Princípio do controle do mecanismo de direção do braço robótico: como os músculos das articulações fazem o braço robótico se mover?

Entendendo como oservofaz o braço robótico se mover, na verdade abre a porta para o robô DIY. Muitas pessoas acham muito mágico quando veem um braço robótico girando de forma flexível pela primeira vez e ficam confusas sobre o princípio por trás disso. Não se preocupe, vamos desmontá-lo e esmagá-lo para entendê-lo hoje.

Qual é o princípio simples do mecanismo de direção para controlar o braço robótico?

Simplificando, a caixa de direção é a “articulação” e o “músculo” do braço robótico. Você pode pensar nisso como as articulações do nosso corpo, como ombros e cotovelos. Se o braço mecânico quiser girar, levantar ou abaixar, tudo depende da pequena coisa chamadaservopara "exercer força" internamente. Dentro da caixa de direção há um pequeno motor, além de um conjunto de engrenagens de redução e um painel de controle. Ao receber o comando, o pequeno motor gira em alta velocidade e, após desacelerar pela engrenagem, transforma-se em uma rotação forte e lenta, que pode acionar apenas as articulações do braço robótico. Todo o processo é como direcionar o braço: o cérebro envia instruções, os músculos se contraem e as articulações se movem. O mecanismo de direção recebe o "comando" do sinal elétrico e, em seguida, gira com precisão no ângulo necessário, e a envergadura do braço robótico se move em conjunto com ele.

Como fazer o braço do robô girar em uma trajetória pré-determinada

Se você deseja que o braço robótico siga a rota que você traçou, o passo principal é escrever um “script” para ele, ou seja, programar. Você pode primeiro usar um software de computador, como IDE, para anotar claramente quando ligar oservo, em quantos graus girar e com que rapidez girar, como se estivesse escrevendo uma lista de etapas. Depois de escrever este "script", carregue-o na placa de controle (como uma placa de desenvolvimento) conectada ao servo. O painel de controle é como um diretor confiável. Ele enviará um sinal PWM (Modulação por Largura de Pulso) para cada servo em um momento preciso de acordo com o script. Esse tipo de sinal é como um "sinal secreto" diferente, dizendo ao leme: "Você, gire 30 graus agora!" “Você, vire 60 graus no próximo segundo!” Desta forma, o braço robótico pode traçar obedientemente a trajetória desejada.

Quanta influência a seleção do mecanismo de direção tem no desempenho do braço robótico?

A escolha de um servo determina diretamente se o seu braço robótico é um homem forte ou fraco, uma mão hábil ou uma doença de Parkinson. Existem três parâmetros principais que você deve observar com atenção. O primeiro é o torque, geralmente medido em quilogramas centímetros (kg·cm), que determina quanto ele pode suportar. Se o seu braço robótico quiser agarrar uma peça pequena e o servo estiver fraco, ele apenas tremerá e você não conseguirá levantá-lo. A segunda é a velocidade de rotação, a unidade é segundos/60 graus, que está relacionada à velocidade da ação. A linha de soldagem precisa ser rápida e a impressão 3D precisa ser estável, tudo depende da sua necessidade. O terceiro é a precisão. Os servos digitais são mais precisos que os servos analógicos e podem garantir que cada rotação pare no mesmo ponto. Isto é muito importante para trabalhos repetitivos e delicados. Assim como comprar sapatos, eles precisam caber nos seus pés. Se eles forem muito grandes ou muito pequenos, você não conseguirá correr rápido.

Como coordenar vários servos para evitar interferência mútua

Os braços robóticos geralmente possuem várias articulações e cada articulação possui um servo. É necessária alguma engenhosidade para impedi-los de lutar e cooperar sem problemas. O problema mais comum é que a fonte de alimentação é insuficiente. Vários servos estão exercendo força ao mesmo tempo, e a corrente instantânea pode causar falha na placa de controle principal. Portanto, o primeiro passo é preparar uma fonte de alimentação externa que seja suficientemente forte. Não conte com alimentação USB. A segunda etapa é a coordenação do tempo. Você deve combinar na programação se deseja girar primeiro o braço ou primeiro o pulso. Se a ordem estiver errada, você pode se machucar. Por exemplo, se você quiser pegar um objeto pela esquerda e colocá-lo à direita, o braço, o antebraço e o pulso devem se mover ao mesmo tempo, mas em ângulos diferentes. Isso requer o uso de algoritmos cinemáticos. Um entendimento simples é calcular quanto ângulo cada junta deve contribuir para que o efetor final possa se mover suavemente.

É difícil programar o ângulo de rotação da caixa de direção?

Na verdade não é tão difícil, mesmo um novato pode começar rapidamente com as ferramentas certas. O hardware mais comumente usado é, combinado com a biblioteca servo, algumas linhas de código podem fazer o servo se mover. Você só precisa usar.write(ângulo);comando, preencha os colchetes com um número entre 0 e 180, e o servo girará para essa posição obedientemente. Se você quiser que ele se mova como uma onda, adicione umparaloop para aumentar lentamente o ângulo de 0 a 180 e, em seguida, diminuir de 180 para 0. Se você deseja implementar movimentos complexos do braço do robô, como desenhar um quadrado, você deve calcular os ângulos das juntas correspondentes aos quatro vértices e, em seguida, usar uma matriz para armazenar os ângulos e deixar o programa executá-los um por um. Este processo é um pouco como tocar piano. Você pressiona as teclas em sequência (envia instruções) e a música (ação) sai.

Como calibrar a caixa de direção se sua precisão de rotação não é suficiente?

Ao realizar trabalhos delicados, você pode descobrir que o servo não está girando com precisão suficiente. O comando é dar 90 graus, mas só chega a 88 graus. Isso é chamado de erro. Isto pode ser um problema de qualidade do próprio servo ou pode ser causado por uma ligeira deformação da estrutura mecânica do braço. O primeiro passo na calibração é encontrar fisicamente a posição zero. Você remove o braço servo, envia um sinal de 90 graus e, em seguida, ajusta manualmente o braço servo para a posição física de 90 graus e instala-o, estabelecendo assim uma linha de base. A segunda etapa é a compensação de software. Você mede o desvio real. Por exemplo, se o desvio for sempre de 2 graus, então no código, quando você quiser girar 90 graus, escreva o comando como 92 graus. Medindo mais alguns pontos, você pode ajustar uma curva de calibração e escrevê-la no código, e a precisão pode ser bastante melhorada.

Depois de ler isso, você já tem uma boa ideia do princípio de um servo que aciona um braço robótico? Quer experimentar você mesmo? Imagine, se você estivesse fazendo seu primeiro pequeno projeto, que tipo de pequenas coisas na vida você mais gostaria de capturar? Bem-vindo a conversar sobre sua criatividade na área de comentários. Se você achar o artigo útil, não esqueça de curtir e compartilhar para que mais pessoas possam participar!