自己動手，做了一個機(jī)械臂玩一玩
時間：2021-10-25 15:36:16
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[導(dǎo)讀]出品21ic論壇逍遙李網(wǎng)站：bbs.21ic.com先說下背景：前段時間做了一個機(jī)械臂的模型，參考的是比較經(jīng)典常見的結(jié)構(gòu)，兩關(guān)節(jié)的，帶夾爪算是3個自由度，自己玩玩。一、硬件平臺介紹：1.1）先來看看夾爪，使用SG90舵機(jī)，加上兩個齒輪（缺齒齒輪），底部一個固定片，第一次玩這個，都...
出品 21ic論壇 逍遙李
網(wǎng)站：bbs.21ic.com
先說下背景：前段時間做了一個機(jī)械臂的模型，參考的是比較經(jīng)典常見的結(jié)構(gòu)，兩關(guān)節(jié)的，帶夾爪算是3個自由度，自己玩玩。
一、硬件平臺介紹：
1.1）先來看看夾爪，使用SG90舵機(jī)，加上兩個齒輪（缺齒齒輪），底部一個固定片，第一次玩這個，都按簡單的來設(shè)計(jì)的，下面是截圖可以看清楚。
??
1.2）看看裝配起來的整個機(jī)械臂效果，當(dāng)時是為一個履帶車設(shè)計(jì)的，準(zhǔn)備裝在車的前裝甲上，所以夾爪的角度是對地面有點(diǎn)夾角，不過也不怎么影響抓取。
??二、控制與運(yùn)動
其實(shí)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)很簡單的，難的是控制，就目前應(yīng)用中的機(jī)械臂來說，其運(yùn)動學(xué)可以分為正運(yùn)動學(xué)和逆運(yùn)動學(xué)。
正運(yùn)動學(xué)就是“控制各關(guān)節(jié)參數(shù)讓機(jī)械臂的爪子到達(dá)空間某一點(diǎn)”，說簡單點(diǎn)就是把一個東西搬到某處；
而逆運(yùn)動學(xué)與之相反，是“已知空間某一點(diǎn)，計(jì)算各關(guān)節(jié)參數(shù)從而讓機(jī)械臂夾爪到達(dá)該點(diǎn)”。換句話說就是：去空間某一點(diǎn)抓取某物，這個過程對于我們?nèi)祟悂碚f簡直不要太簡單，但對于機(jī)械臂來說非常麻煩，很多時候是有多組解。今天我就這個最簡單的機(jī)械臂，聊一下正運(yùn)動學(xué)問題。
首先對這個機(jī)械臂的關(guān)節(jié)進(jìn)行簡化，夾爪那塊就不管了，把它簡化成一個點(diǎn)D，如圖：
圖中，OC和OA兩桿其實(shí)就是兩個舵機(jī)驅(qū)動的動力臂。接下來就是正運(yùn)動學(xué)中，使用OA和OC兩桿的長度L1，L2，以及其各自對X軸夾角α，β這四個參數(shù)來表達(dá)D點(diǎn)在XOY中坐標(biāo)系的坐標(biāo)，乍一看不好理解，看明白了這個推導(dǎo)過程說簡單也簡單。這里有兩種方法：2.1）直接用坐標(biāo)變換，步驟有點(diǎn)多，不好打字，上圖：
上面的過程，就是先對坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)，再平移。
2.2）如果沒有學(xué)過坐標(biāo)變換或者矩陣有點(diǎn)不好理解，那看看下面這種初中解法，學(xué)過幾何就能理解：
看看兩種方法，對比發(fā)現(xiàn)結(jié)果是一樣的。
三）程序關(guān)于運(yùn)動學(xué)這些我現(xiàn)在還沒使用，只是做了一個藍(lán)牙遙控，通過APP遙控每個關(guān)節(jié)動作，哈哈。
另外，還寫了一個連續(xù)的動作，可以抓取，提升，釋放。
程序使用的是mixly，圖形界面，因?yàn)楹竺婵紤]帶小孩玩的，直接上代碼小孩接受不了，圖形界面就友好多了，理解也容易。
四）改進(jìn)版本的機(jī)械爪樓下網(wǎng)友@LcwSwust提醒注意舵機(jī)掃齒，重新設(shè)計(jì)了一個帶彈簧的機(jī)械爪
?模型搞定后，開始切割，大概2分鐘切好
部分零件設(shè)計(jì)的有“水口”，是為了防止切割內(nèi)部形狀時外部脫離，所以最后可能需要手工處理一下
最后，關(guān)鍵的還要找一只彈簧，這里就用圓珠筆里面常用的那種，切開，分成兩段長度差不多
最后，就是這些零件，按照設(shè)計(jì)圖裝配起來
?總結(jié)一下實(shí)際效果：
首先，的確可以避免掃齒，當(dāng)夾取寬度較打的目標(biāo)時候，爪子的末端關(guān)節(jié)是無法回歸到設(shè)計(jì)位置的，但是由于彈簧的作用，也可以保持一定的加持力，同事，爪子的始端關(guān)節(jié)也就是連接舵機(jī)的關(guān)節(jié)，是可以自由運(yùn)動的，可以準(zhǔn)確運(yùn)動到程序控制的角度，也就避免了掃齒現(xiàn)象。
不足之處：彈簧的拉力不是太足，需要選更合適的彈簧。
第二版夾爪的切割過程
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先說下背景：前段時間做了一個機(jī)械臂的模型，參考的是比較經(jīng)典常見的結(jié)構(gòu)，兩關(guān)節(jié)的，帶夾爪算是3個自由度，自己玩玩。
一、硬件平臺介紹：
1.1）先來看看夾爪，使用SG90舵機(jī)，加上兩個齒輪（缺齒齒輪），底部一個固定片，第一次玩這個，都按簡單的來設(shè)計(jì)的，下面是截圖可以看清楚。
??1.2）看看裝配起來的整個機(jī)械臂效果，當(dāng)時是為一個履帶車設(shè)計(jì)的，準(zhǔn)備裝在車的前裝甲上，所以夾爪的角度是對地面有點(diǎn)夾角，不過也不怎么影響抓取。
??二、控制與運(yùn)動其實(shí)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)很簡單的，難的是控制，就目前應(yīng)用中的機(jī)械臂來說，其運(yùn)動學(xué)可以分為正運(yùn)動學(xué)和逆運(yùn)動學(xué)。
正運(yùn)動學(xué)就是“控制各關(guān)節(jié)參數(shù)讓機(jī)械臂的爪子到達(dá)空間某一點(diǎn)”，說簡單點(diǎn)就是把一個東西搬到某處；
而逆運(yùn)動學(xué)與之相反，是“已知空間某一點(diǎn)，計(jì)算各關(guān)節(jié)參數(shù)從而讓機(jī)械臂夾爪到達(dá)該點(diǎn)”。換句話說就是：去空間某一點(diǎn)抓取某物，這個過程對于我們?nèi)祟悂碚f簡直不要太簡單，但對于機(jī)械臂來說非常麻煩，很多時候是有多組解。今天我就這個最簡單的機(jī)械臂，聊一下正運(yùn)動學(xué)問題。
首先對這個機(jī)械臂的關(guān)節(jié)進(jìn)行簡化，夾爪那塊就不管了，把它簡化成一個點(diǎn)D，如圖：
圖中，OC和OA兩桿其實(shí)就是兩個舵機(jī)驅(qū)動的動力臂。接下來就是正運(yùn)動學(xué)中，使用OA和OC兩桿的長度L1，L2，以及其各自對X軸夾角α，β這四個參數(shù)來表達(dá)D點(diǎn)在XOY中坐標(biāo)系的坐標(biāo)，乍一看不好理解，看明白了這個推導(dǎo)過程說簡單也簡單。這里有兩種方法：2.1）直接用坐標(biāo)變換，步驟有點(diǎn)多，不好打字，上圖：
上面的過程，就是先對坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)，再平移。
2.2）如果沒有學(xué)過坐標(biāo)變換或者矩陣有點(diǎn)不好理解，那看看下面這種初中解法，學(xué)過幾何就能理解：
看看兩種方法，對比發(fā)現(xiàn)結(jié)果是一樣的。
三）程序關(guān)于運(yùn)動學(xué)這些我現(xiàn)在還沒使用，只是做了一個藍(lán)牙遙控，通過APP遙控每個關(guān)節(jié)動作，哈哈。
另外，還寫了一個連續(xù)的動作，可以抓取，提升，釋放。
程序使用的是mixly，圖形界面，因?yàn)楹竺婵紤]帶小孩玩的，直接上代碼小孩接受不了，圖形界面就友好多了，理解也容易。
四）改進(jìn)版本的機(jī)械爪樓下網(wǎng)友@LcwSwust提醒注意舵機(jī)掃齒，重新設(shè)計(jì)了一個帶彈簧的機(jī)械爪
?模型搞定后，開始切割，大概2分鐘切好部分零件設(shè)計(jì)的有“水口”，是為了防止切割內(nèi)部形狀時外部脫離，所以最后可能需要手工處理一下
最后，關(guān)鍵的還要找一只彈簧，這里就用圓珠筆里面常用的那種，切開，分成兩段長度差不多
最后，就是這些零件，按照設(shè)計(jì)圖裝配起來
?總結(jié)一下實(shí)際效果：首先，的確可以避免掃齒，當(dāng)夾取寬度較打的目標(biāo)時候，爪子的末端關(guān)節(jié)是無法回歸到設(shè)計(jì)位置的，但是由于彈簧的作用，也可以保持一定的加持力，同事，爪子的始端關(guān)節(jié)也就是連接舵機(jī)的關(guān)節(jié)，是可以自由運(yùn)動的，可以準(zhǔn)確運(yùn)動到程序控制的角度，也就避免了掃齒現(xiàn)象。
不足之處：彈簧的拉力不是太足，需要選更合適的彈簧。
第二版夾爪的切割過程
本文系21ic論壇網(wǎng)友逍遙李原創(chuàng)，資料下載請點(diǎn)擊“閱讀原文”內(nèi)下載版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除。
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