构建一个简单的机械臂

描述

本次迭代继续该项目，从头开始构建一个简单的机械臂，并以迭代 2中的经验教训为基础。

肩部重建手术

重做肩关节的目的是增加扭矩输出。新的变速箱伺服产生 118.8 kg.cm，修改后的臂距肩轴中心 40+ cm 外侧。所以执行器的肩部扭矩应该是~2.97kg.40cm（从上一次迭代中的~0.72kg.30cm增加）

齿轮箱配有 32 毫米外径 39 毫米长的法兰轴。为了让轮毂安装在反面，这被换成了一个 50 毫米长的无法兰铝管。1500 系列 1mm 塑料垫片用于防止第二个轮毂接触变速箱壳体。

肩肘链接现在由两个五孔（1123 系列）模板实现。这些板最终以大约 49 毫米的间隔分离。两个由垫片覆盖的 70mm 螺纹 M4 杆在连杆中间提供交叉支撑。

在肘关节上方和肩关节下方，手臂在结构上与迭代 1 相同。

一个重要的警告是避免过度驱动Hitec HS-788HB齿轮箱伺服。该伺服系统可以旋转七圈（2826 度）并且没有任何物理旋转停止。不要驱动低于 0.600ms 或高于 2.400ms 的 PWM 信号，否则伺服将持续旋转，内部电位器可能会根据伺服的方向与轴分离。

 

 

 

 

1 / 3 •修改后的肩部布局，采用 9:1 变速箱伺服。

 

新传感器

如图所示，在执行器/夹持器组件中添加了通用MPU6050 3 轴陀螺仪、3 轴加速度计。传感器是 I2C 连接的。迭代 3 的软件从传感器检索未处理的读数，但在未来的迭代中，我希望计算更多关于执行器的运动。如照片中所示，传感器 x 轴沿末端执行器定向（即，朝向照片的观看者）。

I2C 连接到 SDA1（引脚 70）SCL1（引脚 71）、3.3V 和 GND 上的 Wire1 Due 端口。

MPU6050 安装在夹持器组件中

 

一个九轨Pololu QTRX-HD-09A 红外反射传感器阵列已安装，为未来的基本旋转绝对编码器做好准备。仅计划使用 8 条轨道。由于连接到引脚 A0-A7（八个数据通道）、5V、GND、D52（偶数控制）、D53（奇数控制）

 

 

 

 

1 / 4 • Pololu QTRX-HD-09A 反射传感器阵列安装

 

新基地 - 镇流器

新的重型底座可防止机械臂在突然移动时翻倒。70 毫米六角支架为容纳微控制器和电子设备开辟了合适的空间。

带有 70mm 黄铜六角支架的新型重型（~3.5kg）钢底座。

 

夹持器修改

原型艺术家的泡沫板“手指套”已添加到夹具中，以延长手指长度，增加抓地力，增加手指宽度，并尝试不同形状的设计。当找到合适的设计时，未来的迭代将着眼于更坚固的材料。

指袖。

 

新的 Arduino 代码

该项目的 Arduino 代码已在此迭代中真正启动。以前的迭代使用基于Adafruit PWM 伺服库示例的代码。这个迭代从那个开始继续。请参阅下面附件部分中项目 GitHub 存储库的链接。代码目前正在开发分支上更新，当有一些有用且稳定的东西时，它将合并到主分支。

仍在进行中的代码设计元素是：

• 手臂、关节、传感器和输入输出 (I/O) 的有限状态机；
• 从串行监视器 I/O 开始，但预计将来还会使用机器人操作系统(ROS) 的接口；
• 建立支持未来迭代的数据结构。

新的测试设备

在迭代 1 和 2 之间，已经开发和获得了几种新的伺服测试方法。

自制的 protoboard 伺服连接器分线器用于将测试点插入伺服线路。该板有一个 LED 指示灯，用于显示电机电源何时带电以及每条伺服线路（5V、GND、PWM 信号）上的测试点。这非常有用，因为示波器仍然是首选的 PWM 测试工具。

自制伺服连接分线板。

 

Gobilda为他们的 2000 系列伺服系统制作了伺服编程器。这是在默认模式和连续模式之间更改伺服系统所必需的（如果有用的话）。它还具有基本的 3 点测试模式和扫描模式。

我还在eBay 上购买了一个（非常）通用的八通道伺服测试控制器板。它运作良好。如上图 Pololu 传感器阵列照片所示。

完成手臂

至少在这次迭代中……它开始让我想起红矮星的Skutter 。

 

 

 

 

1 / 2 •完整的手臂 - 迭代 3。

 

反射

PCA9685 模块的使用源于我的第一个 arm 项目，该项目远离 Arduino Uno 和 Braccio Shield。单独为微控制器供电的不确定性使 PCA9685 模块成为一个舒适的过渡步骤，它保持了与 Braccio Shiel d 的向后兼容性。我觉得不再需要了。Due 有很多可用的引脚。校准 PCA9685 增加了一个额外的步骤，并且 PWM 输出没有达到应有的高度准确。未来的迭代可能会回到直接从 Arduino Due 驱动伺服 PWM。