Настольная робо-рука манипулятор из оргстекла на сервоприводах своими руками или реверс-инжиниринг uArm. Как сделать самодельный кран в кузов грузовика своими руками Самодельные манипуляторы на уаз газель

Сначала будут затронуты общие вопросы, потом технические характеристики результата, детали, а под конец и сам процесс сборки.

В целом и общем

Создание данного устройства в целом не должно вызвать каких-то сложностей. Необходимо будет качественно продумать только возможности что будет довольно сложно осуществить с физической точки зрения, чтобы рука-манипулятор выполняла поставленные перед ней задачи.

Технические характеристики результата

Будет рассматриваться образец с параметрами длины/высоты/ширины соответственно 228/380/160 миллиметров. Вес сделанной, будет составлять примерно 1 килограмм. Для управления используется проводной дистанционный пульт. Ориентировочное время сборки при наличии опыта - около 6-8 часов. Если его нет, то могут уйти дни, недели, а при попустительстве и месяцы, чтобы была собрана рука-манипулятор. Своими руками и одному в таких случаях стоит делать разве что для своего собственного интереса. Для движения составляющих используются коллекторные моторы. Приложив достаточно усилий, можно сделать прибор, который будет поворачиваться на 360 градусов. Также для удобства работы, кроме стандартного инструментария вроде паяльника и припоя, необходимо запастись:

Удлинёнными плоскогубцами.
Боковыми кусачками.
Крестовой отверткой.
4-мя батарейками типа D.

Пульт дистанционного управления можно реализовать, используя кнопки и микроконтроллер. При желании сделать дистанционное беспроводное управление элемент контроля действий понадобится и в руке-манипуляторе. В качестве дополнений необходимы будут только устройства (конденсаторы, резисторы, транзисторы), которые позволят стабилизировать схему и передавать по ней в нужные моменты времени ток необходимой величины.

Мелкие детали

Для регуляции количества оборотов можно использовать переходные колесики. Они позволят сделать движение руки-манипулятора плавными.

Также необходимо позаботится о том, чтобы провода не усложняли её движения. Оптимальным будет проложить их внутри конструкции. Можно сделать всё и извне, такой подход сэкономит время, но потенциально может привести к сложностям в перемещении отдельных узлов или всего устройства. А теперь: как сделать манипулятор?

Сборка в общих чертах

Теперь приступаем непосредственно к созданию руки-манипулятора. Начинаем с основания. Необходимо обеспечить возможность поворота устройства во все стороны. Хорошим решением будет его размещение на дисковой платформе, которая приводится во вращение с помощью одного мотора. Чтобы она могла вращаться в обе стороны, существует два варианта:

Установка двух двигателей. Каждый из них будет отвечать за поворот в конкретную сторону. Когда один работает, второй пребывает в состоянии покоя.
Установка одного двигателя со схемой, которая сможет заставить его крутится в обе стороны.

Какой из предложенных вариантов выбрать, зависит исключительно от вас. Далее делается основная конструкция. Для комфорта работы необходимо два «сустава». Прикреплённый к платформе должен уметь наклоняться в разные стороны, что решается с помощью двигателей, размещённых в его основании. Ещё один или пару следует разместить в месте локтевого изгиба, чтобы часть захвата можно было перемещать по горизонтальной и вертикальной линии системы координат. Далее, при желании получить максимальные возможности, можно установить ещё двигатель в месте запястья. Далее наиболее необходимое, без чего не представляется рука-манипулятор. Своими руками предстоит сделать само устройство захвата. Тут существует множество вариантов реализации. Можно дать наводку по двум самым популярным:

Используется только два пальца, которые одновременно сжимают и разжимают объект захвата. Является самой простой реализацией, которая, правда, обычно не может похвастаться значительной грузоподъёмностью.
Создаётся прототип человеческой руки. Тут для всех пальцев может использоваться один двигатель, с помощью которого будет осуществляться сгиб/разгиб. Но можно сделать и конструкцию сложней. Так, можно к каждому пальцу подсоединить по двигателю и управлять ими отдельно.

Далее остаётся сделать пульт, с помощью которого будет оказываться влияние на отдельные двигатели и темпы их работы. И можно приступать к экспериментам, используя робот-манипулятор, своими руками сделанный.

Возможные схематические изображения результата

Предоставляет широкие возможности для творческих измышлений. Поэтому предоставляются вашему вниманию несколько реализаций, которые можно взять за основу для создания своего собственного устройства подобного предназначения.

Любая представленная схема манипулятора может быть усовершенствована.

Заключение

Важным в робототехнике является то, что практически не существует ограничения по функциональному улучшению. Поэтому при желании создать настоящее произведение искусства не составит труда. Говоря о возможных путях дополнительного улучшения, следует отметить кран-манипулятор. Своими руками сделать такое устройство не составит труда, одновременно оно позволит приучить детей к творческому труду, науке и конструировании. А это в свою очередь позитивно может сказаться на их будущей жизни. Сложно ли будет сделать кран-манипулятор своими руками? Это не так проблемно, как может показаться на первый взгляд. Разве что стоит позаботиться о наличии дополнительных мелких деталей вроде троса и колёс, по которым он будет крутиться.

Кран-манипулятор — это силовая установка, монтируемая на подвижные платформы. Она поднимает и переносит тяжелые грузы за короткий промежуток времени. Такое оборудование можно сделать самостоятельно и установить самодельный кран в кузов грузовика.

Как сделать и установить самому

Осуществить монтаж автокрана можно самостоятельно. Он устанавливается на транспортное средство. Для этого нужно снять кузов с шасси, чтобы поменять подрамник, т.к. заводская конструкция слаба и может треснуть. Подрамник надо сделать своими руками потому, что прикреплять крановую установку напрямую к раме запрещено.

Его можно сварить из наружного (18 мм) и внутреннего швеллеров. Планки сгибаются так, чтобы они повторяли форму рамы. Меньшая рейка вставляется в больший швеллер, чтобы образовался прямоугольник. К сваренной раме крепятся готовые швеллера. Между ними и базой ложится пожарный шланг для выравнивания плоскости планок и рамы.

Устанавливается на подрамник кран, в состав которого входят:

балка;
стрела;
опорные стойки;
специальные стремянки.

С помощью специальных стремянок закрепляется установка. Необходимо в стремянки вдеть распорки, изготовить которые можно так.

В последнее время достаточно часто грузовые бортовые машины стали оснащаться крановыми установками. Это связано с большой конкуренцией в сфере услуг, при оказании которых используются краны-манипуляторы. По этой причине владельцы таких автомобилей желают получить спецтехнику, которая сегодня является достаточно востребованной в связи с широким использованием в строительстве. К тому же, благодаря большому количеству предложений на российском рынке можно приобрести различные стрелы к кранам-манипуляторам, изготовленным южнокорейскими и японскими производителями. Манипуляторные установки могут иметь различную грузоподъёмность (от 1 до 10 тонн).

Сегодня услуги по установке такого устройства, как кран-манипулятор (КМУ), на шасси грузовых авто предлагаются многими частными компаниями. Стоимость такой услуги может составлять от 60 до 100 тыс. руб. При её определении учитывается грузоподъёмность крановой установки и тип шасси автомобиля. На выполнение таких работ может потребоваться от 3-х до 4-х недель. Однако в случае самостоятельной установки крана-манипулятора на грузовой автомобиль можно обойтись наименьшими затратами в связи с возможностью экономии средств и времени.

Порядок выполнения работ

1. Вначале необходимо сместить кузов и поставить подрамник. Передвижением кузова назад освобождается место за кабиной, на котором затем будет установлен непосредственно кран. До этого необходимо снять кузов с шасси, т.к. потребуется замена подрамника. Использование стандартного подрамника невозможно из-за его недостаточной прочности и неподходящей длины, поскольку она должна превышать длину конструкции. Чтобы в раме не образовались трещины, крепить непосредственно к ней манипулятор категорически запрещено!

Для сварки подрамника используются два отдельных швеллера, размер которых с внутренней стороны составляет 0,16 см, а с наружной – 0,18 см. Перед началом сварки швеллеры как можно точнее сгибаются по всей плоскости рамы. В большой швеллер вставляется швеллер меньшего размера. Делается это таким образом, чтобы образовался прямоугольник, который затем проваривается по всему периметру.

2. В месте установки стрелы сварочный шов необходимо сделать сплошным, поскольку движение манипулятора будет осуществляться совместно с краном, имеющим большой собственный вес

3. Длину подрамника лучше отрегулировать после прикрепления к нему кузова.

Монтаж КМУ

После сварки швеллеры крепятся к раме. Для получения цельного подрамника для соединения швеллеров необходимо использовать небольшой обрезок и, воспользовавшись сварочным аппаратом, выполнить шов. Крепление обрезка к поперечине рамы должно быть выполнено с учётом возможности прикрепления швеллера с помощью болта к поперечине.

По окончанию сварки на готовый подрамник позади кабины транспортного средства производится установка КМУ. Обычно в комплекте со стрелой используются стремянки для крепления крана к раме. В стремянку должна быть вставлена распорка, изготовленная самостоятельно. После проведения этих работ из обычного швеллера образуется прямоугольник, устойчивый к большим нагрузкам. Затягивать стремянки нужно с большими усилиями. В процессе работы их нужно периодически подтягивать.

Виды стрел и особенности их крепления

В зависимости от вида КМУ могут быть:

устройством, в оснащение которого входит прямая телескопическая стрела. Такой агрегат может иметь 7 отдельных секций. Его установка производится на поворотную колонну, в оснащение которой дополнительно входит подвеска, включающая в себя трос с крюком. Отдельные секции такого типа стрелы выдвигаются в результате работы цилиндров гидравлики;
установкой, где стрела крепится шарнирами. В оснащение такого крана входит шарнирно-сочленённая стрела, установленная на основании, которое поворачивается. Чаще всего второе звено относится к телескопическому типу и может включать не более 10 секций.

Какие меры безопасности должны соблюдаться при выполнении работ по установке КМУ?

Чтобы кран не перемещался по отношению к плоскости рамы, к подрамнику сзади и спереди должны быть приварены уголки размером 40 либо 50 мм, обеспечивающие прочную фиксацию установки. В момент крепления кузова к подрамнику между кузовом и КМУ следует оставить зазор около 200 мм. С помощью болтов к подрамнику производится крепление поперечин кузова. После этого для работы манипулятора должен быть подключён гидравлический насос.

Установка крана на грузовой автомобиль достаточно сложная работа, требующая большой ответственности. Поэтому при невозможности выполнения её самостоятельно лучше воспользоваться готовыми услугами крана-манипулятора , предлагаемыми нашей фирмой. В таком случае будет гарантировано профессиональное выполнение работ, что позволит избежать таких проблем, как ремонт рамы в результате образования в ней трещины.

DIY или Сделай сам ,

Электроника для начинающих

Привет, гиктаймс!

Проект uArm от uFactory собрал средства на кикстартере уже больше двух лет назад. Они с самого начала говорили, что это будет открытый проект, но сразу после окончания компании они не торопились выкладывать исходники. Я хотел просто порезать оргстекло по их чертежам и все, но так как исходников не было и в обозримом будущем не предвиделось, то я принялся повторять конструкцию по фотографиям.

Сейчас моя робо-рука выглядит так:

Работая не спеша за два года я успел сделать четыре версии и получил достаточно много опыта. Описание, историю проекта и все файлы проекта вы сможете найти под катом.

Пробы и ошибки

Начиная работать над чертежами, я хотел не просто повторить uArm, а улучшить его. Мне казалось, что в моих условиях вполне можно обойтись без подшипников. Так же мне не нравилось то, что электроника вращается вместе со всем манипулятором и хотелось упростить конструкцию нижней части шарнира. Плюс я начал рисовать его сразу немного меньше.

С такими входными параметрами я нарисовал первую версию. К сожалению, у меня не сохранилось фотографий той версии манипулятора (который был выполнен в желтом цвете). Ошибки в ней были просто эпичнейшие. Во-первых, ее было почти невозможно собрать. Как правило, механика которую я рисовал до манипулятора, была достаточно простая, и мне не приходилось задумываться о процессе сборки. Но все-таки я его собрал и попробовал запустить, И рука почти не двигалась! Все детли крутились вокруг винтов и, сли я затягивал их так, чтобы было меньше люфтов, она не могла двигаться. Если ослаблял так, чтобы она могла двигаться, появлялись невероятные люфты. В итоге концепт не прожил и трех дней. И приступил к работе над второй версией манипулятора.

Красный был уже вполне пригоден к работе. Он нормально собирался и со смазкой мог двигаться. На нем я смог протестировать софт, но все-таки отсутствие подшипников и большие потери на разных тягах делали его очень слабым.

Затем я забросил работу над проектом на какое-то время, но вскоре принял решении довести его до ума. Я решил использовать более мощные и популярные сервоприводы, увеличить размер и добавить подшипники. Причем я решил, что не буду пытаться сделать сразу все идеально. Я набросал чертежи на скорую руки, не вычерчивая красивых сопряжений и заказал резку из прозрачного оргстекла. На получившемся манипуляторе я смог отладить процесс сборки, выявил места, нуждающиеся в дополнительном укреплении, и научился использовать подшипники.

После того, как я вдоволь наигрался с прозрачным манипулятором, я засел за чертежи финальной белой версии. Итак, сейчас вся механика полностью отлажена, устраивает меня и готов заявить, что больше ничего не хочу менять в этой конструкции:

Меня удручает то, что я не смог привнести ничего принципиально нового в проект uArm. К тому времени, как я начал рисовать финальную версию, они уже выкатили 3D-модели на GrabCad. В итоге я только немного упростил клешню, подготовил файлы в удобном формате и применил очень простые и стандартные комплектующие.

Особенности манипулятора

До появления uArm, настольные манипуляторы подобного класса выглядели достаточно уныло. У них либо не было электроники вообще, либо было какое-нибудь управление с резисторами, либо было свое проприетарное ПО. Во-вторых, они как правило не имели системы параллельных шарниров и сам захват менял свое положение в процессе работы. Если собрать все достоинства моего манипулятора, то получается достаточно длинный список:

Система тяг, позволяющих разместить мощные я тяжелые двигатели в основании манипулятора, а также удерживающие захват параллельно или перпендикулярно основанию
Простой набор комплектующих, которые легко купить или вырезать из оргстекла
Подшипники почти во всех узлах манипулятора
Простота сборки. Это оказалось действительно сложной задачей. Особенно трудно было продумать процесс сборки основания
Положение захвата можно менять на 90 градусов
Открытые исходники и документация. Все подготовлено в доступных форматах. Я дам ссылки для скачивания на 3D-модели, файлы для резки, список материалов, электронику и софт
Arduino-совместимость. Есть много противников Arduino, но я считаю, что это возможность расширения аудитории. Профессионалы вполне могут написать свой софт на C - это же обычный контроллер от Atmel!

Механика

Для сборки необходимо вырезать детали из оргстекла толщиной 5мм:

С меня за резку всех этих деталей взяли около $10.

Основание монтируется на большом подшипнике:

Особенно трудно было продумать основание с точки зрения процесса сборки, но я подглядывал за инженерами из uArm. Качалки сидят на штифте диаметром 6мм. Надо отметить, что тяга локтя у меня держится на П-образном держателе, а у uFactory на Г-образном. Трудно объяснить в чем разница, но я считаю у меня получилось лучше.

Захват собирается отдельно. Он может поворачиваться вокруг своей оси. Сама клешня сидит прямо на валу двигателя:

В конце статьи я дам ссылку на суперподробную инструкцию по сборке в фотографиях. За пару часов можно уверенно все это скрутить, если все необходимое есть под рукой. Также я подготовил 3D-модель в бесплатной программе SketchUp. Её можно скачать, покрутить и посмотреть что и как собрано.

Электроника

Чтобы заставить руку работать достаточно всего навсего подключить пять сервоприводов к Arduino и подать на них питание с хорошего источника. У uArm использованы какие-то двигатели с обратной связью. Я поставил три обычных двигателя MG995 и два маленьких двигателя с металлическим редуктором для управления захватом.

Тут мое повествование тесно сплетается с предыдущими проектами. С некоторых пор я начал и для этих целей даже подготовил свою Arduino-совместимую плату . С другой стороны как-то раз мне подвернулась возможность дешево изготовить платы (о чем я тоже ). В итоге все это закончилось тем, что я использовал для управления манипулятором свою собственную Arduino-совместимую плату и специализированный шилд.

Этот шилд на самом деле очень простой. На нем четыре переменных резистора, две кнопки, пять разъемов для сервопривода и разъем питания. Это очень удобно с точки зрения отладки. Можно загрузить тестовый скетч и записать какой-нибудь макрос для управления или что-нибудь вроде того. Ссылку для скачивания файла платы я тоже дам в конце статьи, но она подготовлена для изготовления с металлизацией отверстий, так что мало пригодна для домашнего производства.

Программирование

Самое интересное, это управление манипулятором с компьютера. У uArm есть удобное приложение для управления манипулятором и протокол для работы с ним. Компьютер отправляет в COM-порт 11 байт. Первый из них всегда 0xFF, второй 0xAA и некоторые из оставшихся - сигналы для сервоприводов. Далее эти данные нормализуются и отдаются на отработку двигателям. У меня сервоприводы подключены к цифровым входам/выходам 9-12, но это легко можно поменять.

Терминальная программа от uArm позволяет изменять пять параметров при управлении мышью. При движении мыши по поверхности изменяется положение манипулятора в плоскости XY. Вращение колесика - изменение высоты. ЛКМ/ПКМ - сжать/разжать клешню. ПКМ + колесико - поворот захвата. На самом деле очень удобно. При желании можно написать любой терминальный софт, который будет общаться с манипулятором по такому же протоколу.

Я не буду здесь приводить скетчи - скачать их можно будет в конце статьи.

Видео работы

И, наконец, само видео работы манипулятора. На нем показано управление мышью, резисторами и по заранее записанной программе.

Ссылки

Файлы для резки оргстекла, 3D-модели, список для покупки, чертежи платы и софт можно скачать в конце моей

на газели очень часто с перегрузом работают. таскают по 3 тонны, а самые отважные и по 4. Конечно мимо постов ДПС лучше так не ездить. Ниже приведу статейку, в которой есть пара примеров установки манипулятора на газель с грубым расчетом грузоподъемности.

Газель с манипулятором – это наиболее экономичный вариант крана-манипулятора. Маневренность Газели (ГАЗ-3302) является весомым преимуществом при работе в тесных городских условиях. Еще один плюс Газели – это доступность обслуживания и недорогие запчасти, за ремонт и техническое обслуживание такого автомобиля с радостью возьмется любой автосервис. Крано-манипуляторная установка способна упростить погрузо-разгрузочные работы на бортовом автомобиле. ГАЗ-3302 с манипулятором подойдет для транспортировки небольших грузов.

Грузоподъемность Газели с манипулятором.

Малая грузоподъемность – это основной недостаток установки манипулятора на Газель (ГАЗ-3302). Монтируя КМУ на Газель, следует понимать, что после установки манипулятора существенно снизится грузоподъемность автомобиля.

Для установки КМУ на шасси обязательно устанавливают надрамник, тем самым усиливая конструкцию автомобиля. Надрамник представляет собой упрощенно говоря стальной пол, его масса для автомобиля ГАЗ-3302 составляет около 250 кг. На Газель устанавливают манипуляторы самых малых серий различных производителей. Такие манипуляторы вместе с аутригерами имеют массу порядка 400-550 кг. Чтобы точно рассчитать грузоподъемность крана-манипулятора на базе Газель, нужно знать массу надрамника и самой КМУ.

Рассчитаем грузоподъемность Газели с манипулятором на примере:

Максимальная разрешенная масса ГАЗ-3302 – 3500 кг.
Масса Газели с бортовой платформой порядка 2 тонн. Масса надрамника – 250 кг.
Масса КМУ – 450 кг.

Проведем расчет и вычтем с разрешенной массы массу автомобиля с оборудованием:

3500 кг – 2000 кг – 250 кг – 450 кг = 800 кг.

Итоговая грузоподъемность такого автомобиля составит 800 кг. Обращаем Ваше внимание, что приведенный расчет имеет большую погрешность. Точную грузоподъемность Газели с манипулятором Вы сможете получить, только сделав расчет с учетом параметров конкретной модели КМУ, однако существенно увеличить грузоподъемность такого автомобиля не возможно.

Выбираем КМУ для ГАЗ-3302

Как уже отмечалось выше, грузоподъемность крана-манипулятора на базе ГАЗ-3302 сильно зависит от массы КМУ. Для установки на Газель подходят манипуляторы самых малых серий некоторых производителей. Для Газели вполне достаточен манипулятор, способный поднимать 800 кг и устанавливать его на всей по всей длине бортовой платформы (3 м).

Приведем несколько примеров совместимых манипуляторов:

PM 3622 CE (Италия) – недорогой средний класс гидроманипуляторов, монтируется за кабиной.

количество секций стрелы: 3
максимальный грузовой момент (тм): 2,9
максимальная грузоподъемность на минимальном вылете, кг (м): 990 кг (2,90 м)
грузоподъемность на максимальном вылете, кг (м): 465 кг (6,05 м)
масса КМУ (кг): 425 кг
аутригеры в базовой комплектации: ручное выдвижение, ширина STD 3,55м

UNIC URА-100 (Япония) – тросовые манипуляторы монтируются внутри бортовой платформы, не требуют надрамника. Недостатки: очень высокая цена, поставка только под заказ, неустойчивать машины.

количество секций стрелы: 3
максимальный грузовой момент (тм): 1,8
максимальная грузоподъемность на минимальном вылете, кг (м): 1 015 (2,90)
грузоподъемность на максимальном вылете, кг (м): 430 кг (3,9 м)
масса КМУ (кг): 480 кг

Задачи, которые по плечу Газели с манипулятором.

Газель, оборудованная краном-манипулятором, имеет меньшую грузоподъемность по сравнинию с базовым автомобилем. Газель с КМУ отлично подойдет для задач погрузки-разгрузки и транспортировки крупно-габаритных и не тяжелых грузов. К примеру, Газель с КМУ может применяться на садоводческих рынках для перевозки саженцов, для работ по благоустройству на дачных участках, в качестве крана и грузовой машины для монтажных бригад.