自己動手，做了一個機械臂玩一玩
時間：2021-10-25 15:36:16
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[導讀]出品21ic論壇逍遙李網(wǎng)站：bbs.21ic.com先說下背景：前段時間做了一個機械臂的模型，參考的是比較經(jīng)典常見的結(jié)構，兩關節(jié)的，帶夾爪算是3個自由度，自己玩玩。一、硬件平臺介紹：1.1）先來看看夾爪，使用SG90舵機，加上兩個齒輪（缺齒齒輪），底部一個固定片，第一次玩這個，都...
出品 21ic論壇 逍遙李
網(wǎng)站：bbs.21ic.com
先說下背景：前段時間做了一個機械臂的模型，參考的是比較經(jīng)典常見的結(jié)構，兩關節(jié)的，帶夾爪算是3個自由度，自己玩玩。
一、硬件平臺介紹：
1.1）先來看看夾爪，使用SG90舵機，加上兩個齒輪（缺齒齒輪），底部一個固定片，第一次玩這個，都按簡單的來設計的，下面是截圖可以看清楚。
??
1.2）看看裝配起來的整個機械臂效果，當時是為一個履帶車設計的，準備裝在車的前裝甲上，所以夾爪的角度是對地面有點夾角，不過也不怎么影響抓取。
??二、控制與運動
其實機械臂結(jié)構很簡單的，難的是控制，就目前應用中的機械臂來說，其運動學可以分為正運動學和逆運動學。
正運動學就是“控制各關節(jié)參數(shù)讓機械臂的爪子到達空間某一點”，說簡單點就是把一個東西搬到某處；
而逆運動學與之相反，是“已知空間某一點，計算各關節(jié)參數(shù)從而讓機械臂夾爪到達該點”。換句話說就是：去空間某一點抓取某物，這個過程對于我們?nèi)祟悂碚f簡直不要太簡單，但對于機械臂來說非常麻煩，很多時候是有多組解。今天我就這個最簡單的機械臂，聊一下正運動學問題。
首先對這個機械臂的關節(jié)進行簡化，夾爪那塊就不管了，把它簡化成一個點D，如圖：
圖中，OC和OA兩桿其實就是兩個舵機驅(qū)動的動力臂。接下來就是正運動學中，使用OA和OC兩桿的長度L1，L2，以及其各自對X軸夾角α，β這四個參數(shù)來表達D點在XOY中坐標系的坐標，乍一看不好理解，看明白了這個推導過程說簡單也簡單。這里有兩種方法：2.1）直接用坐標變換，步驟有點多，不好打字，上圖：
上面的過程，就是先對坐標系旋轉(zhuǎn)，再平移。
2.2）如果沒有學過坐標變換或者矩陣有點不好理解，那看看下面這種初中解法，學過幾何就能理解：
看看兩種方法，對比發(fā)現(xiàn)結(jié)果是一樣的。
三）程序關于運動學這些我現(xiàn)在還沒使用，只是做了一個藍牙遙控，通過APP遙控每個關節(jié)動作，哈哈。
另外，還寫了一個連續(xù)的動作，可以抓取，提升，釋放。
程序使用的是mixly，圖形界面，因為后面考慮帶小孩玩的，直接上代碼小孩接受不了，圖形界面就友好多了，理解也容易。
四）改進版本的機械爪樓下網(wǎng)友@LcwSwust提醒注意舵機掃齒，重新設計了一個帶彈簧的機械爪
?模型搞定后，開始切割，大概2分鐘切好
部分零件設計的有“水口”，是為了防止切割內(nèi)部形狀時外部脫離，所以最后可能需要手工處理一下
最后，關鍵的還要找一只彈簧，這里就用圓珠筆里面常用的那種，切開，分成兩段長度差不多
最后，就是這些零件，按照設計圖裝配起來
?總結(jié)一下實際效果：
首先，的確可以避免掃齒，當夾取寬度較打的目標時候，爪子的末端關節(jié)是無法回歸到設計位置的，但是由于彈簧的作用，也可以保持一定的加持力，同事，爪子的始端關節(jié)也就是連接舵機的關節(jié)，是可以自由運動的，可以準確運動到程序控制的角度，也就避免了掃齒現(xiàn)象。
不足之處：彈簧的拉力不是太足，需要選更合適的彈簧。
第二版夾爪的切割過程
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先說下背景：前段時間做了一個機械臂的模型，參考的是比較經(jīng)典常見的結(jié)構，兩關節(jié)的，帶夾爪算是3個自由度，自己玩玩。
一、硬件平臺介紹：
1.1）先來看看夾爪，使用SG90舵機，加上兩個齒輪（缺齒齒輪），底部一個固定片，第一次玩這個，都按簡單的來設計的，下面是截圖可以看清楚。
??1.2）看看裝配起來的整個機械臂效果，當時是為一個履帶車設計的，準備裝在車的前裝甲上，所以夾爪的角度是對地面有點夾角，不過也不怎么影響抓取。
??二、控制與運動其實機械臂結(jié)構很簡單的，難的是控制，就目前應用中的機械臂來說，其運動學可以分為正運動學和逆運動學。
正運動學就是“控制各關節(jié)參數(shù)讓機械臂的爪子到達空間某一點”，說簡單點就是把一個東西搬到某處；
而逆運動學與之相反，是“已知空間某一點，計算各關節(jié)參數(shù)從而讓機械臂夾爪到達該點”。換句話說就是：去空間某一點抓取某物，這個過程對于我們?nèi)祟悂碚f簡直不要太簡單，但對于機械臂來說非常麻煩，很多時候是有多組解。今天我就這個最簡單的機械臂，聊一下正運動學問題。
首先對這個機械臂的關節(jié)進行簡化，夾爪那塊就不管了，把它簡化成一個點D，如圖：
圖中，OC和OA兩桿其實就是兩個舵機驅(qū)動的動力臂。接下來就是正運動學中，使用OA和OC兩桿的長度L1，L2，以及其各自對X軸夾角α，β這四個參數(shù)來表達D點在XOY中坐標系的坐標，乍一看不好理解，看明白了這個推導過程說簡單也簡單。這里有兩種方法：2.1）直接用坐標變換，步驟有點多，不好打字，上圖：
上面的過程，就是先對坐標系旋轉(zhuǎn)，再平移。
2.2）如果沒有學過坐標變換或者矩陣有點不好理解，那看看下面這種初中解法，學過幾何就能理解：
看看兩種方法，對比發(fā)現(xiàn)結(jié)果是一樣的。
三）程序關于運動學這些我現(xiàn)在還沒使用，只是做了一個藍牙遙控，通過APP遙控每個關節(jié)動作，哈哈。
另外，還寫了一個連續(xù)的動作，可以抓取，提升，釋放。
程序使用的是mixly，圖形界面，因為后面考慮帶小孩玩的，直接上代碼小孩接受不了，圖形界面就友好多了，理解也容易。
四）改進版本的機械爪樓下網(wǎng)友@LcwSwust提醒注意舵機掃齒，重新設計了一個帶彈簧的機械爪
?模型搞定后，開始切割，大概2分鐘切好部分零件設計的有“水口”，是為了防止切割內(nèi)部形狀時外部脫離，所以最后可能需要手工處理一下
最后，關鍵的還要找一只彈簧，這里就用圓珠筆里面常用的那種，切開，分成兩段長度差不多
最后，就是這些零件，按照設計圖裝配起來
?總結(jié)一下實際效果：首先，的確可以避免掃齒，當夾取寬度較打的目標時候，爪子的末端關節(jié)是無法回歸到設計位置的，但是由于彈簧的作用，也可以保持一定的加持力，同事，爪子的始端關節(jié)也就是連接舵機的關節(jié)，是可以自由運動的，可以準確運動到程序控制的角度，也就避免了掃齒現(xiàn)象。
不足之處：彈簧的拉力不是太足，需要選更合適的彈簧。
第二版夾爪的切割過程
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