五自由度機(jī)械臂(Arduino + PCA9685)

本項(xiàng)目展示了一個(gè)全功能的5自由度機(jī)械臂，該機(jī)械臂使用Arduino控制器，PCA9685硬件PWM驅(qū)動(dòng)器和標(biāo)準(zhǔn)業(yè)余愛(ài)好伺服系統(tǒng)構(gòu)建。它的設(shè)計(jì)價(jià)格合理，易于構(gòu)建，適合學(xué)生，業(yè)余愛(ài)好者和任何學(xué)習(xí)機(jī)器人，運(yùn)動(dòng)學(xué)和嵌入式系統(tǒng)的人。

概述

機(jī)械臂包括五個(gè)獨(dú)立的關(guān)節(jié)：基座旋轉(zhuǎn)、肩部、肘部、手腕運(yùn)動(dòng)和一個(gè)抓手。PCA9685 PWM驅(qū)動(dòng)器確保平穩(wěn)和精確的伺服控制，而不會(huì)使微控制器過(guò)載。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是機(jī)械穩(wěn)定性，平滑的運(yùn)動(dòng)，以及更先進(jìn)的用例的可擴(kuò)展性。

特性

?五個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)靈活運(yùn)動(dòng)

?平穩(wěn)和準(zhǔn)確的伺服控制使用PCA9685

?基于arduino的控制器，便于編程

?可調(diào)速度和運(yùn)動(dòng)輪廓

?支持串行或基于藍(lán)牙的控制(可選)

硬件使用

?Arduino Uno， Nano或Mega

?PCA9685 16通道PWM驅(qū)動(dòng)器

?愛(ài)好伺服器(MG996R, SG90， DS3218或合適的替代品)

?5V/6V伺服電源

?跳線，螺絲和安裝底座

軟件

?Arduino IDE

?PCA9685伺服驅(qū)動(dòng)器庫(kù)

?自定義移動(dòng)功能，平滑過(guò)渡

?可選藍(lán)牙或串行控制接口

它是如何工作的

Arduino通過(guò)I2C與PCA9685通信，并向每個(gè)伺服發(fā)送角度命令。PCA9685產(chǎn)生穩(wěn)定的PWM信號(hào)，使手臂能夠平穩(wěn)準(zhǔn)確地移動(dòng)。運(yùn)動(dòng)插值防止突然的抽搐和提高穩(wěn)定性。機(jī)械設(shè)計(jì)確保負(fù)載分布，減少伺服應(yīng)變。

機(jī)械設(shè)計(jì)

手臂由輕質(zhì)3d打印部件制成。關(guān)鍵的連接處加強(qiáng)了耐用性，幾何形狀進(jìn)行了優(yōu)化，以平衡扭矩要求。該夾持器設(shè)計(jì)用于安全地握住小物體，并可根據(jù)各種任務(wù)進(jìn)行調(diào)整。

應(yīng)用程序

?自動(dòng)化和取放實(shí)驗(yàn)

?教育機(jī)器人

?嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐

?基于AI/視覺(jué)控制的原型設(shè)計(jì)

?機(jī)電一體化學(xué)習(xí)項(xiàng)目

布線的總結(jié)

?PCA9685信號(hào)輸出連接到伺服控制線

?外部5V/6V電源供電所有伺服

?Arduino 5V為PCA9685邏輯供電

?SDA和SCL連接Arduino到PCA9685 (I2C)

?所有的地線必須連接在一起

未來(lái)的改進(jìn)

?加入逆運(yùn)動(dòng)學(xué)

?ROS或ROS2集成

?基于視覺(jué)的目標(biāo)跟蹤

?采用反饋傳感器的閉環(huán)伺服控制

?自動(dòng)校準(zhǔn)程序

結(jié)論

這款五自由度機(jī)械臂是學(xué)習(xí)機(jī)器人概念、伺服力學(xué)和嵌入式系統(tǒng)的絕佳平臺(tái)。它是模塊化的，低成本的，并且易于擴(kuò)展，使其成為初學(xué)者以及探索更復(fù)雜自動(dòng)化系統(tǒng)的高級(jí)用戶(hù)的絕佳選擇。

代碼

本文編譯自hackster.io