Анализ и проектирование роботизированного манипулятора с микроконтроллерным управлением

В связи с тем, что "умные" вещи начинают заполонять нашу жизнь возникла идея создать одну из них. Если быть более точным создать настольную версию промышленного роботизированного манипулятора, а заодно найти и попытаться решить недостатки его старшего брата. Сбор информации позволил определить путь следования и рамки работы. В итоге получилось создать примерный прототип устройства. По функциям он похож на промышленного робота, но обладает более приспособленным и упрощенным для человека, без навыков общения с роботами, управлением.

Цель проекта: анализ и проработка имеющихся технических решений, выявление их недостатков, разработка новых принципов управления, его упрощения. Задачи: усовершенствование промышленных машин, а так же приспособление их для домашнего(частного) использования в качестве настольного помощника.

В конце 20-го века совершился революционный прорыв в электронике и технике. Но и сейчас темп развития технологий не сбавляет оборотов, и человек старается максимально автоматизировать все процессы своей жизни. В частности, без роботов не обходится ни одно крупное производство, машины выполняют множество функций намного быстрее и точнее человека. Одним из таких устройств является роботизированный манипулятор.

Проведенный анализ ранее запотентованных конструкций выявил, что они являются малоподвижными и неудобными в управлении, что является существенным недостатком. Поэтому, при создании опытного образца за основу была взята открытая разработка британских конструкторов под названием «MeArm». Детальный анализ конструкции выявил ряд недостатков в части плавности и надежности работы. Путем проработки эскизов была построена 3D модель манипулятора с внесенными в неё изменениями, в частности использовалось соединение деталей "паз-шип", а так жеоснова в виде подшипника. Был оптимизирован и доработан программный код изделия, применены новые принципы управления. Основой контроля послужил микроконтроллер ArduinoUNO на базе ATmega328, с подключаемым к нему модулем джойстика. Физические нагрузки несли на себе 4 серовпривода SG-90. Основной программой для 3D моделирования выступила учебная версия Компас 3D (V16). Все компоненты конструкции были напечатаны на 3D принтере типа FDM (выдавливающие материал послойно из сопла-дозатора). Общий вид конструкции показан на рисунке 1.

Рисунок 1 - Обший вид роботизированного манипулятора

Для упрощения 3D печати, все детали были разбиты на группы, что позволило сократить время и повысить качество печати. Последующее тестирование готовой конструкции позволило оценить все плюсы и минусы принятых решений. В частности, использование соединение деталей "паз-шип", позволило повысить устойчивость и жесткость конструкции, так как оно обладает оптимальным сопротивлением сжатию, срезу и раскачиванию, даже в отсутствие клея. Взятый за основу подшипник перенес на себя основную нагрузку, дав возможность двигателю с легкостью поворачивать манипулятор даже с грузом. Использование модуля джойстика упростило управление, позволив управлять всей конструкцией"одним пальцем". Применение микроконтроллера от Arduino упростило процесс программирования и уменьшило энергопотребление устройства. В целом устройство показало себя как вполне работоспособная единица, способная принести пользу и помочь с мелкими бытовыми трудностями. Использование её, в частности, как третей руки для пайки оправдывает себя. Перспектива развития этого проекта направлена на применение более удобных способов управления гаджетом и приспособление его для управления людьми с ограниченными возможностями. 

1. Сайт URL: https://www.mearm.com/
2. Сайт URL: http://www.micropik.com/PDF/SG90Servo.pdf
3. Официальный сайт ардуино URL: https://www.arduino.cc/
4. Компас 3D URL: http://kompas.ru/
5. Андреев И.В. Проектирование механизмов радиоэлектронных средств: учеб. пособие / И.В. Андреев, А.И. Андреев. – Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2006. – 144 с.

Creating a desktop version of the industrial robotic arm , and the search for flaws industrial version . Collection of information possible to determine the path to follow and the scope of work. The result was to create a rough prototype of the device . As it is similar to the functions of an industrial robot , but has a more simplified and adapted to humans , without the skills to communicate with robots controlled .