Bracc.ino機械臂開源分享

描述

描述

Bracc.ino 是一個簡單的關(guān)節(jié)臂，由 6 個伺服電機組成，由 Arduino 手柄通過藍牙控制。它是作為一個學校項目誕生的，其目的是模擬工業(yè)機器人。經(jīng)過不同的嘗試，我們可以找到正確的前進方式，我們可以移動機器人。

為了創(chuàng)建最終原型，我們使用不同的生產(chǎn)方法，例如使用激光切割機制作結(jié)構(gòu)，使用 3D 打印機制作銷釘、夾具和底座。

手臂運動由 Arduino 板控制。我們可以使用兩個板之間的藍牙通信發(fā)送有關(guān)要執(zhí)行哪個動作的信息。我們決定使用傳感器 HC-05 來執(zhí)行此操作。

藍牙通訊

藍牙通信包括通過射頻發(fā)送和接收信息。在不需要電線的情況下發(fā)送數(shù)據(jù)可能很有用。所以我們決定找到一種方法來為我們的機械臂創(chuàng)建一個游戲手柄。我們發(fā)現(xiàn)使用 Arduino 是可能的。使用藍牙模塊 HC-05，我們可以通過設(shè)備接收數(shù)據(jù)，但是，對傳感器進行編程，我們也可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一個 HC-05。所以我們找到了一種方法來編程和更改模塊配置。向?qū)Ψ桨l(fā)送數(shù)據(jù)的模塊稱為 MASTER，而接收器則稱為 SLAVE。所以這兩種配置有些不同，但有一些共同點。基本上，要點是：

• 將兩個 Arduino 與 HC-05 傳感器連接，為 EN 引腳（或鍵）供電 5V。然后上傳一個空草圖并打開串行通信。為了簡化程序，我們可以使用兩個不同的 Arduino IDE 窗口同時連接兩個板。

• 現(xiàn)在在串口監(jiān)視器上寫一些文字，我們可以更改藍牙配置。

從配置：serialmonitorsequence

• 寫“AT” ，直到回復“OK”。

• AT+UART=38400。它設(shè)置波特率，藍牙為 38400 波特。

• AT+角色=0。將 HC-05 設(shè)置為從屬模式。

• AT+CMODE=0。它僅用于連接配對設(shè)備

• AT+PSWD=1234。設(shè)置密碼。對主傳感器也使用相同的方法很重要。

主機配置：串口監(jiān)控序列

• 寫“AT”，直到回復“OK”。

• AT+UART=38400。它設(shè)置波特率，藍牙為 38400 波特。

• AT+角色=1。將 HC-05 設(shè)置為主模式。

• AT+RMAAD。清除之前配對的設(shè)備。

• AT+復位。重置模塊。

• AT+CMODE=0。

• AT+INQM=0、5、9。

• AT+初始化。

• AT+查詢。最后三個命令幫助我們搜索從模塊。最后一條命令返回模塊附近設(shè)備的地址。

• 現(xiàn)在我們必須復制正確的地址。如果我們有多個，我們可以控制正確的設(shè)備在“AT+RNAME=<地址>之后粘貼地址。使用逗號而不是冒號很重要。

• 找到正確的設(shè)備，寫“AT+PAIR=
  , 9”

• AT+BIND=<地址>。

• AT+CMODE=1。

• AT+LINK=<地址>

• 如果我們收到“OK”的回復，我們就成功配對了兩個藍牙模塊。

有關(guān)配對過程的更多信息，請訪問鏈接：

http://www.martyncurrey.com/connecting-2-arduinos-by-bluetooth-using-a-hc-05-and-a-hc-06-pair-bind-and-link/

結(jié)構(gòu)說明

學校給了我們很多機會來學習如何使用激光切割和 3D 打印技術(shù)。所以我們能夠創(chuàng)建一個手臂結(jié)構(gòu)，開始在 3D 軟件上繪制它，比如“SolidWorks”。然后，出于美觀的原因，我們選擇使用激光切割機生產(chǎn)結(jié)構(gòu)部件，并使用 3D 打印機制作夾具和底座。操縱桿也是由 3d 打印機創(chuàng)建的。

3D 文件可以在 GrabCAD 平臺上的鏈接中輕松找到：

https://grabcad.com/library/bracc-ino-1

手柄

伺服

使用伺服電機移動手臂的關(guān)節(jié)。它們易于使用，帶有 Arduino 庫，我們可以非常輕松地控制電機角度。但是為了提升結(jié)構(gòu)，我們必須使用一些不同的伺服，具有更高的失速扭矩。伺服MG996R，幫助我們抬起所有的手臂。此外，這種伺服是數(shù)字類型的，也就是說它們比普通的更準確。我們還必須使用 庫而不是普通的 庫。前一個有更多的功能，可以幫助我們模擬更流暢的動作。它還具有控制舵機速度和以異步方式移動它們的功能。

該庫可以在以下鏈接中找到：

https://github.com/netlabtoolkit/VarSpeedServo

抓手

機器人手臂工具現(xiàn)在是一個簡單的抓手，可以懸掛小物體并移動它們。它由我們設(shè)計并由 3d 打印機實現(xiàn)。SG90 伺服電機旋轉(zhuǎn)一個齒輪，該齒輪移動另一個并打開或關(guān)閉爪子。

基礎(chǔ)軸承

另一個有用的組件是基礎(chǔ)軸承。它就像一個輔助滾珠軸承，但它是完全 3D 打印的。它有兩個圓環(huán)，里面有一些滾子，它們具有特殊的形狀，可以毫無問題地滑動。主要功能是幫助底座旋轉(zhuǎn)，避免在木盤上爬行。

命令塊-基礎(chǔ)

在手臂下方有一個塊，里面有機器人的所有電路和電池。它包含 Arduino 板、PCB 和充電電池。該底座手杖可以從地面拆卸，并且可以作為模塊化安裝到其他設(shè)備上。

電路：手臂

手臂電路由與HC-05的 bluettorh 接線組成，并將每個 Servo 連接到 GND、6V 和 PWM 引腳。伺服系統(tǒng)具有不同的電源線，因為它們具有更高的扭矩和更高的供應(yīng)。

電路：手柄

操縱桿電路由相同的藍牙接線組成，增加了兩個操縱桿、兩個按鈕和一個LCD。

操縱桿由兩個微調(diào)器組成，每個微調(diào)器的值由模擬 IN 引腳讀取。按鈕也是如此，但我們必須使用數(shù)字引腳來讀取它是 HIGH（按下）還是 LOW（未按下）。

我們連接到 I2C 模塊的 LCD 顯示器減少了連接數(shù)量，打印了我們移動的伺服方式及其角度。為了使用它，我們找到了一個名為 的特定庫，可以在此處下載：

https://github.com/fdebrabander/Arduino-LiquidCrystal-I2C-library

印刷電路板

由于飛線和電路不清晰的問題，我們想畫一個PCB電路，像屏蔽一樣連接到Arduino Board。我們使用“EasyDA”網(wǎng)站繪制它們，并通過 JLC 網(wǎng)站訂購零件。這樣，電路更清晰，更小，使用更舒適。

代碼功能

對于編程，我們使用 Arduino IDE 軟件，它使用一種非常簡單的編程語言。我們有兩種不同的代碼，一種用于操縱桿 Arduino，另一種用于 Arm 運動。

代碼的主要功能和動作在后續(xù)流程圖中進行了說明，以便于理解。

手柄

對于發(fā)送命令，我們創(chuàng)建了一個代碼列表，由不同的字母組成，表示不同的東西。每個代碼都與一個字母或數(shù)字相匹配，通過藍牙通信發(fā)送到手臂。

在這兩個代碼中都有一個“l(fā)imit()”空白，用于控制伺服角度。如果值大于最大值或小于最小值，則角度返回極限值。最大值和最小值是在第一次裝配時設(shè)置測試伺服電機的，它們可以很容易地改變，修改代碼開頭的變量。

手臂

在代碼的開頭，藍牙模塊搜索數(shù)據(jù)，如果收到信息，它會修改接收到的字母中的“讀取”變量，對應(yīng)一個動作。

此代碼還具有用于控制伺服角度的“限制無效”。

在代碼的 and 處有一個 moveAll() void。我們選擇使用這個函數(shù)而不是在“if”函數(shù)中更新伺服角度，因為這樣每次循環(huán)開始/結(jié)束時，伺服角度都會更新并且電機保持張力。

手臂有兩種模式；正向模式，逐個移動電機，反向模式，移動所有舵機，計算從點坐標開始的角度。

積分保存功能

手臂有趣功能是積分保存方法。它可以保存手臂位置并按順序回放。在正向模式下，代碼會記住所有舵機的角度值，而在反向模式下，它會記住一個點的坐標。

操縱桿在 LCD 上打印保存了哪個點，并在達到最大點數(shù)（實際上是五個，最后加上原點）以及重置內(nèi)存時發(fā)出警報。

反向運動模式

逆模式，而不是直接模式，使用基于逆運動學的算法來查找所有伺服角度。該計算從坐標位置 (x,y) 和夾具點的方向開始。對于這個計算，我們使用幾何方法。事實上，它是基于用 cosin 和 sin 函數(shù)構(gòu)造三角形，我們可以計算所有角度，并將這些值轉(zhuǎn)換為伺服角度。

1- G'點翻譯

首先，我們必須將 G 點轉(zhuǎn)換為 G' 點以簡化逆計算。G 點的 y 也是向上平移 93，以使原點與第一個關(guān)節(jié)重合。

2-直線和斜率_

現(xiàn)在我們可以計算從笛卡爾原點到 G' 點的直線的斜率“m”。

3-圓形交叉口

之后，我們可以畫一個圓心在 G' 和半徑等于鏈接 3 長度的圓。我們知道圓方程，所以我們可以找到直線之間的交點，在 B 點。

簡化這兩個方程，我們可以使用二階求解方法找到 Xb 方程。我們可以通過對圓和直線方程的簡化和收集來找到a、b和c的值。

現(xiàn)在求解二次方程，我們必須取最接近原點的次要值。我們在直線方程中計算 Yb 值代替 Xb。

與使用畢達哥拉斯公式相比，我們計算了原點-B 線的長度。

4-三角角

現(xiàn)在我們可以畫一個三角形，我們知道它的三個邊，分別是“r”長度、鏈接 1 長度和鏈接 2 長度。知道三個邊后，我們可以使用 SSS（side side side）公式找到角度值。

5-三角肌角

之后，我們必須找到最后一個角度，并繪制一個三角形，我們可以找到最后一個。

三角肌由兩個相等的三角形組成，我們知道它們的兩條邊（連桿 2 和連桿 3）和垂直角“delta”。所以計算對角線長度，我們可以計算出A角，我們將完成第二個關(guān)節(jié)角。

6-查找關(guān)節(jié)角度

為了將我們的角度轉(zhuǎn)換為伺服值，我們必須減去和求和我們的角度。

• 對于 Θ1，我們將斜率的角度添加到“c^”角度。

• 對于 Θ2，我們添加“a^”角和 A^ 角并減去 90° 以找到鏈接 1 和鏈接 2 的垂線之間的角度。

• Θ3 是 90° 減去 delta 角。

• Θ4 是角度和“伽馬”角減去 270°。

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