52
Рисунок 38 – Монтаж уголка на основание кисти робота
Алюминиевый уголок позволяет соединить пластину для
сервоприводов (серводвигателей) на основание кисти робота, при
закреплении её непосредственно к пластине для основания (рисунок 39).
Рисунок 39 – Монтаж пластины для серводвигателей
53
В пластине для серводвигателей предусмотрены прямоугольные
отверстия для установки в неё 5 сервоприводов.
Так же, в этой пластине предусмотрено вырезы и для светодиода, и
для кнопки (выключателя) питания напряжения.
Следующим шагом будет являться крепление алюминиевых пластин
для пальцев и серводвигателей между собой.
3Д модель соединения пластин приводится на рисунке 40.
Рисунок 40 – Крепление пластин для пальцев и сервоприводов
Пластина для пальцев робота позволяет удерживать все 5 пальцев
кисти робота с помощью болтов.
54
Окончательная (собранная) 3Д модель автоматизированной
информационно-управляющей системы кисти андроида, представлена в
приложении В.
3.3. Макетный образец кисти андроида
На основании спроектированной в данной выпускной
квалификационной работе 3D модели автоматизированной
информационно-управляющей системы андроида был собран и испытан
макетный образец для захвата твердотельных предметов и жестикуляции
пятью пальцами данной кисти.
На рисунке 41 показана фотография макетного образца
автоматизированной информационно-управляющей системы андроида,
подключенного к персональному компьютеру (ноутбуку) с помощью USB
кабеля.
Рисунок 41 – Макетный образец кисти, подключенный к
персональному компьютеру
55
Разработанная кисть андроида предназначается именно для
жестикуляции пятью пальцами кисти робота и захвата твердотельных
предметов.
Управление такой системы может быть, как программным и
независимым от человека в процессе работы робота (автономным), так и
автоматизированным.
Программирование указанной кисти осуществлялось в специальной
среде «Arduino», где непосредственно записывался скетч (то есть
программный код) именно на языке программирования высокого уровня
«C++» [8].
Для определения массовых характеристик и геометрических
размеров разрабатываемой кисти робота системы андроида была построена
твердотельная 3D модель, при помощи САПР программы «SolidWorks
2017».
Практическая значимость данной выпускной квалификационной
работы подтверждается работоспособностью, спроектированной
автоматизированной информационно-управляющей системы кисти
андроида.
Акт внедрения результатов исследования приводится в приложении
Д.
Для реализации программного кода, позволяющего попеременно
разгибать и загибать все пальцы кисти робота, был составлен
определенный алгоритм программы, показанный ниже по тексту
исследования на рисунке 42.
При выполнении алгоритма осуществляется установка каждого
серводвигателя на цифровые порты ввода/вывода платы с
микроконтроллером «ArduinoUNO».
Так как каждый серводвигатель с помощью натянутой лески связан с
определенным пальцем кисти робота андроида, то необходимо подобрать
56
именно такие углы качалки сервопривода, с помощью которых и будут
разгибаться и загибаться определенные конкретные пальцы кисти робота
андроида.
В таблице 3 показана связь серводвигателей, углов поворота качалки
серводвигателей и цифровых портов платы с микроконтроллером «Arduino
UNO».
На рисунке 42 показана механическая связь качалки серводвигателя
с пальцем робота посредством натяжения лески.
Качалка, закрепленная на серводвигатель, способна осуществлять
углы поворотов непосредственно от 0º до 180º, при помощи данного
действия тем самым подтягивая гофру пальца кисти с помощью упругой
лески.
Таблица 3 – Связь серводвигателей и портов ввода/вывода платы с
микроконтроллером «Arduino UNO»
№ серводвигателя
№ порта платы
«Arduino UNO»
Угол поворота
серводвигателя
при загибании
пальца кисти
(град.)
Угол поворота
серводвигателя
при
разгибании
пальца кисти
(град.)
1
10
180
0
2
8
90
180
3
9
180
0
4
11
0
180
5
12
180
90
57
Рисунок 42 – Связь качалки серводвигателя с пальцем кисти
посредством лески
Разработанный в выпускной квалификационной работе программный
код (скетч) для макетного образца кисти робота андроида позволяет
осуществлять попеременно жестикуляцию пяти пальцев, разгибая и
загибая их.
Начиная с мизинца и заканчивая большим пальцем кисти руки
андроида.
Задержка по времени между загибанием и разгибанием каждого
пальца составила 0,5 секунды.
Электрическая схема автоматизированной информационно-
управляющей системы кисти андроида показана в приложении А к
представленному исследованию.
А непосредственно сам листинг программного кода (скетча)
управления с помощью перчатки (в автоматизированном режиме работы) в
приложении Б.
58
Работу программного кода отражает составленный алгоритм,
который приведен на рисунке 43.
Рисунок 43 - Алгоритм, осуществляющий попеременное загибание
пальцев кисти андроида
При записи программного кода необходимо присвоить
управляющему контакту серводвигателя цифровой порт ввода/вывода
платы с микроконтроллером «Arduino UNO».
Далее нужно указать требуемые углы поворота качалок
серводвигателей, причем начиная с первого сервопривода (первого пальца
кисти андроида) и заканчивая пятым серводвигателем (пятым пальцем
кисти).
59
Временной промежуток между загибанием и разгибанием пальца
кисти робота должен составлять 0,5 секунды, для этого на языке
программировании высокого уровня «С++» используется функция «delay
()».
Таким образом, собранный макетный образец автоматизированной
информационно-управляющей системы кисти андроида позволяет
попеременно осуществлять жестикуляцию пальцев кисти, то есть
попеременно разгибая и загибая, начиная с мизинца и заканчивая большим
пальцем.
Макетный образец позволяет выполнять различные жестикуляции, в
зависимости именно от записанного в плату конкретного программного
кода.
В приложении Б представлен листинг программного кода, который и
реализует само попеременное загибание всех пальцев разработанной кисти
руки.
Перчатка для макетного образца кисти андроида строилась помощью
специальных датчиков - герконов.
Геркон (то есть акроним от «герметичный контакт») —
электромеханическое коммутационное устройство, изменяющее состояние
подключённой электрической цепи при воздействии магнитного поля от
постоянного магнита или внешнего электромагнита, например, соленоида
[30].
Конструктивно в герконе предусмотрены упругие именно
ферромагнитные контакты, которые впаяны в абсолютно герметичную
стеклянную колбу.
Данные контакты совмещают функции магнитопровода, токопровода
и пружины.
60
При увеличении внешнего магнитного поля на данный датчик свыше
порогового упругие контакты геркона “слипаются”, замыкая
электрическую цепь.
При снятии внешнего магнитного поля за счет упругости контактов
происходит размыкание этой цепи.
Таким образом, в заключение третьей главы настоящей выпускной
квалификационной работы, стоит отметить, что разработанная кисть
андроида предназначается для жестикуляции пятью пальцами кисти
робота и захвата твердотельных предметов.
Управление такой системы может быть, как программным и
независимым от человека в процессе работы робота (автономным), так и
автоматизированным.
Для осуществления жестикуляции пальцев кисти робота - андроида
необходимо составить программу (скетч) на языке программирования
высокого уровня «С++» и загрузить его в плату с контроллером «Arduino
Uno».
Программирование кисти осуществлялось в специальной среде
«Arduino», где записывался скетч (программный код) на языке
программирования высокого уровня «C++» [8].
Для определения массовых характеристик и геометрических
размеров кисти робота андроида, была построена твердотельная 3D
модель, c помощью САПР программы «SolidWorks 2017».
Практическая значимость данной выпускной квалификационной
работы подтверждается работоспособностью автоматизированной
информационно-управляющей системы кисти андроида.
Для реализации программного кода, позволяющего попеременно
разгибать и загибать все пальцы кисти робота, был составлен алгоритм
программы, показанный на рисунке 43.
61
Человеку необходимо надеть перчатку на руку и опустить
определенный палец, тем самым этим действием замкнуть электрическую
схему геркона, послав при этом электрический сигнал непосредственно в
саму плату Arduino [16].
Для реализации макетного образца была использована замшевая
перчатка, показанная на рисунке 44.
Рисунок 44 – Замшевая перчатка, используемая в настоящем
проектировании
Таким образом, на примере записанных выше программных кодов
была показана возможность жестикуляции пальцами кисти робота в
различных режимах его работы.