжтой:

Алхам 1: Танд хэрэгтэй зүйл бол техник хангамж ба цахилгаан хэрэгсэл юм

Төслийн анхны дизайнер Европт амьдардаг байсан бөгөөд дараа нь хэмжих хэмжүүр, тэнд түгээмэл хэрэглэгддэг материалыг ашигласан. Жишээлбэл, түүний биед ашигладаг хэвлэлийн самбар нь 5 мм зузаантай байв. АНУ -д ижил төстэй материал нь ойролцоогоор 3.7 мм зузаантай 1/8 хэмжээтэй байдаг. Энэ нь анх хэвлэх зориулалттай нүхний цоорхойг үлдээсэн. Зургийг засахын оронд би эдгээр үеийг бэхлэхийн тулд Gorilla Glue -ийг ашигласан.

Тэрээр мөн АНУ дахь танай орон нутгийн тоног төхөөрөмжийн дэлгүүрт стандарт бус M3 урсгалтай самар, боолтыг ашигласан. Эдгээрийг орон нутгийн сонголтуудад хөрвүүлэхийн оронд би доорх хэсгүүдэд үзүүлсэн шиг тоног төхөөрөмжийг онлайнаар захиалсан.

• 22 - M3 x 0.5 x 23mm зогсолт
• 15 - М3 х 15 мм -ийн зайтай
• 40 - М3 эрэг
• M3 Hex самар
• М3 25 мм эрэг
• 1 - Хавар
• 3/4 "Хоёр талт холбох соронзон хальс
• 5 - SG 5010 TowerPro Servo
• 1 - SG92R TowerPro мини servo
• 1 - SG90 TowerPro мини servo
• 2.54 мм -ийн нэг мөр шулуун зүү толгой
• 1 - Хагас хэмжээтэй талхны самбар
• 1 - Эмэгтэй/Эр 'Өргөтгөлийн' холбогч утас - 40 x 6"
• 1 - 12 "x 24" цэнхэр нийлэг хуудас эсвэл дуртай үйлчилгээ үзүүлэгчийн лазер хайчлах хэсэг
• 2 - 3mm x 20mm + 4mm x 5mm хамтарсан холхивч 3D хэвлэсэн (доороос үзнэ үү)
• 1 - Хяналтын самбар *Утасны хэсгийн тэмдэглэлийг үзнэ үү
• 1 - Сарнисан RGB (гурван өнгийн) 10 мм LED
• 1 - Ардуино Уно
• 1 - Стандарт LCD 16x2 + нэмэлт - цэнхэр дээр цагаан
• 1 - i2c / SPI тэмдэгт бүхий LCD үүргэвч
• 1-Adafruit 16-суваг 12 битийн ХОУХ/Servo драйвер
• 1 - MCP3008 - SPI интерфэйстэй 8 сувгийн 10 битийн ADC
• 3 - JoyStick Breakout Module Sensor *Утасны хэсгийн тэмдэглэлийг үзнэ үү
• DC баррель Жак
• AC -аас DC адаптер
• Servo Өргөтгөлийн кабель - төрөл бүрийн урттай

Энэ гарны бараг бүх эд ангиудыг 1/8 инчийн нийлэгээс хайчилж авсан байна. Түүнчлэн, анхны боловсруулсан загвар нь холхивчийн босоо аманд 7 мм өндөртэй байх ёстой. Би дээд гараа угсарч эхлэхэд эдгээр нь TowerPro servo -ийн өндрөөс болж хэт өндөр байсан нь хурдан тодорхой болов. Би ердөө 3 мм -ийн өндөртэй сууринтай шинэ хамтарсан холхивчтой байх ёстой байсан. Та servos -ийн харьцангуй өндрийг анхаарч, хоёр доод гарны хоорондох зайг анхаарч үзэхийг хүсч байна.

Servo өндөр + servo эвэр + үений холхивч + хоёр талт соронзон хальс = 47мм +/- 3мм.

Алхам 2: Гарны угсралт

Эхлэхээсээ өмнө бүх servo -г төвд байрлуулахаа мартуузай! Хэрэв барилгын явцад ямар ч үед, хэрэв та servo -ийн байрлалыг гараар шилжүүлэх юм бол хүрээ рүү бэхлэхээсээ өмнө үүнийг шинэчлэх шаардлагатай болно. Энэ нь үргэлж эв нэгдэлтэй хөдөлж байх ёстой морины servo -ийн хувьд маш чухал юм.

1. М3 25мм -ийн эрэг ба зургаан өнцөгт самар ашиглан үндсэн servo -ийг дээд суурийн хавтан дээр холбоно. ТАЙЛБАР: Ашиглах явцад самар сулрахыг багасгахын тулд утаснуудад битүүмжлэл түрхэж болно.

2. Хэрэв та дээр дурдсан хэсгүүдийн жагсаалтыг ашиглаж байгаа бол дараа нь та 5 үндсэн тусгаарлагчийг угсарч, M3 x 0.5 x 23mm хэмжээтэй 2 ширхэгийг хооронд нь холбож, дараа нь дээд хавтан дээр зургаан өнцөгт самараар бэхлэхийг хүсч байна.
3. Доод талын хавтанг 5 М3 боолтоор бэхлэнэ.
4. Мөрний хавтанг нийлэг аюулгүй цавуу ашиглан хоёр servo холбох хавтан дээр холбоно. Би энд Gorilla Glue -ийг хэрэглэсэн. ТАЙЛБАР: Хоёр servo хавтан тус бүр ар талдаа нүхтэй бөгөөд тэдгээрийг холбох арматурын зайг оруулах боломжийг олгодог. Нүхнүүд хоорондоо таарч байгаа эсэхийг шалгаарай!* Цавуу бэлэн байгаа бол үргэлжлүүлээд бугуйны бэхэлгээний хавтанг хавчаарын үндсэн хавтангаар холбоно уу.* Нэмж дурдахад бугуйны servo хавтанг бугуйны хоёр үений хавтан дээр нааж болно. Доор тайлбарласны дагуу эдгээрийг хооронд нь бослого гаргахын тулд би үүнийг сонгоогүй юм.

5. Одоо эдгэрсэн мөрний угсралтыг үндсэн servo дээр бэхлээрэй. Би servo -д багтсан хамгийн өргөн эвэр ашигласан бөгөөд энэ нь зургаан ишний бэхэлгээний эвэр байв.

6. Мөрний доод хэсэгт гарын хүрээ бэхлэх нь төвөгтэй байж магадгүй юм. Би үргэлжлүүлэхээсээ өмнө эвэрийг доод гарын хүрээ рүү бэхлэхийг санал болгож байна. ТАЙЛБАР: Мөрний угсралт хийх зориулалттай servo -оо хүрээ рүү холбохоосоо өмнө төвд байрлуулсан эсэхийг шалгаарай. Эдгээр хоёр servo нь нэг дор хөдөлж байх ёстой бөгөөд хэрэв буруу байрлуулсан бол хамгийн багадаа servo jitter үүсгэх бөгөөд хэрэв буруу тохируулбал хүрээ эсвэл servos -ийг гэмтээж болзошгүй юм. * Мөрний servo бүрийг хаалтанд бэхэлгээний хавтангийн ар талд байрлуулсан бөгөөд энэ нь servo -ийг хавтангаар дамжуулахын оронд эвэрийг servo босоо ам руу өнцгөөр түлхэж боолтыг бэхлэх боломжийг олгоно. Сервог бэхэлгээний тавцан дээр хараахан бэхжүүлж болохгүй. * Дараа нь дотор талын серво нэмж, гараа холбоно уу
7. Дугуйн дээд хүрээ ба servos -ийг угсарч, servos -ийг гарны завсраар түлхэж, дараа нь хоёр гарны дээд хавтангийн хоорондох зайг оруулаад M3 эрэг ашиглан бэхлээрэй.
8. Тохойн үений тусгаарлагчийн ар талд хоёр талт наалдамхай тууз нэмж, илүүдлийг нь хайчилж ав.
9. Тохируулагчийн үүргийг гүйцэтгэх servo -ийн доод хэсэгт зайг холбоно уу.
10. Дээд гарны угсралтыг доод гарны угсрах хүрээ рүү шургуулж, servo эвэрний боолтыг бэхлэнэ.
11. Доод гарын хоёр хавтангийн хооронд арматурын бэхэлгээ нэмнэ. Би жингээ хасахын тулд дөрвийн оронд хоёрыг ашигласан.
12. Бугуйны дээд үений арын хэсэгт хоёр талт наалдамхай тууз нэмж, илүүдлийг нь хайчилж ав.
13. Бугуйн холбогчийг гүйцэтгэх servo -ийн ёроолд зайг холбоно уу.
14. Бугуйны гаднах хавтанг бугуйн servo эвэрт холбож, эвэр боолтоор бэхлэнэ.
15. Бугуйн хоёр servo хавтанг бугуйны үений хоёр хавтан ба зогсоолоор угсарна.
16. Серво хавчаар дээр бугуйн servo -ийг servo хавтан дээр бэхлээрэй.
17. Эвэрний эрэгний нүх бөглөрсөн тул хавчаарыг уг эвэрт холбохоос өмнө бугуйны эвэрийг servo -д бэхлэх шаардлагатай болно.
18. Бариулын servo эвэрийг servo -д холбохын өмнө gripper -ийн хэсгүүдийг бэхлэхийн тулд сул угсарна. Энэ нь өмнөх шатанд эвэрээ шургуулах орон зай гаргах боломжийг танд олгоно.
19. Бариулын эвэрийг servo -д холбож, хавчаарын холболтыг бэхэлсэн боолтыг чангална. ТАЙЛБАР: Эдгээр самар, боолтыг чангалж болохгүй, учир нь бариулыг хөдөлгөхийн тулд суллах хэрэгтэй.

Алхам 3: Утас ба хяналтын самбар

Би энэ төслийг дараа нь боловсролын төсөл хэрэгжүүлэх талаар олж авсан санаагаа хөгжүүлэх платформ болгон бүтээсэн. Тиймээс миний ихэнх холболтууд нь энгийн дюпон холбогч юм. Миний хийсэн цорын ганц гагнуур бол MCP3008 байв. Хэрэв та энэ бүрэлдэхүүн хэсгийн таслах самбарыг олж чадвал энэ гарыг гагнуургүйгээр хийх боломжтой байх ёстой.

3 бүлэг бүрэлдэхүүн хэсгүүд байдаг:

1. Оролтууд - Эдгээр зүйлс нь хэрэглэгчийн мэдээллийг хүлээн авдаг бөгөөд joystick болон mcp3008 ADC -ээс бүрдэнэ.
2. Үр дүн - Эдгээр зүйлс нь хэрэглэгчдэд статус харуулах эсвэл байрлалын өгөгдөл бүхий сервосуудыг шинэчлэх замаар өгөгдлийг дэлхийд дамжуулдаг. Эдгээр нь LCD дэлгэц, LCD үүргэвч, RGB LED, Servo драйверын самбар, хамгийн сүүлд servo юм.
3. Боловсруулах - Arduino нь оролтын өгөгдлийг хүлээн авдаг сүүлчийн бүлгийг ороож кодын зааврын дагуу өгөгдлийг гаралт руу түлхдэг.

Дээрх Fritzing схемд бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн зүү холболтыг нарийвчлан харуулав.

Оролт

Бид оролтоос эхэлнэ. Жойстик бол аналог төхөөрөмж бөгөөд энэ нь Arduino -д оролт болгон хувьсах хүчдэл өгдөг гэсэн үг юм. Гурван джойстик тус бүр X ба Y гэсэн хоёр аналог гаралттай (дээш, доош, зүүн баруун) Arduino -д нийт 6 оролт хийдэг. Arduino Uno нь 6 аналог оролттой байдаг боловч I2C -ийг дэлгэц болон servo хянагчтай холбохын тулд бид эдгээр хоёр зүүг ашиглах шаардлагатай болно.

Үүний улмаас би MCP3008 аналогийг тоон хөрвүүлэгч (ADC) -д оруулсан болно. Энэхүү чип нь 8 хүртэлх аналог оролтыг хүлээн авч Arduino -ийн SPI холбооны зүүгээр дижитал дохио болгон хөрвүүлнэ.

• MCP Pins 1-6> Эрхий хурууны джойстикийн хувьсах гаралт
• MCP Pins 7 & 8> Холболт байхгүй байна
• MCP Pin 9 (DGND)> Газар
• MCP Pin 10 (CS/SHDN)> Uno Pin 12
• MCP Pin 11 (DIN)> Uno Pin 11
• MCP Pin 12 (DOUT)> Uno Pin 10
• MCP Pin 13 (CLK)> Uno Pin 9
• MCP Pin 14 (AGND)> Газар
• MCP Pin 15 ба 16> +5V

Схемийн джойстик холболтыг зөвхөн жишээ болгон харуулав. Ямар джойстик худалдаж авах, хэрхэн суурилуулахаас хамаарч таны холболт минийхээс өөр байж болно. Жойстикийн өөр өөр брэндүүд өөр зүүтэй байж болно, мөн X ба Y -ийг өөр өөрөөр чиглүүлж болно. ADC дээрх оролт бүр юу илэрхийлж байгааг ойлгох нь чухал юм. Зүү бүр миний код дахь дараах харилцааг илэрхийлнэ.

• Зүү 1 - Суурь - Энэ зүү дээрх аналог өгөгдөл нь робот дээрх хамгийн бага servo -ийг эргүүлэх болно
• Зүү 2 - Мөр - Энэ зүү дээрх аналог өгөгдөл нь үндсэн servo дээрх хоёр servo -ийг эргүүлэх болно
• Зүү 3 - Тохой - Энэ зүү дээрх аналог өгөгдөл нь дараагийн servo -ийг мөрний тэнхлэгээс дээш эргүүлэх болно
• 4 -р зүү - UP/DN бугуй - Энэ зүү дээрх аналог өгөгдөл нь бугуйны servo -ийг эргүүлж, хавчаарын угсралтыг дээшлүүлж, бууруулна.
• 5 -р зүү - Gripper - Энэ зүү дээрх аналог өгөгдөл нь хавчаарыг нээж хаах болно
• Зүү 6 - Бугуйг эргүүлэх - Энэ зүү дээрх аналог өгөгдөл нь бариулыг эргүүлэх болно

ТАЙЛБАР: Эд ангиудын жагсаалтад дурдсан эрхий хурууны джойстикийг худалдаж авах, холбохдоо модулийн чиглэл нь минийхээс өөр байж болохыг анхаарна уу. Түүнчлэн, хэрэв та миний 3D хэвлэсэн хяналтын самбарыг ашиглаж байгаа бол бэхэлгээний нүхийг надаас сольж болно.

Гаралт

Adafruit PWM/Servo Controller нь энэхүү төслийг маш энгийн болгодог. Сервүүдийг servo толгой руу холбоход л бүх хүч, дохионы холболтыг зохицуулдаг. Хэрэв та нэмэлт урт залгууртай servo олоогүй бол та бүх servo кабелиуд нь хянагчийн самбар дээр хүрэхийн тулд янз бүрийн урттай серво кабелийн өргөтгөлүүдийг авахыг хүсэх болно.

Сервүүдийг дараах байдлаар холбоно.

• Албан тушаал 0 - Үндсэн servo
• Албан тушаал 1 - Мөрний servo (Servo Y кабель)
• Албан тушаал 2 - тохой Servo
• Албан тушаал 3 - Бугуй 1 Servo
• Албан тушаал 4 - Gripper Servo
• Албан тушаал 5 - Бугуй 2 Servo

Нэмж дурдахад VCC ба V + хоёулаа +5 вольт, GND нь газардуулгатай холбогддог.

ТАЙЛБАР 1: Энд нэг том тэмдэглэл байна: Бүх төслийн тэжээлийн хүчдэл нь Servo Control Board дээрх тэжээлийн терминалын блокоор дамжин орж ирж байна. Servo Controller дээрх V+ зүү нь терминалын блокоос хэлхээний бусад хэсэгт тэжээл өгдөг. Хэрэв та Uno -г програмчлах шаардлагатай бол Uno -ийг компьютерт холбохын өмнө V+ зүүг салгахыг зөвлөж байна.

ТАЙЛБАР 2: Би төслийг хүчирхэгжүүлэхийн тулд 6V AC -аас DC -ийн хананд адаптер ашиглаж байна. Би дор хаяж 4А гүйдэл өгөх боломжтой адаптер санал болгож байна, ингэснээр нэг буюу хэд хэдэн servo-ийг холбоход гэнэтийн огцом өсөлт нь таны системийг борлуулж, Arduino-г дахин тохируулахгүй болно.

16X2 LCD дэлгэц нь Servo Controller ашиглаж байгаа I2C интерфэйсийг ашиглахын тулд Adafruit LCD үүргэвчтэй холбогдсон байна. Серво хянагчийн SCL болон үүргэвч дээрх CLK хоёулаа Uno дээрх A5 зүүтэй холбогддог. Үүний нэгэн адил, Servo Controller дээрх SDA болон үүргэвчин дээрх DAT хоёулаа Uno дээрх A4 Pin -тэй холбогддог. Нэмж дурдахад 5V нь +5 вольт, GND нь газардуулгатай холбогдсон байна. Үүргэвчний LAT нь юу ч холбогдоогүй байна.

Эцэст нь RGB LED нь Uno дээрх 7 (RED), 6 (Green), 5 (Blue) зүүтэй холбогдсон байна. LED -ийн газрын хөл нь 330 Ом эсэргүүцэлтэйгээр Ground -тэй холбогддог.

Боловсруулж байна

Эцэст нь хэлэхэд дээр дурдаагүй Arduino холболтуудын үлдэгдэл дараах байдалтай байна: 5V зүү нь +5 вольтод, GND нь газардуулгатай холбогдсон байна.

Тохиргоондоо би талхны хавтангийн хажуугийн төмөр замыг ашиглан бүх цахилгаан болон газардуулгын шугамыг холбож, бүх төхөөрөмжийн I2C тээглүүрийг холбосон.

Алхам 4: Код

Өмнө дурьдсанчлан, би энэ төслийг анх өөрийн нутгийн үйлдвэрлэгч Фэйр -д үзүүлэх зорилгоор хийсэн юм. Үүнийг манай лангуунд байхдаа хүүхдүүд болон насанд хүрэгчдийн хамт тоглохыг хүссэн юм. Энэ нь миний төсөөлж байснаас хамаагүй илүү алдартай байсан тул хүүхдүүд үүнтэй тэмцэж байв. Тиймээс дахин бичих цаг ирэхэд би цагийн хязгаарыг хэрэгжүүлдэг "Демо горим" -ыг оруулсан болно.

Гар тэнд сууж, хэн нэгэн джойстикийг хөдөлгөхийг хүлээж байгаа бөгөөд үүнийг хийхэд 60 секундын тоолуур эхэлнэ. 60 секундын төгсгөлд хэрэглэгчээс оролт авахаа больж, 15 секундын турш "Амрах" болно. Богино хугацаанд анхаарал хандуулдаг тул энэ амрах хугацаа нь модны маргааныг ихээхэн бууруулдаг.

Үндсэн үйл ажиллагаа

Доорх лавлах хэсэгт жагсаасан код нь маш энгийн. Массив нь 6 үеийг хамгийн бага, хамгийн их хэмжээ, гэрийн байршил болон одоогийн байрлалаар хянадаг. Гараа асаахад эхлүүлэх функц нь MCP3008, LCD үүргэвч (дараа нь дэлгэц) -тэй холбогдоход шаардлагатай номын сангуудыг тодорхойлж, LED тээглүүрийг тодорхойлдог. Тэндээс үндсэн системийг шалгаж, гараа гэртээ үргэлжлүүлнэ. Гэрийн функц нь бариулаас эхэлдэг бөгөөд ердийн нөхцөлд холбох боломжийг багасгадаг. Хэрэв гараа бүрэн сунгасан бол гараа асаахаасаа өмнө гараар гэртээ байрлуулах нь дээр. Ерөнхий servo нь түүний байр суурийн талаар санал хүсэлт өгдөггүй тул бид тус бүрийг урьдчилан тодорхойлсон цэг дээр байрлуулж, тус бүр нь хэр хол зөөгдсөнийг хянах хэрэгтэй.

Гол давталт нь эхлээд хүлээх горимд эхэлдэг - төвийн байрлалаасаа холдохын тулд джойстик хайж олох. Ийм зүйл болсны дараа гол давталт нь мужийг тоолох төлөвт өөрчилдөг. Хэрэглэгч джойстик бүрийг хөдөлгөж байх үед джойстикийн харьцангуй байрлал нь одоогийн мэдэгдэж буй байрлалыг нэмэх буюу хасах бөгөөд тохирох servo -г шинэчлэх болно. Нэг чиглэлд servo нь тогтоосон хязгаарт хүрсний дараа джойстик зогсдог. Хэрэглэгч дахин хөдлөхийн тулд джойстикийг нөгөө чиглэлд шилжүүлэх шаардлагатай болно. Энэ нь тоног төхөөрөмжийн зогсолтоос үл хамааран servo -д ногдуулдаг програм хангамжийн хязгаар юм. Энэ функц нь шаардлагатай бол гарын хөдөлгөөнийг тогтоосон ажиллагааны хүрээнд байлгах боломжийг олгодог. Хэрэв джойстикийг төв рүү суллавал хөдөлгөөн зогсох болно.

Энэ код нь зөвхөн ерөнхий эхлэх цэг юм. Та өөрийн хүссэн горимоо хүссэнээрээ нэмж болно. Үүний нэг жишээ нь таймергүй тасралтгүй ажиллах горим эсвэл джойстик товчлууруудыг оролт болгон нэмж бичлэг/тоглуулах горимыг бичиж болно.

Алхам 5: Холбоос ба нөөц

Гарны лавлагаа

• Энэхүү төсөлд урам зориг өгсөн нийтлэл
• Жинхэнэ дизайнеруудын блог бичлэгүүд Миний өөрийн робот зэвсэг Миний мини серво бариул болон дууссан робот гарыг робот гар болон электроникийг үржүүлээрэй.
• Чимээгүй гар
• Thingiverse Mini Servo Gripper

Програм хангамжийн номын сан

• Adafruit PWM/Servo Controller Resources
• MCP3008 номын сан
• MCP3008 мэдээллийн хуудас

Хяналтын самбар ба код

• Миний хийсэн самбарын Tinkercad зураг
• Одоогийн кодын агуулах