Элективный курс "Конструирование роботов в школе"

Наиль Загидуллин

МБОУ СОШ № 2 с. Стерлибашево

Конструирование роботов-манипуляторов

Робототехника

Оглавление

Раздел 1 Сборка модели металлического манипулятора с плоско-параллельной кинематикой 3

Урок 1 Крепление рычага на Х-образный фланец 3

Урок 2 Сборка Сервопривода 6

Урок 3 Сборка Стола и ноги 9

Урок 4 Сборка привода ноги 10

Урок 5 Сборка опоры 11

Урок 6 Сборка опоры 13

Урок 6 Сборка головки 14

Урок 7 Сборка схвата 15

Урок 8 Сборка клешни 17

Урок 9 Сборка платформы. Установка энкодеров и приводов. 19

Урок 10 Сборка платформы. Установка аккумулятора и платы 20

Урок 11 Подключение манипулятора к микроконтроллеру 22

Урок 12 Управление роботом 23

Раздел 2 Сборка модели с угловой кинематикой 25

Источники: 26

Приложения 27

Проект Робот-погрузчик 27

Проект Дистанционный выключатель 28

Раздел 1 Сборка модели металлического манипулятора с
плоско-параллельной кинематикой Урок 1 Крепление рычага на Х-образный фланец

Теория:

Роботом-манипулятором называют тип промышленных роботов. Обладающих функциями движения, аналогичными функциям человеческой руки. Манипулятор состоит из отдельных частей, которые приводятся в движение двигателями, последние управляются программно микроконтроллером.

Цель: Научиться работать с инструментами для сборки конструкторов и расширение научно-технических знаний

Задача урока: Выполнить сборку фрагмента будущей конструкции.

Оборудование: отвертка крестовая (ph 2-3 мм), сверло (2 мм), аккумуляторная дрель (шуруповёрт), винт Мх2(4 шт), гайка Мх2(4 шт),
Х-образный фланец(1 шт), Рычаг(1 шт)

Фланец — плоская деталь квадратной, круглой или иной формы с отверстиями для болтов или шпилек
Рыча́г — простой механизм, представляющий собой твёрдое тело, вращающееся вокруг точки опоры.
Га́йка — крепёжное изделие с резьбовым отверстием, образующее разборное соединение с помощью винта, болта или шпильки.
Винт — крепёжное изделие с резьбой для соединения деталей
Сверло́ — режущий инструмент, предназначенный для сверления отверстий в различных материалах
Дрель — ручной, пневматический или электрический инструмент, предназначенный для придачи вращательного движения сверлу или другому режущему инструменту

Посмотреть видео: https://youtu.be/EFyCE_VNWUk - шуруповёрт

Сборка фрагмента конструкции:

Схема:

Техник безопасности

Аккуратно обращайтесь со сверлом, не делайте резких движений

Чтобы не испортить элемент конструкции при расширении отверстия, сначала потренируйтесь на других материалах

Порядок работы:

1. Насадите сверло на дрель

2. Расширьте 4 отверстия на фланце
   (второе отверстие от центра)

3. Закрепите с помощью винтов и гаек рычаг на фланец

4. Отверткой окончательно закрепите винты

Совет:

Чтобы не терять мелкие детали и не засорять стружками рабочее место, выполняйте работу внутри коробки с невысокими бортами или кювета.

Если у вас плохое зрение, используйте увеличительное стекло.

Чтобы гайки не откручивались, капните на них лак для ногтей.

Урок 2 Сборка Сервопривода

Теория:

С
ервопривод — это мотор, положением вала которого мы можем управлять. От обычного мотора он отличается тем, что ему можно точно в градусах задать положение, в которое встанет вал. Сервоприводы используются для моделирования различных механических движений роботов.

Энкодер – датчик обратной связи, преобразующий угол поворота в управляющий сигнал, контролирующий вращение выходного вала (на последнем закреплен инструмент или какой-то другой орган выполнения действия).

Кабель имеет три шины

1. Желтый – шина сигнала энкодера

2. Красный – шина питания +5 (VL)

3. Коричневый – шина земля (GND)

Поворот сервопривода данного типа возможен только максимум на 170 -174 градуса

Грузоподъемность 20, 3 кг

Цель: Научиться работать с сервоприводом, расширение знаний о сервоприводах, научиться пользоваться шестигранным шлицем.

Задача урока: Выполнить сборку сервопривода на стол и проверить работу с помощью микроконтроллера

Оборудование: Сервопривод PDI-6221MG, блок питания, микроконтроллер, ноутбук,
винт М3х6(4 шт.), гайка М3(4 шт.), Стол, шестигранный шлиц(2,5)

Техник безопасности

При работе с электрическим током будьте осторожны. К розеткам подается опасное напряжение 220 В. Не касайтесь влажными руками блок питание. Ток идущий от блока питания не опасен для жизни.

Ход урока

1. Зафиксируйте фланец на вал двигателя и поверните вал по часовой стрелке до упора

2. Закрепите рычаг на сервопривод при помощи болта (в комплекте с сервоприводом). Углы поворота рычага должны быть так, как показано на схеме, иначе во время работы рычаг заклинит.

3. Закрепите Сервопривод на стол с помощью 4 винтов и гаек

4. Подключите с помощью учителя привод к контроллеру

5. П риведите в движение сервопривод, используя программу Arduino IDE
   
   
   
   
   

Винт

Гайка

Стол

Код:

#include

Servo servo;

void setup()

{

servo.attach(9);

}

void loop()

{

servo.write(0); //ставим вал под 10

delay(2000); //ждем 2 секунды

servo.write(150); //ставим вал под 150

delay(2000); //ждем 2 секунды

}

Еще пример:

Файл – примеры – Servo – Sweep

Источники:

1. Сервопривод: что это такое, виды, принцип работы сервомотора - как работает и схема устройства серводвигателя с фото (stanokcnc.ru)

2. Лабораторные работы. № 12 Сервопривод. Подключение Сервопривода к плате Arduino Mega https://docs.google.com/document/d/1FMvu3D7dh62FPaExymns60Unx_TJwQ_B

3. Характеристики PDI-6221MG:
   Цифровая сервомашинка, сервопривод JX Servo PDI-6221MG-180 купить по низкой цене в Суперайс (supereyes.ru)

4. Что такое сервопривод (сервомотор) и как им управлять - Суперайс (supereyes.ru)

Урок 3 Сборка Стола и ноги

Оборудование: стол, нога, шестигранный шлиц(2,5), отвертка (ph 2мм),
сверло (2 и 3 мм), аккумуляторная дрель (шуруповёрт), винт Мх2(4 шт), гайка Мх2(4 шт), винт М3х6(3 шт.), гайка М3(3 шт.), фланец Х-образный(2 шт.).

Ход урока

1. Закрепите фланец на стол. Расширьте 4 отверстия фланца сверлом 3мм, второе отверстие от центра. Закрепите винтом и гайкам М3

2. Сборка ноги. Расширьте 4 отверстия фланца сверлом 2 мм, второе отверстие от центра. Закрепите винтом и гайкам М2

3. Закрепите привод к ноге

Обратите внимание на углы поворота рычага, они должны быть как на рисунке. Если ориентация фланца и вала будут неправильны, то рычаг может заклинить

Урок 4 Сборка привода ноги

Урок 5 Сборка опоры

Урок 6 Сборка опоры

Урок 6 Сборка головки

Урок 7 Сборка схвата

Урок 8 Сборка клешни

Урок 9 Сборка платформы. Установка энкодеров и приводов.

Урок 10 Сборка платформы. Установка аккумулятора и платы

Урок 11 Подключение манипулятора к микроконтроллеру

1. Загрузите скетч в Ардуино:

#include

Servo myservo;

int pos = 0;

int t =50; //задержка

int d =30; //угол поворота

void setup() {

myservo.attach(8); // номер пина

}

void loop() {

for (pos = 0; pos

myservo.write(pos);

delay(t);

}

for (pos = d; pos = 0; pos -= 1) {

myservo.write(pos);

delay(t);

}

}

1. Подключите по очереди сервоприводы на пин 8 и проверьте их работу. Изменяя переменные t и d, подберите подходящий угол вращения и плавность движения для сервопривода.

2. Подключите сервоприводы к пинам:
   
   

   Сервопривод	пин
   Центральный	7
   Правый	8
   Левый	9
   Головка	10
   Захват	11

3. Изменяя, номера пинов в программе, проверьте работу сервоприводов

Урок 12 Управление роботом

Проверим работу всех сервоприводов по очереди в одной программе

1. Загрузите скетч:

#include

Servo servo1; //центральный

Servo servo2; //правый

Servo servo3; //левый

Servo servo4; //головка

Servo servo5; //захват

const uint8_t pinS1 = 7;

const uint8_t pinS2 = 8;

const uint8_t pinS3 = 9;

const uint8_t pinS4 = 10;

const uint8_t pinS5 = 11;

int pos = 0;

int t =50; //задержка

int d =170; //максимальный угол поворота центральный

int d1 =70; // максимальный угол поворота другие

void setup(){

servo1.attach(pinS1);

servo2.attach(pinS2);

servo3.attach(pinS3);

servo4.attach(pinS4);

servo5.attach(pinS5);

}

void loop(){

//центальный

for (pos = 10; pos

servo1.write(pos);

delay(t);

}

for (pos = d; pos = 10; pos -= 1) {

servo1.write(pos);

delay(t);

}

delay(2000);

//правый

for (pos = 10; pos

servo2.write(pos);

delay(t);

}

for (pos = d1; pos = 10; pos -= 1) {

servo2.write(pos);

delay(t);

}

delay(2000);

//левый

for (pos = 10; pos

servo3.write(pos);

delay(t);

}

for (pos = d1; pos = 10; pos -= 1) {

servo3.write(pos);

delay(t);

}

delay(2000);

//головка

for (pos = 10; pos

servo4.write(pos);

delay(t);

}

for (pos = d1; pos = 10; pos -= 1) {

servo4.write(pos);

delay(t);

}

delay(2000);

//захват

for (pos = 10; pos

servo5.write(pos);

delay(t);

}

for (pos = d1; pos = 10; pos -= 1) {

servo5.write(pos);

delay(t);

}

}

Раздел 2 Сборка модели с угловой кинематикой

Источники:

1. Инструкция по сборке манипулятора, файл pdf, https://clck.ru/YXdjT

2. Лабораторные работы https://docs.google.com/document/d/1FMvu3D7dh62FPaExymns60Unx_TJwQ_B/

3. Учебный робот SD1-4-320 Учебно-методическое пособие для учителя - https://digis.ru/upload/iblock/668/Robot_Manipulator_SD1_4_320_Metodika_dlya_uchitelya_V2.pdf

4. Манипулятор рука на ARDUINO. | Робототехника и программирование (portalrabot.ru)

5. Робот-манипулятор на Arduino||Arduino-diy.com

6. Подключение и управление манипулятором - Описания, примеры, подключение к Arduino (iarduino.ru)

Приложения Проект Робот-погрузчик

#include

Servo servo1; //центральный

Servo servo2; //правый

Servo servo3; //левый

Servo servo4; //головка

Servo servo5; //захват

const uint8_t pinS1 = 7;

const uint8_t pinS2 = 8;

const uint8_t pinS3 = 9;

const uint8_t pinS4 = 10;

const uint8_t pinS5 = 11;

int pos = 0;

int t =50; //задержка

int d =170; //угол поворота центальный

void setup(){

servo1.attach(pinS1);

servo2.attach(pinS2);

servo3.attach(pinS3);

servo4.attach(pinS4);

servo5.attach(pinS5);

}

void loop(){

//захват

for (pos = 10; pos

servo5.write(pos);

delay(t);

}

for (pos = 90; pos = 60; pos -= 1) {

servo5.write(pos);

delay(t);

}

//центальный

for (pos = 10; pos

servo1.write(pos);

delay(t);

}

//захват

for (pos = 60; pos

servo5.write(pos);

delay(t);

}

for (pos = 90; pos = 10; pos -= 1) {

servo5.write(pos);

delay(t);

}

//центальный

for (pos = d; pos = 10; pos -= 1) {

servo1.write(pos);

delay(t);

}

delay(1000);

}

https://youtu.be/8CzTaRNLkVs

Проект Дистанционный выключатель

#include

#include "IRremote.h"

IRrecv irrecv(2); // указываем вывод, к которому подключен ИК приемник

decode_results results;

Servo servo1; //центральный

Servo servo2; //правый

Servo servo3; //левый

Servo servo4; //головка

Servo servo5; //захват

const uint8_t pinS1 = 7;

const uint8_t pinS2 = 8;

const uint8_t pinS3 = 9;

const uint8_t pinS4 = 10;

const uint8_t pinS5 = 11;

int ldr = 0; //пин фоторезистора

int pos = 0;

int t =50; //задержка

int dv =30; //угол левый верхний

int dw =60; //угол левый нижний

int d1 =80; //угол выкл

int d0 =100; //угол вкл

void setup(){

irrecv.enableIRIn(); // запускаем прием

servo1.attach(pinS1);

servo2.attach(pinS2);

servo3.attach(pinS3);

servo4.attach(pinS4);

servo5.attach(pinS5);

//центальный

for (pos = 0; pos

servo1.write(pos);

delay(t);

}

}

void loop(){

if ( irrecv.decode( &results )) { // если данные пришли

switch ( results.value ) {

case 0x20DF40BF:

digitalWrite( 13, HIGH );

//центальный на включение

for (pos = 90; pos

servo1.write(pos);

delay(t);

}

//левый вниз верх

for (pos = dw; pos = dv; pos -= 1) {

servo3.write(pos);

delay(t);

}

for (pos = dv; pos

servo3.write(pos);

delay(t);

}

break;

case 0x20DFC03F:

//центальный на выключение

for (pos = d0; pos = d1; pos -= 1) {

servo1.write(pos);

delay(t);

}

//левый вниз верх

for (pos = dw; pos = dv; pos -= 1) {

servo3.write(pos);

delay(t);

}

for (pos = dv; pos

servo3.write(pos);

delay(t);

}

//центальный в центр

for (pos = d1; pos

servo1.write(pos);

delay(t);

}

digitalWrite( 13, LOW );

break;

}

irrecv.resume(); // принимаем следующую команду

}

}

Лабораторная работа № 14 ИК-датчик и ИК пульт [2:]

https://youtu.be/SGoiqRdGrhQ