Prinzip der Lenkgetriebesteuerung des Roboterarms: Wie bewegen Gelenkmuskeln den Roboterarm?

Verstehen, wie dieServoDie Bewegung des Roboterarms öffnet tatsächlich die Tür zum Roboter-Heimwerken. Viele Menschen finden es sehr magisch, wenn sie zum ersten Mal einen Roboterarm sehen, der sich flexibel dreht, und sie sind verwirrt über das Prinzip dahinter. Machen Sie sich keine Sorgen, lassen Sie es uns auseinanderbrechen und zerstören, um es heute zu verstehen.

Was ist das einfache Prinzip eines Lenkgetriebes zur Steuerung eines Roboterarms?

Vereinfacht ausgedrückt ist das Lenkgetriebe das „Gelenk“ und der „Muskel“ des Roboterarms. Man kann es sich wie die Gelenke unseres Körpers vorstellen, wie Schultern und Ellenbogen. Wenn sich der mechanische Arm drehen, heben oder senken möchte, hängt alles von dem kleinen Ding namens abServoum innerlich „Kraft auszuüben“. Im Lenkgetriebe befindet sich ein kleiner Motor sowie ein Satz Untersetzungsgetriebe und ein Bedienfeld. Wenn er den Befehl erhält, dreht sich der kleine Motor mit hoher Geschwindigkeit und geht nach dem Abbremsen durch das Getriebe in eine starke, langsame Rotation über, die gerade noch die Gelenke des Roboterarms antreiben kann. Der gesamte Vorgang ähnelt der Führung Ihres Arms, das Gehirn sendet Anweisungen, die Muskeln ziehen sich zusammen und die Gelenke bewegen sich. Das Lenkgetriebe empfängt den „Befehl“ des elektrischen Signals und dreht sich dann genau in den gewünschten Winkel, und die Armspanne des Roboterarms bewegt sich in Verbindung damit.

So bringen Sie den Roboterarm dazu, sich auf einer vorgegebenen Flugbahn zu drehen

Wenn Sie möchten, dass der Roboterarm der von Ihnen gezeichneten Route folgt, besteht der entscheidende Schritt darin, ein „Skript“ dafür zu schreiben, also zu programmieren. Sie können zunächst eine Computersoftware wie eine IDE verwenden, um klar zu notieren, wann Sie das Gerät einschalten müssenServo, um wie viel Grad und wie schnell man es drehen muss, genau wie beim Schreiben einer Liste von Schritten. Nachdem Sie dieses „Skript“ geschrieben haben, laden Sie es auf die Steuerplatine (z. B. eine Entwicklungsplatine) hoch, die mit dem Servo verbunden ist. Der Kontrollvorstand ist wie ein verlässlicher Direktor. Es sendet zu einem bestimmten Zeitpunkt gemäß dem Skript ein PWM-Signal (Pulsweitenmodulation) an jedes Servo. Diese Art von Signal ist wie ein anderes „geheimes Signal“, das dem Lenkgetriebe sagt: „Du, dreh jetzt auf 30 Grad!“ „Du, dreh dich in der nächsten Sekunde auf 60 Grad!“ Auf diese Weise kann der Roboterarm gehorsam die gewünschte Flugbahn zeichnen.

Welchen Einfluss hat die Wahl des Lenkgetriebes auf die Leistung des Roboterarms?

Die Auswahl eines Servos bestimmt direkt, ob Ihr Roboterarm ein starker Mann oder ein Schwächling, eine geschickte Hand oder ein Parkinson-Kranker ist. Es gibt drei Hauptparameter, die Sie sorgfältig prüfen müssen. Das erste ist das Drehmoment, das normalerweise in Kilogrammzentimetern (kg·cm) gemessen wird und bestimmt, wie viel es tragen kann. Wenn Ihr Roboterarm ein kleines Teil greifen möchte und der Servo schwach ist, schüttelt er nur noch und Sie können ihn überhaupt nicht anheben. Die zweite ist die Rotationsgeschwindigkeit, die Einheit ist Sekunden/60 Grad, was mit der Geschwindigkeit der Aktion zusammenhängt. Die Schweißlinie muss schnell sein und der 3D-Druck muss stabil sein, alles hängt von Ihren Anforderungen ab. Der dritte Punkt ist die Genauigkeit. Digitale Servos sind genauer als analoge Servos und können sicherstellen, dass jede Drehung am gleichen Punkt stoppt. Dies ist sehr wichtig für sich wiederholende und heikle Arbeiten. Genau wie beim Kauf von Schuhen müssen diese zu Ihren Füßen passen. Wenn sie zu groß oder zu klein sind, kannst du nicht schnell laufen.

So koordinieren Sie mehrere Servos, um gegenseitige Störungen zu vermeiden

Roboterarme verfügen im Allgemeinen über mehrere Gelenke, und jedes Gelenk verfügt über ein Servo. Es erfordert etwas Einfallsreichtum, sie vom Kampf abzuhalten und reibungslos zusammenzuarbeiten. Das häufigste Problem ist, dass die Stromversorgung nicht ausreicht. Mehrere Servos üben gleichzeitig Kraft aus und der momentane Strom kann zum Absturz der Hauptsteuerplatine führen. Der erste Schritt besteht also darin, eine externe Stromversorgung vorzubereiten, die stark genug ist. Verlassen Sie sich nicht auf USB-Stromversorgung. Der zweite Schritt ist die zeitliche Koordinierung. Sie müssen in der Programmierung festlegen, ob zuerst der Arm oder zuerst das Handgelenk gedreht werden soll. Wenn die Reihenfolge falsch ist, können Sie sich selbst schlagen. Möchte man beispielsweise einen Gegenstand von links greifen und rechts ablegen, müssen sich Oberarm, Unterarm und Handgelenk gleichzeitig, aber in unterschiedlichen Winkeln bewegen. Dies erfordert den Einsatz von Kinematikalgorithmen. Ein einfaches Verständnis besteht darin, zu berechnen, wie viel Winkel jedes Gelenk beitragen sollte, damit sich der Endeffektor reibungslos bewegen kann.

Ist es schwierig, den Drehwinkel des Lenkgetriebes zu programmieren?

It’s really not that difficult, even a novice can get started quickly with the right tools. The most commonly used hardware is, combined with the servo library, a few lines of code can make the servo move. Sie müssen nur verwenden.write(Winkel);Wenn Sie den Befehl eingeben, füllen Sie die Klammern mit einer Zahl zwischen 0 und 180 aus, und der Servo dreht sich gehorsam in diese Position. Wenn Sie möchten, dass es sich wie eine Welle bewegt, fügen Sie a hinzufürSchleife, um den Winkel langsam von 0 auf 180 zu erhöhen und dann von 180 auf 0 zu verringern. Wenn Sie komplexe Roboterarmbewegungen implementieren möchten, z. B. das Zeichnen eines Quadrats, müssen Sie die Gelenkwinkel entsprechend den vier Eckpunkten berechnen und dann ein Array verwenden, um die Winkel zu speichern und sie vom Programm einzeln ausführen zu lassen. Dieser Vorgang ähnelt ein wenig dem Klavierspielen. Sie drücken die Tasten nacheinander (Anweisungen senden) und die Musik (Aktion) ertönt.

Wie kalibriert man das Lenkgetriebe, wenn seine Drehgenauigkeit nicht ausreicht?

Bei heiklen Arbeiten kann es vorkommen, dass sich das Servo nicht präzise genug dreht. Der Befehl lautet 90 Grad, es werden aber nur 88 Grad erreicht. Dies wird als Fehler bezeichnet. Dies kann ein Qualitätsproblem des Servos selbst sein oder durch eine leichte Verformung der mechanischen Armstruktur verursacht werden. Der erste Schritt bei der Kalibrierung besteht darin, die Nullposition physikalisch zu finden. Sie entfernen den Servoarm, senden ihm ein 90-Grad-Signal, stellen den Servoarm dann manuell auf die physische 90-Grad-Position ein und installieren ihn, um so eine Grundlinie festzulegen. Der zweite Schritt ist die Softwarekompensation. Sie messen die tatsächliche Abweichung. Wenn die Abweichung beispielsweise jedes Mal 2 Grad beträgt, schreiben Sie im Code den Befehl als 92 Grad, wenn Sie ihn um 90 Grad drehen möchten. Durch die Messung einiger weiterer Punkte können Sie eine Kalibrierungskurve anpassen und in den Code schreiben, wodurch die Genauigkeit erheblich verbessert werden kann.

Haben Sie nach der Lektüre bereits eine gute Vorstellung davon, wie ein Servo einen Roboterarm antreibt? Möchten Sie es selbst ausprobieren? Stellen Sie sich vor, wenn Sie Ihr erstes kleines Projekt machen würden, welche kleinen Dinge im Leben würden Sie damit am liebsten festhalten? Willkommen im Kommentarbereich, um über Ihre Kreativität zu plaudern. Wenn Sie den Artikel nützlich finden, vergessen Sie nicht, ihn zu liken und zu teilen, damit mehr Menschen mitmachen können!