描述

描述

Bracc.ino 是一個(gè)簡(jiǎn)單的關(guān)節(jié)臂，由 6 個(gè)伺服電機(jī)組成，由 Arduino 手柄通過(guò)藍(lán)牙控制。它是作為一個(gè)學(xué)校項(xiàng)目誕生的，其目的是模擬工業(yè)機(jī)器人。經(jīng)過(guò)不同的嘗試，我們可以找到正確的前進(jìn)方式，我們可以移動(dòng)機(jī)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(jī)制作結(jié)構(gòu)，使用 3D 打印機(jī)制作銷(xiāo)釘、夾具和底座。

手臂運(yùn)動(dòng)由 Arduino 板控制。我們可以使用兩個(gè)板之間的藍(lán)牙通信發(fā)送有關(guān)要執(zhí)行哪個(gè)動(dòng)作的信息。我們決定使用傳感器 HC-05 來(lái)執(zhí)行此操作。

藍(lán)牙通訊

藍(lán)牙通信包括通過(guò)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(lái)為我們的機(jī)械臂創(chuàng)建一個(gè)游戲手柄。我們發(fā)現(xiàn)使用 Arduino 是可能的。使用藍(lán)牙模塊 HC-05，我們可以通過(guò)設(shè)備接收數(shù)據(jù)，但是，對(duì)傳感器進(jìn)行編程，我們也可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一個(gè) HC-05。所以我們找到了一種方法來(lái)編程和更改模塊配置。向?qū)Ψ桨l(fā)送數(shù)據(jù)的模塊稱(chēng)為 MASTER，而接收器則稱(chēng)為 SLAVE。所以這兩種配置有些不同，但有一些共同點(diǎn)。基本上，要點(diǎn)是：

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

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

從配置：serialmonitorsequence

• 寫(xiě)“AT” ，直到回復(fù)“OK”。

• AT+UART=38400。它設(shè)置波特率，藍(lán)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(duì)設(shè)備

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

主機(jī)配置：串口監(jiān)控序列

• 寫(xiě)“AT”，直到回復(fù)“OK”。

• AT+UART=38400。它設(shè)置波特率，藍(lán)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(duì)的設(shè)備。

• AT+復(fù)位。重置模塊。

• AT+CMODE=0。

• AT+INQM=0、5、9。

• AT+初始化。

• AT+查詢。最后三個(gè)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(fù)制正確的地址。如果我們有多個(gè)，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(hào)而不是冒號(hào)很重要。

• 找到正確的設(shè)備，寫(xiě)“AT+PAIR=
  , 9”

• AT+BIND=<地址>。

• AT+CMODE=1。

• AT+LINK=<地址>

• 如果我們收到“OK”的回復(fù)，我們就成功配對(duì)了兩個(gè)藍(lán)牙模塊。

有關(guān)配對(duì)過(guò)程的更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)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(shuō)明

學(xué)校給了我們很多機(jī)會(huì)來(lái)學(xué)習(xí)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(gè)手臂結(jié)構(gòu)，開(kāi)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(jī)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)部件，并使用 3D 打印機(jī)制作夾具和底座。操縱桿也是由 3d 打印機(jī)創(chuàng)建的。

3D 文件可以在 GrabCAD 平臺(tái)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(jī)移動(dòng)手臂的關(guān)節(jié)。它們易于使用，帶有 Arduino 庫(kù)，我們可以非常輕松地控制電機(jī)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(lèi)型的，也就是說(shuō)它們比普通的更準(zhǔn)確。我們還必須使用 庫(kù)而不是普通的 庫(kù)。前一個(gè)有更多的功能，可以幫助我們模擬更流暢的動(dòng)作。它還具有控制舵機(jī)速度和以異步方式移動(dòng)它們的功能。

該庫(kù)可以在以下鏈接中找到：

https://github.com/netlabtoolkit/VarSpeedServo

抓手

機(jī)器人手臂工具現(xiàn)在是一個(gè)簡(jiǎn)單的抓手，可以懸掛小物體并移動(dòng)它們。它由我們?cè)O(shè)計(jì)并由 3d 打印機(jī)實(shí)現(xiàn)。SG90 伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)齒輪，該齒輪移動(dòng)另一個(gè)并打開(kāi)或關(guān)閉爪子。

基礎(chǔ)軸承

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

命令塊-基礎(chǔ)

在手臂下方有一個(gè)塊，里面有機(jī)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(gè) Servo 連接到 GND、6V 和 PWM 引腳。伺服系統(tǒng)具有不同的電源線，因?yàn)樗鼈兙哂懈叩呐ぞ睾透叩墓?yīng)。

電路：手柄

操縱桿電路由相同的藍(lán)牙接線組成，增加了兩個(gè)操縱桿、兩個(gè)按鈕和一個(gè)LCD。

操縱桿由兩個(gè)微調(diào)器組成，每個(gè)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(lái)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(dòng)的伺服方式及其角度。為了使用它，我們找到了一個(gè)名為 的特定庫(kù)，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(wèn)題，我們想畫(huà)一個(gè)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(guò) JLC 網(wǎng)站訂購(gòu)零件。這樣，電路更清晰，更小，使用更舒適。

代碼功能

對(duì)于編程，我們使用 Arduino IDE 軟件，它使用一種非常簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)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(yùn)動(dòng)。

代碼的主要功能和動(dòng)作在后續(xù)流程圖中進(jìn)行了說(shuō)明，以便于理解。

手柄

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

在這兩個(gè)代碼中都有一個(gè)“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(shí)設(shè)置測(cè)試伺服電機(jī)的，它們可以很容易地改變，修改代碼開(kāi)頭的變量。

手臂

在代碼的開(kāi)頭，藍(lán)牙模塊搜索數(shù)據(jù)，如果收到信息，它會(huì)修改接收到的字母中的“讀取”變量，對(duì)應(yīng)一個(gè)動(dòng)作。

此代碼還具有用于控制伺服角度的“限制無(wú)效”。

在代碼的 and 處有一個(gè) moveAll() void。我們選擇使用這個(gè)函數(shù)而不是在“if”函數(shù)中更新伺服角度，因?yàn)檫@樣每次循環(huán)開(kāi)始/結(jié)束時(shí)，伺服角度都會(huì)更新并且電機(jī)保持張力。

手臂有兩種模式；正向模式，逐個(gè)移動(dòng)電機(jī)，反向模式，移動(dòng)所有舵機(jī)，計(jì)算從點(diǎn)坐標(biāo)開(kāi)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(huì)記住所有舵機(jī)的角度值，而在反向模式下，它會(huì)記住一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。

操縱桿在 LCD 上打印保存了哪個(gè)點(diǎn)，并在達(dá)到最大點(diǎn)數(shù)（實(shí)際上是五個(gè)，最后加上原點(diǎn)）以及重置內(nèi)存時(shí)發(fā)出警報(bào)。

反向運(yùn)動(dòng)模式

逆模式，而不是直接模式，使用基于逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的算法來(lái)查找所有伺服角度。該計(jì)算從坐標(biāo)位置 (x,y) 和夾具點(diǎn)的方向開(kāi)始。對(duì)于這個(gè)計(jì)算，我們使用幾何方法。事實(shí)上，它是基于用 cosin 和 sin 函數(shù)構(gòu)造三角形，我們可以計(jì)算所有角度，并將這些值轉(zhuǎn)換為伺服角度。

1- G'點(diǎn)翻譯

首先，我們必須將 G 點(diǎn)轉(zhuǎn)換為 G' 點(diǎn)以簡(jiǎn)化逆計(jì)算。G 點(diǎn)的 y 也是向上平移 93，以使原點(diǎn)與第一個(gè)關(guān)節(jié)重合。

2-直線和斜率_

現(xiàn)在我們可以計(jì)算從笛卡爾原點(diǎn)到 G' 點(diǎn)的直線的斜率“m”。

3-圓形交叉口

之后，我們可以畫(huà)一個(gè)圓心在 G' 和半徑等于鏈接 3 長(zhǎng)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(diǎn)，在 B 點(diǎn)。

簡(jiǎn)化這兩個(gè)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(guò)對(duì)圓和直線方程的簡(jiǎn)化和收集來(lái)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(diǎn)的次要值。我們?cè)谥本€方程中計(jì)算 Yb 值代替 Xb。

與使用畢達(dá)哥拉斯公式相比，我們計(jì)算了原點(diǎn)-B 線的長(zhǎng)度。

4-三角角

現(xiàn)在我們可以畫(huà)一個(gè)三角形，我們知道它的三個(gè)邊，分別是“r”長(zhǎng)度、鏈接 1 長(zhǎng)度和鏈接 2 長(zhǎng)度。知道三個(gè)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(gè)角度，并繪制一個(gè)三角形，我們可以找到最后一個(gè)。

三角肌由兩個(gè)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(jì)算對(duì)角線長(zhǎng)度，我們可以計(jì)算出A角，我們將完成第二個(gè)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(duì)于 Θ1，我們將斜率的角度添加到“c^”角度。

• 對(duì)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°。

。

?

?