自己动手，做了一个机械臂玩一玩
时间：2021-10-25 15:36:16
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[导读]出品21ic论坛逍遥李网站：bbs.21ic.com先说下背景：前段时间做了一个机械臂的模型，参考的是比较经典常见的结构，两关节的，带夹爪算是3个自由度，自己玩玩。一、硬件平台介绍：1.1）先来看看夹爪，使用SG90舵机，加上两个齿轮（缺齿齿轮），底部一个固定片，第一次玩这个，都...
出品 21ic论坛 逍遥李
网站：bbs.21ic.com
先说下背景：前段时间做了一个机械臂的模型，参考的是比较经典常见的结构，两关节的，带夹爪算是3个自由度，自己玩玩。
一、硬件平台介绍：
1.1）先来看看夹爪，使用SG90舵机，加上两个齿轮（缺齿齿轮），底部一个固定片，第一次玩这个，都按简单的来设计的，下面是截图可以看清楚。
1.2）看看装配起来的整个机械臂效果，当时是为一个履带车设计的，准备装在车的前装甲上，所以夹爪的角度是对地面有点夹角，不过也不怎么影响抓取。
二、控制与运动
其实机械臂结构很简单的，难的是控制，就目前应用中的机械臂来说，其运动学可以分为正运动学和逆运动学。
正运动学就是“控制各关节参数让机械臂的爪子到达空间某一点”，说简单点就是把一个东西搬到某处；
而逆运动学与之相反，是“已知空间某一点，计算各关节参数从而让机械臂夹爪到达该点”。换句话说就是：去空间某一点抓取某物，这个过程对于我们人类来说简直不要太简单，但对于机械臂来说非常麻烦，很多时候是有多组解。今天我就这个最简单的机械臂，聊一下正运动学问题。
首先对这个机械臂的关节进行简化，夹爪那块就不管了，把它简化成一个点D，如图：
图中，OC和OA两杆其实就是两个舵机驱动的动力臂。接下来就是正运动学中，使用OA和OC两杆的长度L1，L2，以及其各自对X轴夹角α，β这四个参数来表达D点在XOY中坐标系的坐标，乍一看不好理解，看明白了这个推导过程说简单也简单。这里有两种方法：2.1）直接用坐标变换，步骤有点多，不好打字，上图：
上面的过程，就是先对坐标系旋转，再平移。
2.2）如果没有学过坐标变换或者矩阵有点不好理解，那看看下面这种初中解法，学过几何就能理解：
看看两种方法，对比发现结果是一样的。
三）程序关于运动学这些我现在还没使用，只是做了一个蓝牙遥控，通过APP遥控每个关节动作，哈哈。
另外，还写了一个连续的动作，可以抓取，提升，释放。
程序使用的是mixly，图形界面，因为后面考虑带小孩玩的，直接上代码小孩接受不了，图形界面就友好多了，理解也容易。
四）改进版本的机械爪楼下网友@LcwSwust提醒注意舵机扫齿，重新设计了一个带弹簧的机械爪
模型搞定后，开始切割，大概2分钟切好
部分零件设计的有“水口”，是为了防止切割内部形状时外部脱离，所以最后可能需要手工处理一下
最后，关键的还要找一只弹簧，这里就用圆珠笔里面常用的那种，切开，分成两段长度差不多
最后，就是这些零件，按照设计图装配起来
总结一下实际效果：
首先，的确可以避免扫齿，当夹取宽度较打的目标时候，爪子的末端关节是无法回归到设计位置的，但是由于弹簧的作用，也可以保持一定的加持力，同事，爪子的始端关节也就是连接舵机的关节，是可以自由运动的，可以准确运动到程序控制的角度，也就避免了扫齿现象。
不足之处：弹簧的拉力不是太足，需要选更合适的弹簧。
第二版夹爪的切割过程
本文系21ic论坛网友逍遥李原创，资料下载请点击“阅读原文”内下载版权归原作者所有，如有侵权，请联系删除。
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先说下背景：前段时间做了一个机械臂的模型，参考的是比较经典常见的结构，两关节的，带夹爪算是3个自由度，自己玩玩。
一、硬件平台介绍：
1.1）先来看看夹爪，使用SG90舵机，加上两个齿轮（缺齿齿轮），底部一个固定片，第一次玩这个，都按简单的来设计的，下面是截图可以看清楚。
1.2）看看装配起来的整个机械臂效果，当时是为一个履带车设计的，准备装在车的前装甲上，所以夹爪的角度是对地面有点夹角，不过也不怎么影响抓取。
二、控制与运动其实机械臂结构很简单的，难的是控制，就目前应用中的机械臂来说，其运动学可以分为正运动学和逆运动学。
正运动学就是“控制各关节参数让机械臂的爪子到达空间某一点”，说简单点就是把一个东西搬到某处；
而逆运动学与之相反，是“已知空间某一点，计算各关节参数从而让机械臂夹爪到达该点”。换句话说就是：去空间某一点抓取某物，这个过程对于我们人类来说简直不要太简单，但对于机械臂来说非常麻烦，很多时候是有多组解。今天我就这个最简单的机械臂，聊一下正运动学问题。
首先对这个机械臂的关节进行简化，夹爪那块就不管了，把它简化成一个点D，如图：
图中，OC和OA两杆其实就是两个舵机驱动的动力臂。接下来就是正运动学中，使用OA和OC两杆的长度L1，L2，以及其各自对X轴夹角α，β这四个参数来表达D点在XOY中坐标系的坐标，乍一看不好理解，看明白了这个推导过程说简单也简单。这里有两种方法：2.1）直接用坐标变换，步骤有点多，不好打字，上图：
上面的过程，就是先对坐标系旋转，再平移。
2.2）如果没有学过坐标变换或者矩阵有点不好理解，那看看下面这种初中解法，学过几何就能理解：
看看两种方法，对比发现结果是一样的。
三）程序关于运动学这些我现在还没使用，只是做了一个蓝牙遥控，通过APP遥控每个关节动作，哈哈。
另外，还写了一个连续的动作，可以抓取，提升，释放。
程序使用的是mixly，图形界面，因为后面考虑带小孩玩的，直接上代码小孩接受不了，图形界面就友好多了，理解也容易。
四）改进版本的机械爪楼下网友@LcwSwust提醒注意舵机扫齿，重新设计了一个带弹簧的机械爪
模型搞定后，开始切割，大概2分钟切好部分零件设计的有“水口”，是为了防止切割内部形状时外部脱离，所以最后可能需要手工处理一下
最后，关键的还要找一只弹簧，这里就用圆珠笔里面常用的那种，切开，分成两段长度差不多
最后，就是这些零件，按照设计图装配起来
总结一下实际效果：首先，的确可以避免扫齿，当夹取宽度较打的目标时候，爪子的末端关节是无法回归到设计位置的，但是由于弹簧的作用，也可以保持一定的加持力，同事，爪子的始端关节也就是连接舵机的关节，是可以自由运动的，可以准确运动到程序控制的角度，也就避免了扫齿现象。
不足之处：弹簧的拉力不是太足，需要选更合适的弹簧。
第二版夹爪的切割过程
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