Bracc.ino是一個(gè)簡(jiǎn)單的關(guān)節(jié)臂，由6個(gè)伺服馬達(dá)組成，通過(guò)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，它的目的是模擬一個(gè)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方法，我們可以移動(dòng)一個(gè)機(jī)器人。

為了創(chuàng)建最終的原型，我們使用了不同的生產(chǎn)方法，比如使用激光切割機(jī)制作結(jié)構(gòu)，使用3D打印機(jī)制作別針、夾具和底座。

手臂的運(yùn)動(dòng)由Arduino板控制。我們可以通過(guò)AT兩個(gè)板之間的藍(lán)牙通信來(lái)發(fā)送關(guān)于要做哪個(gè)動(dòng)作的信息。我們決定使用HC-05傳感器來(lái)做這件事。

藍(lán)牙通信

藍(lán)牙通信包括通過(guò)無(wú)線電頻率發(fā)送和接收信息。它可以AT不需要電線的情況下發(fā)送數(shù)據(jù)。所以我們決定想辦法為我們的機(jī)械臂制作一個(gè)手柄。我們發(fā)現(xiàn)使用Arduino是可以實(shí)現(xiàn)的。使用藍(lán)牙模塊HC-05，我們可以通過(guò)一個(gè)設(shè)備接收數(shù)據(jù)，但通過(guò)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。因此，我們找到了一種編程和改變模塊配置的方法。發(fā)送數(shù)據(jù)給另一方的模塊稱為MASTER，而接收方則稱為SLAVE。所以這兩種構(gòu)型有點(diǎn)不同，但是有一些共同點(diǎn)?；旧现饕挠^點(diǎn)是：

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

現(xiàn)ATAT串行監(jiān)視器上寫一些字，我們可以改變藍(lán)牙配置。

?寫“AT”，直到回復(fù)為“OK”。

?+ UART = 38400。它設(shè)置波特率，對(duì)于藍(lán)牙是38400波特。

?AT+角色= 0。將HC-05設(shè)置為從機(jī)模式。

?AT+ CMODE = 0。它只用于連接配對(duì)設(shè)備

?+ PSWD = 1234。設(shè)置密碼。對(duì)于主傳感器使用相同的方法也是很重要的。

主配置：串行監(jiān)控序列

?寫“AT”，直到回復(fù)為“OK”。

?+ UART = 38400。它設(shè)置波特率，對(duì)于藍(lán)牙是38400波特。

?AT= 1 +的作用。將HC-05設(shè)置為主模式。

?AT+ RMAAD。清除先前配對(duì)的設(shè)備。

?AT+重置。復(fù)位模塊。

?AT+ CMODE = 0。

?At + inqm = 0,5,9。

?AT+ INIT。

?AT+ INQ。最后三個(gè)命令幫助我們搜索從模塊。最后一個(gè)命令返回模塊附近設(shè)備的地址。

?現(xiàn)在我們要復(fù)制正確的地址。如果我們有多個(gè)，我們可以控制右邊的設(shè)備粘貼地址AT“AT+RNAME=”之后。用逗號(hào)代替冒號(hào)是很重要的。

?找到正確的設(shè)備，寫入“AT+PAIR=”9”

?AT+BIND=<address>

?AT+CMODE=1.

?AT+LINK=<address>

?如果我們收到“OK”的回復(fù)，我們已經(jīng)成功配對(duì)了兩個(gè)藍(lán)牙模塊。

結(jié)構(gòu)描述

學(xué)校給了我們很多機(jī)會(huì)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)，開始AT3D軟件上繪制它，比如“SolidWorks”。然后，出于美觀的考慮，我們選擇使用激光切割機(jī)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)部分，使用3D打印機(jī)生產(chǎn)夾具和底座。此外，操縱桿是由3d打印機(jī)創(chuàng)建的。

手柄

伺服

手臂的關(guān)節(jié)是用伺服馬達(dá)移動(dòng)的。它們很容易使用，有Arduino庫(kù)，我們可以很容易地控制電機(jī)的角度。但對(duì)于結(jié)構(gòu)的升力，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)字型的，也就是說(shuō)，他們比普通的更準(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，幫助我們模擬一個(gè)更流暢的運(yùn)動(dòng)。它還具有控制伺服速度和以異步方式移動(dòng)它們的功能。

爪

機(jī)械臂工具現(xiàn)AT是一個(gè)簡(jiǎn)單的抓手，可以懸掛小物體并移動(dòng)它們。它是由我們?cè)O(shè)計(jì)并通過(guò)3d打印機(jī)實(shí)現(xiàn)的。SG90伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)齒輪，帶動(dòng)另一個(gè)齒輪打開或關(guān)閉爪。

基地軸承

另一個(gè)有用的部件是基礎(chǔ)軸承。它就像一個(gè)assial滾珠軸承，但它是完全3D打印的。它有兩個(gè)環(huán)，里面有一些滾子，它們有特定的形狀，可以滑動(dòng)而不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。主要功能是幫助底座旋轉(zhuǎn)，避免AT木盤上爬行。

命令塊-基礎(chǔ)

AT手臂下面有一個(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。這個(gè)底座可以從地面拆卸，并且可以模塊化安裝到其他設(shè)備上。

電路:手臂

手臂電路由藍(lán)牙線路與HC-05組成，并將每個(gè)伺服連接到GND， 6V和PWM引腳。伺服有不同的電源線，因?yàn)樗麄冇懈叩呐ぞ嘏c更高的供應(yīng)。

電路:手柄

操縱桿電路由相同的藍(lán)牙線路組成，加上兩個(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)器的數(shù)值由模擬輸入管腳讀取。按鈕也是如此，但我們必須使用數(shù)字引腳來(lái)讀取它是高(按下)還是低(未按下)。

液晶顯示器，我們連接到I2C模塊，減少連接的數(shù)量，打印我們是如何移動(dòng)的伺服和他們的角度。

印刷電路板

針對(duì)飛線和電路不清晰的問(wèn)題，我們想畫一個(gè)PCB電路，像屏蔽一樣連接到Arduino板上。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，使用起來(lái)更舒適。

代碼功能

對(duì)于編程，我們使用Arduino IDE軟件，它使用了一種非常簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言。我們有兩個(gè)不同的代碼，一個(gè)用于Arduino的操縱桿，另一個(gè)用于手臂運(yùn)動(dòng)。

為了便于理解，代碼的主要功能和動(dòng)作AT后續(xù)的流程圖中進(jìn)行了說(shuō)明。

手柄

為了發(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，這意味著不同的事情。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)送到手臂上。

AT這兩個(gè)代碼中都有一個(gè)“限制()”空白，用于控制伺服角度。如果值大于最大值或小于最小值，則角度返回到限制值。最大值和最小值是AT第一次裝配時(shí)測(cè)試伺服電機(jī)時(shí)設(shè)置的，它們可以很容易地改變，修改代碼開頭的變量。

手臂

AT代碼開始時(shí)，藍(lán)牙模塊搜索數(shù)據(jù)，如果收到信息，則修改接收字母中的“reads”變量，對(duì)應(yīng)一個(gè)動(dòng)作。

此外，這個(gè)代碼有一個(gè)控制伺服角度的“限制空白”。

AT代碼的末尾有一個(gè)moveAll() void。我們選擇使用這個(gè)函數(shù)，而不是ATif函數(shù)中更新伺服角度，因?yàn)檫@樣每次循環(huán)開始/結(jié)束時(shí)，伺服角度都會(huì)更新，電機(jī)保持張力。

手臂有兩種模式;正向模式是一個(gè)一個(gè)移動(dòng)電機(jī)，逆模式是移動(dòng)所有的伺服，從一個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)開始計(jì)算角度。

點(diǎn)保存功能

一個(gè)有趣的功能是點(diǎn)保存方法。它可以保存手臂位置并按順序回放。AT正態(tài)模式下，代碼記憶所有伺服器的角度值，而AT逆態(tài)模式下，代碼記憶一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。

操縱桿ATLCD上打印保存的點(diǎn)，并AT達(dá)到最大點(diǎn)數(shù)時(shí)發(fā)出警報(bào)(實(shí)際上是五個(gè)，最后加上home點(diǎn))，當(dāng)它重置內(nèi)存時(shí)。

逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模式

該方法采用基于逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的算法求出所有伺服角度，而不是直接求出。這個(gè)計(jì)算從坐標(biāo)位置(x,y)和夾持點(diǎn)的方向開始。對(duì)于這個(gè)計(jì)算，我們使用幾何方法。事實(shí)上，它是基于三角形的構(gòu)造與余弦和正弦函數(shù)，我們可以計(jì)算出所有的角度，并將這個(gè)值轉(zhuǎn)化為伺服角度。

1- G點(diǎn)的平移

首先我們要把G點(diǎn)平移到G'點(diǎn)來(lái)簡(jiǎn)化逆計(jì)算。G點(diǎn)的y也要向上平移93，因?yàn)樵c(diǎn)與第一個(gè)關(guān)節(jié)重合。

2-直線和斜率

現(xiàn)AT我們可以計(jì)算從直角原點(diǎn)到G點(diǎn)的直線的斜率m。

3-圓交叉

然后我們可以畫一個(gè)圓心為G'的圓，半徑等于連桿3的長(zhǎng)度。我們知道圓的方程，所以我們可以求直線的交點(diǎn)，ATB點(diǎn)。

對(duì)這兩個(gè)方程進(jìn)行化簡(jiǎn)，可以用二次解的方法求出Xb方程。我們可以通過(guò)對(duì)圓和直線方程的化簡(jiǎn)和集合來(lái)求出a b c的值。

現(xiàn)AT解二階方程我們要取離原點(diǎn)最近的次值。我們用Yb值代替直線方程中的Xb。

然后用畢達(dá)哥拉斯公式計(jì)算原點(diǎn)b的線長(zhǎng)。

4-三角形角

現(xiàn)AT我們可以畫一個(gè)三角形，我們知道三角形的三條邊，分別是“r”的長(zhǎng)度，連桿1的長(zhǎng)度和連桿2的長(zhǎng)度。知道了這三條邊，我們就可以用SSS(邊對(duì)邊)公式求出角度值。

5-Deltoid角度

然后我們要找到最后一個(gè)角，畫出三角線就能找到最后一個(gè)角。

三角線由兩條相等的三角形組成，我們知道這兩條三角形的兩條邊(連桿2和連桿3)和鄰角“delta”。計(jì)算對(duì)角線長(zhǎng)度，我們可以計(jì)算A角我們就完成了第二個(gè)關(guān)節(jié)角。

6 .尋找關(guān)節(jié)角

為了AT一個(gè)伺服值中平移角度，我們必須減去和我們的角度。

?對(duì)于Θ1，我們將斜率的角度加上c^。

?對(duì)于Θ2，我們添加“a^”角和a^角，并減去90°，以找到垂直于link1和link2之間的角度。

?Θ3等于90°與角的相減。

?Θ4是角度和“伽馬”角之和的減法，等于270°。

7-Servo轉(zhuǎn)換

現(xiàn)AT我們必須直接ATservo2和4上寫角度Θ2和Θ4，而對(duì)于伺服1和3，我們必須減去計(jì)算的角度為180°，因?yàn)樗欧姆较蛳喾础?

使用該算法，我們可以改變x， y和握把角度值來(lái)移動(dòng)手臂。所以手臂創(chuàng)造了一個(gè)垂直的直角平面，但是現(xiàn)AT還沒(méi)有一個(gè)三維坐標(biāo)空間，所以Z軸是基礎(chǔ)伺服的旋轉(zhuǎn)。

本文編譯自hackster.io