ฉันต้องการสร้างแขนหุ่นยนต์ที่สามารถยกน้ำหนักที่มีประโยชน์ได้ (เช่น 3-6 กก. บนแขนที่สามารถยืดได้ประมาณ 1.25 เมตร) มีแอคชูเอเตอร์ที่พร้อมให้ทำสิ่งนี้ ปัจจัยหลักและคะแนนการออกแบบคือ:

• ไม่แพง
• 5 ถึง 6 อานนท์
• ที่จะติดตั้งบนมือถือที่ยังไม่ได้ออกแบบแพลตฟอร์ม
• ใช้แบตเตอรี่
• แข็งแกร่งกว่าเซอร์โวงานอดิเรก (อย่างน้อยก็สำหรับข้อต่อ 'ไหล่' และ 'ข้อศอก')
• ไม่ช้าที่จะกระตุ้น

ซึ่งตัวกระตุ้นที่มีความเหมาะสมสำหรับการใช้งานของคุณขึ้นอยู่มากในสิ่งที่ชนิดของหุ่นยนต์แขนคุณต้องการที่จะสร้าง เมื่อคุณได้ตัดสินใจในสิ่งที่ชนิดของแขนคุณต้องการคุณสามารถตัดสินใจเกี่ยวกับตัวกระตุ้นที่เหมาะสมสำหรับแต่ละแกน

แขน

สมมติว่าจากคำอธิบายของคุณว่าหุ่นยนต์กล้องจะไม่ทำงานแล้วขึ้นอยู่กับโปรแกรมเฉพาะของคุณคุณอาจต้องการที่จะต้องพิจารณาแขน SCARAกว่าแขนของรถบรรทุกซึ่งเป็นสิ่งที่คนส่วนใหญ่คิดว่าเมื่อพวกเขาคิดว่าแขนหุ่นยนต์

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของแขน SCARA คือความแข็งแรงในการยกส่วนใหญ่อยู่ในตลับลูกปืน ข้อต่อหัวไหล่ข้อศอกและข้อมือ (หันเห) อยู่ในระนาบราบซึ่งหมายความว่ามอเตอร์จะต้องแข็งแรงพอที่จะสร้างแรงด้านข้างที่ต้องการพวกเขาไม่จำเป็นต้องรองรับน้ำหนักของแกนที่เหลืออยู่

แกน Z, pitch และ roll (และการจับยึดอย่างชัดเจน) ทั้งหมดต้องทำงานกับแรงโน้มถ่วง แต่แกน Z นั้นง่ายต่อการเกียร์สูงพอที่จะรองรับน้ำหนักได้มากและแกน pitch, roll และ grip ต้องรองรับเท่านั้น น้ำหนักของน้ำหนักบรรทุกไม่ใช่น้ำหนักของแกนอื่น ๆ

เปรียบเทียบนี้เพื่อแขนก้องที่หลายแกนต้องรองรับน้ำหนักของแกนทั้งหมดต่อไปลงห่วงโซ่จลนศาสตร์

แอคชูเอเตอร์

หุ่นยนต์โครงสำหรับตั้งสิ่งของ

โดยทั่วไปแล้วหุ่นยนต์โครงสำหรับตั้งสิ่งของจะใช้ตัวกระตุ้นเชิงเส้นสำหรับแกน X, Y & Z สิ่งเหล่านี้อาจมีประสิทธิภาพต่ำความแม่นยำต่ำแอคชูเอเตอร์แรงสูงเช่นสกรูนำพร้อมเซอร์โวหรือไดรฟ์สเต็ป (แรงและประสิทธิภาพสามารถแลกเปลี่ยนได้ แต่ความแม่นยำจะถูก จำกัด ด้วยแบ็คสแลช) ตลอดจนถึงประสิทธิภาพสูงความแม่นยำสูง มอเตอร์เชิงเส้นตรงแบบขับเคลื่อนด้วยตัวเข้ารหัสที่มีความแม่นยำ

ส่วนที่เหลือของ 3DOF มักจะต้องการการเคลื่อนที่แบบหมุนอย่างแม่นยำสำหรับ pitch, roll และ yaw ดังนั้นโดยปกติแล้วมอเตอร์ไฟฟ้า (ทั้ง stepper หรือเซอร์โว) จะเหมาะสมที่สุด แม้แต่มอเตอร์ขนาดเล็กที่มีอัตราส่วนหนี้สินต่อทุนสูงพอสมควรก็สามารถต้านทานแรงโน้มถ่วงกับภาระที่ค่อนข้างสูง

นอกเหนือจากเซอร์โวมอเตอร์กับสเต็ปเปอร์มอเตอร์

ความแตกต่างระหว่าง servo ⁽¹⁾และ stepper คือการแลกเปลี่ยนระหว่างความซับซ้อนและความแน่นอนในการควบคุม

เซอร์โวมอเตอร์ต้องการตัวเข้ารหัสสำหรับการป้อนกลับตำแหน่งในขณะที่สเต็ปเปอร์ไม่ทำงาน ซึ่งหมายความว่าสเต็ปเปอร์นั้นเรียบง่ายกว่าระบบไฟฟ้ามากและจากจุดควบคุมของมุมมองก็จะง่ายขึ้นถ้าคุณต้องการประสิทธิภาพต่ำ

หากคุณต้องการที่จะได้รับประโยชน์สูงสุดจากมอเตอร์ของคุณแม้ว่า (ผลักดันมันใกล้เคียงกับมันวงเงิน) steppers แล้วได้รับมากขึ้นยากที่จะควบคุมไม่คาดฝัน ด้วยข้อเสนอแนะเกี่ยวกับตำแหน่งบนเซอร์โวคุณสามารถปรับแต่งประสิทธิภาพได้อย่างก้าวร้าวมากขึ้นและเนื่องจากคุณรู้ว่ามันล้มเหลวที่จะไปถึงตำแหน่งเป้าหมายหรือความเร็วจากนั้นเซอร์โวลูปของคุณจะค้นหาข้อมูลและแก้ไขให้ถูกต้อง

ด้วย stepper คุณต้องปรับแต่งระบบเพื่อให้คุณสามารถรับประกันได้ว่าจะสามารถทำตามขั้นตอนได้เสมอโดยไม่คำนึงถึงความเร็วในการเคลื่อนที่หรือน้ำหนักที่ต้องการของน้ำหนักบรรทุกที่ต้องการ โปรดทราบว่าบางคนจะแนะนำให้เพิ่มตัวเข้ารหัสเพื่อตรวจสอบขั้นตอนที่ไม่ได้รับในสเต็ปเปอร์มอเตอร์ แต่ถ้าคุณจะทำเช่นนั้นคุณอาจใช้เซอร์โวมอเตอร์ในตอนแรก!

แขนสการ่า

ด้วยแขน SCARA แกน Z น่าจะเป็นแกนเชิงเส้นเดียวในขณะที่แกนที่เหลือสามารถทำได้ด้วยมอเตอร์หมุนดังนั้นมอเตอร์หรือเซอร์โวมอเตอร์อีกครั้ง การปรับขนาดมอเตอร์เหล่านี้ค่อนข้างง่ายเนื่องจากน้ำหนักที่บรรทุกนั้นมีความสำคัญน้อยกว่าสำหรับหลาย ๆ คน มอเตอร์ที่ต้องใช้ในการเอาชนะแรงเฉื่อยของโหลดนั้นค่อนข้างน้อยกว่าการปรับขนาดเพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วง

แขนก้อง

ด้วยแขนก้องการคำนวณมีความยุ่งยากมากขึ้นเนื่องจากขวานส่วนใหญ่จะต้องมีขนาดของแอคชูเอเตอร์ขึ้นอยู่กับทั้งการเคลื่อนย้ายโหลดและการยกมัน

กริปเปอร์

ในที่สุดก็มีกริปเปอร์ นี่คือที่ฉันได้เห็นความหลากหลายมากที่สุดในตัวกระตุ้น ขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชันของคุณคุณสามารถใช้แอคทูเอเตอร์ต่าง ๆ ได้อย่างง่ายดาย

ฉันเคยใช้ระบบที่มีด้ามจับแบบใช้มอเตอร์แบบดั้งเดิมอุปกรณ์จับยึดแบบเส้นตรงตัวจับแบบ piezo flextureอุปกรณ์จับยึดแบบนิวแมติกแบบใช้มือจับเครื่องดูดฝุ่นและช่องเสียบหรือตะขอแบบเรียบง่าย สิ่งที่น้ำหนักบรรทุกปกติของคุณสามารถเปลี่ยนแปลงตัวกระตุ้นที่ดีที่สุดสำหรับคุณอย่างมีนัยสำคัญ ⁽²⁾

ทำ calcs ของคุณ

ในฐานะที่เป็นRocketmagnet แนะนำในที่สุดคุณจะต้องแบ่งเครื่องคิดเลขของคุณ

คุณจะต้องคำนึงถึงจลนศาสตร์ของระบบของคุณโหลดสูงสุดของมอเตอร์แต่ละตัว (โดยคำนึงถึงกรณีที่เลวร้ายที่สุดที่มีแขนยื่นออกมาอย่างเต็มที่หากคุณใช้การออกแบบแขนที่ชัดเจน) ความเร็ว (มอเตอร์ขนาดเล็กที่มีอัตราส่วนหนี้สินต่อทุนสูงกว่า แรงที่คุณต้องการโดยไม่ต้องใช้ความเร็ว แต่มอเตอร์ที่มีขนาดใหญ่กว่าอาจให้แรงบิดที่สูงกว่าเมื่อใช้เกียร์ที่ต่ำกว่าและความเร็วที่สูงขึ้น ฯลฯ ) และความแม่นยำของตำแหน่งที่คุณต้องการ

โดยทั่วไปยิ่งคุณมีปัญหาเรื่องเงินมากเท่าไหร่ประสิทธิภาพที่ดีขึ้น (ความเร็วความแม่นยำปริมาณการใช้พลังงาน) คุณจะได้ แต่การวิเคราะห์ข้อมูลจำเพาะและการตัดสินใจซื้ออย่างชาญฉลาดสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพราคา / ประสิทธิภาพของหุ่นยนต์ของคุณ

^{(1) โปรดทราบว่าประสบการณ์ของฉันอยู่ที่เซอร์โวอุตสาหกรรมซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นมอเตอร์กระแสตรงแบบ brushed หรือ brushless DC ที่มี rotary encoder ดังนั้นอาจจะใช้กับเซอร์โว RC แบบอดิเรกได้หรือไม่ก็ได้}

^{(2) ฉันขอแนะนำให้โพสต์คำถามอื่นเกี่ยวกับเรื่องนี้}

เมื่อคุณเลือกแอคทูเอเตอร์คุณควรเริ่มต้นด้วยการคำนวณปริมาณพลังงานที่คุณต้องการในเอฟเฟกต์ท้าย เมื่อคุณพูดว่า 'ไม่ช้าเกินไป' คุณควรมีความคิดว่านี่หมายถึงอะไรโดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้เงื่อนไขการโหลดที่แตกต่างกัน

ตัวอย่างเช่นคุณอาจพูดว่า: 6kg ที่ 0.2m / s และ 0kg ที่ 0.5m / s

ตอนนี้เพิ่มน้ำหนักโดยประมาณของแขน: 10kg ที่ 0.2m / s และ 4kg ที่ 0.5m / s

ตอนนี้คำนวณพลังงาน: 100N * 0.2m / s = 20W และ 40N * 0.5m / s = 20W

ดังนั้นการส่งออกพลังงานสูงสุดที่ effector ที่สุดคือ20W คุณจะต้องมีแอคชูเอเตอร์ซึ่งสามารถผลิตได้มากกว่า 20W อย่างสะดวกสบาย

ฉันจะสมมติว่าคุณตัดสินใจใช้มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นแอคชูเอเตอร์ของคุณ สิ่งเหล่านี้ยังคงเป็นตัวกระตุ้นสำหรับระบบหุ่นยนต์ไฟฟ้าที่ทรงพลัง (ถ้าคุณทำให้หุ่นยนต์ตัวนี้ทำงานได้โดยใช้กล้ามเนื้อโดยไม่ทำให้เวิร์กช็อปของคุณพังลงไป

เมื่อคุณใช้มอเตอร์ไฟฟ้าคุณจะต้องใช้เกียร์บางประเภท สมมติว่าเฟืองของมอเตอร์นั้นมีประสิทธิภาพประมาณ 50% หมายความว่าคุณจะต้องมีมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีพิกัดอย่างน้อย 40W ถ้าคุณต้องการให้แขนที่เชื่อถือได้ฉันจะเลือกมอเตอร์ที่มีกำลังไฟอย่างน้อย 60W

ถัดไปคุณต้องระบุรถไฟเกียร์ แรงบิดที่จำเป็นคืออะไร? 100N * 1.25m = 125Nm แต่ตามปกติคุณต้องระบุแรงบิดที่มากกว่านี้สำหรับรถไฟเฟืองไม่น้อยเพราะคุณต้องการแรงบิดอะไหล่เพื่อให้สามารถเร่งโหลดขึ้นไปได้ เลือกรถไฟเฟืองซึ่งอาจใช้เวลามากกว่าโหลดพิกัด

สุดท้ายตรวจสอบให้แน่ใจว่าแรงบิดของมอเตอร์คูณด้วยอัตราทดเกียร์ที่คูณด้วยประสิทธิภาพเกินความต้องการแรงบิดของคุณ แต่ไม่ใช่โหลดสูงสุดของเกียร์

แพลตฟอร์มมือถือ: แอคชูเอเตอร์เชิงเส้นแบบกลไกไฟฟ้าเป็นทางเลือกที่ดีสำหรับแอคชูเอเตอร์น้ำหนักเบาซึ่งสามารถติดตั้งบนแพลตฟอร์มมือถือ

ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่: แอคชูเอเตอร์เชิงเส้นเชิงกลเครื่องกลเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าเซอร์โวมอเตอร์เนื่องจากแอคชูเอเตอร์เชิงเส้นจะดึงพลังงานเมื่อมีการเคลื่อนที่เท่านั้นและไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานในการดำรงตำแหน่ง

5-6 อานนท์: มันอาจเป็นเรื่องยากที่จะทำสิ่งนี้โดยใช้ตัวกระตุ้นเชิงเส้นแบบกลไกเชิงกลด้วยไฟฟ้าเนื่องจากมีความซับซ้อนเชิงกลและมีช่วงการเคลื่อนไหว จำกัด

คุณสามารถลองตัวกระตุ้นเชิงเส้นได้จาก www.firgelli.com พวกมันมีตัวกระตุ้นเชิงเส้นขนาดเล็กเช่นกันซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานขนาดเล็ก

แนวคิดการออกแบบเครื่องจักรกลสำหรับแขนโดยใช้ตัวกระตุ้นเชิงเส้น: อุปกรณ์เคลื่อนที่ส่วนใหญ่ของโลกมีตัวกระตุ้นเชิงเส้นไฮดรอลิก ข้อต่อสำหรับตัวกระตุ้นเชิงเส้นบางส่วนสามารถนำมาใช้ในบรรทัดนี้

มีอีกสองปัจจัยที่ต้องพิจารณา: ความซับซ้อนและค่าใช้จ่าย

แขนหุ่นยนต์อุตสาหกรรมเช่นนั้น

แขนหุ่นยนต์อุตสาหกรรม http://halcyondrives.com/images/robotic_arm.png
^{ภาพจากhttp://halcyondrives.com}

ปกติใช้แรงบิดจากกระปุกเกียร์เพื่อขับข้อต่อโดยตรงตอนนี้ลองนึกถึงแรงบิดที่การลดเกียร์ควรสนับสนุนและขนาด / น้ำหนักมันจะเป็นอย่างไร มันง่ายมากและมีราคาแพงวัสดุของพวกเขาต้องรองรับแรงบิดอย่างมาก

$600Kgf/cm$

อุตสาหกรรมบางประเภทใช้วิธีแก้ปัญหา

Strain Wave Gearing หรือ Harmonic drive

^{ภาพจากhttp://commons.wikipedia.org}

$200:1$$~ 10:1$

แต่การใส่เกียร์ประเภทนี้มีราคาแพงและซับซ้อนมาก

สปริงและถ่วงน้ำหนัก

^{ภาพจากhttp://www.globalrobots.ae}

วิธีการแก้ปัญหาที่เรียบง่ายอื่น ๆ คือการเพิ่มตุ้มน้ำหนักอย่างที่คุณเห็นในภาพ นี่คือการเชื่อมโยงที่จะทำหน้าที่ทั้งบนแขน (ฉันลืมชื่อ) และในแขน สปริงจะช่วยได้เช่นกันและหากติดตั้งบนแกนเดียวกันของข้อต่อ แต่ชดเชยเล็กน้อยมันจะเพิ่มแรงมากขึ้นเมื่อแขนยืดออกมากขึ้น

โซลูชันต้นทุนต่ำและซับซ้อนน้อยลงสำหรับระบบขับเคลื่อนเชิงกล

ตอนนี้สำหรับค่าใช้จ่ายที่น้อยลงและการแก้ปัญหาที่ซับซ้อนน้อยลงฉันควรคิดว่าการถอดทอร์กแรงบิดสูงที่เกียร์ไดรฟ์ดังนั้นคุณจึงสามารถใช้วัสดุที่มีราคาถูกลงได้ สำหรับไดรฟ์อิเล็กทรอนิกส์บริสุทธิ์นี้จะเป็นตัวกระตุ้นเชิงเส้น

มีแอคชูเอเตอร์เชิงเส้นที่หลากหลาย แต่ความคิดก็คือมันจะใช้แรงน้อยลง (ขึ้นอยู่กับจุดที่แขนของมันแนบ)

• "Nut" และประเภท leadcrew

แอคชูเอเตอร์ประเภทนี้มีประเภทย่อยมากมายและมีผลต่อประสิทธิภาพการสึกหรอแรงและอีกมากมาย แต่โดยทั่วไปแล้วพวกเขาจะมีกำลังแรงสูงและความเร็วที่ช้าถึงปานกลาง (ซึ่งจะขึ้นอยู่กับประเภทอีกครั้งมันสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างรวดเร็วเช่นเดียวกับที่ใช้ในเครื่องจำลองการเคลื่อนที่ของแพลตฟอร์มบางตัว)

6 อานนท์แพลตฟอร์มการเคลื่อนไหวกับตัวกระตุ้นเชิงเส้นไฟฟ้า http://cfile29.uf.tistory.com/T250x250/195BAD4B4FDB0AF104C30F

แอคชูเอเตอร์เชิงเส้นไฟฟ้าแทนแอคชูเอเตอร์เชิงเส้นไฮดรอลิกในแอพพลิเคชั่นนี้และพวกมันต้องการความรวดเร็วและแข็งแรงอุปกรณ์จำลองบางตัวมีน้ำหนักมากกว่า 2 ตันได้อย่างง่ายดาย

• สายพานหรือโซ่ขับ

สำหรับความเร็วที่มากขึ้นและวิธีการง่าย ๆ อื่น ๆ คือสายพานหรือโซ่ขับเคลื่อนแบบนั้น

^{ภาพจากhttp://images.pacific-bearing.com}

แน่นอนว่าเป็นอุตสาหกรรมที่สร้างขึ้นมานี่เป็น DIY และมีมากกว่าสำหรับแอปพลิเคชัน: (ใช่มีพื้นที่สำหรับการปรับปรุงมาก แต่เป็นรูปแบบที่ดีในการแสดงให้เห็นถึงความรวดเร็วและแข็งแรงแม้ในการออกแบบนี้ ) http://bffsimulation.com/linear-act.php

$50Kgf/cm$$50Kgf$

แบริ่งที่แอคชูเอเตอร์นี้จะต้องรองรับแรงรัศมีส่วนใหญ่ซึ่งใน "ลีดสกรูและน็อต" แบริ่งจะใช้แรงตามแนวแกนส่วนใหญ่ ดังนั้นขึ้นอยู่กับแรงที่คุณต้องใช้แบริ่งแทงบอล

ฉันคิดว่าทางออกที่ดีที่สุดของคุณคือเซอร์โวทั่วไปหากพวกเขามีแรงบิดไม่เพียงพอให้ใช้เซอร์โวหลายตัวพร้อมกันในข้อต่อเดียวกัน ตัวเลือกที่ดีคือเซอร์โว Dynamixel จาก Robotis แต่แพงกว่าเซอร์โวงานอดิเรกและคุณจะต้องแฮกโปรโตคอลการสื่อสารตามที่พวกเขาถูกควบคุมโดย ttl / rs232 / rs485 หรือใช้ตัวแปลง usb2dynamixel (หรือ usb2ax) ข้อดีคือแรงบิดความเร็วและความแม่นยำ