Сборка записывающего манипулятора из картона — простой DIY-проект с Arduino и сервоприводами

Компоненты и материалы

Необходимые инструменты

• Клейкий пистолет (Hot glue gun)

Программное обеспечение и онлайн-сервисы

• Arduino IDE
• Python

О проекте

Это простой роботизированный манипулятор, способный запоминать и воспроизводить позиции. Он изготовлен из доступных материалов — картона и термоклея, что делает сборку максимально простой.

Управление осуществляется через графический интерфейс на компьютере, который отправляет данные на Arduino. Интерфейс содержит ползунки для управления каждым сервоприводом, кнопки для записи позиций и воспроизведения записанных последовательностей. Также предусмотрено сохранение и загрузка записей из файлов.

Инструкция по сборке

1. Подготовка деталей: Скачайте и распечатайте шаблон деталей из картона (раздел «Custom Parts and Enclosures» внизу страницы). Вырежьте детали по контуру.
2. Сборка манипулятора: Соберите механическую часть, следуя видео-инструкции (сборка начинается на 0:22).
3. Схема подключения: Соберите электрическую схему согласно принципиальной схеме внизу страницы.
4. Прошивка Arduino: Скачайте код «Robot Arm Arduino Code» (раздел Code, вторая вкладка) и загрузите его в Arduino.
5. Интерфейс на Python: Скачайте «Python User Interface» (раздел Code, первая вкладка). Для запуска понадобится установленный Python (python.org) и библиотека PySerial (pip install pyserial).
6. Запуск: Подключите манипулятор, запустите Python-скрипт, введите COM-порт Arduino (видимый в диспетчере устройств Windows) — система готова к работе!

Примечание: Если возникают проблемы с передачей данных, попробуйте увеличить задержку time.sleep(0.15) на строке 20 Python-кода до 0.2 или 0.3 секунды.

Программный код

Python User Interface

from tkinter import *
from tkinter import filedialog
import serial
import time

port_opened = False

def set_port():
    global port_opened, arduino
    com_port = port_input.get()
    arduino = serial.Serial(com_port, 9600)
    port_opened = True
    print("COM port set to: " + com_port)

def send_positions(position):
    message = "{0:0=3d}".format(position[0]) + \
              "{0:0=3d}".format(position[1]) + \
              "{0:0=3d}".format(position[2]) + \
              "{0:0=3d}".format(position[3]) + \
              "{0:0=3d}".format(position[4]) + "\n"
    arduino.write(str.encode(message))
    print(message, end='')
    time.sleep(0.2)

saved_positions = []

def save_positions():
    saved_positions.append([servo1_slider.get(), servo2_slider.get(),
                            servo3_slider.get(), servo4_slider.get(), servo5_slider.get()])
    print("saved positions: " + str(saved_positions))

def play_positions():
    for position in saved_positions:
        print("playing: " + str(position))
        send_positions(position)
        time.sleep(1)

def clear_all_positions():
    global saved_positions
    saved_positions = []
    print("cleared all positions")

def clear_last_positions():
    global saved_positions
    removed = saved_positions.pop()
    print("removed: " + str(removed))
    print("saved positions: " + str(saved_positions))

def open_file():
    global saved_positions
    filename = filedialog.askopenfilename(initialdir="/", title="Select a File",
                                          filetypes=(("Text files", "*.txt*"), ("all files", "*.*")))
    file = open(filename, "r")
    data = file.read()
    saved_positions = eval(data)
    file.close()
    print("opened: " + filename)

def save_file():
    save_file = filedialog.asksaveasfile(mode='w', defaultextension=".txt")
    save_file.write(str(saved_positions))
    save_file.close()
    print("saved file")

def instructions():
    print("1.) Set the Arduino's COM port and click Enter. This can be found in Device Manager in Windows")
    print("2.) Move the arm's servos using the sliders")
    print("3.) To record a position, click on Record Position")
    print("4.) To replay the recorded positions, click on Replay Positions")
    print("\nTo save what you've recorded, got to File > Save File.")
    print("To open a previously saved file, got to File > Open File.")

window = Tk()
window.title("Robot Arm Controller 2")
window.minsize(355, 300)

port_label = Label(window, text="Set Port:"); port_label.place(x=10, y=10)
port_input = Entry(window); port_input.place(x=10, y=35)
port_button = Button(window, text="Enter", command=set_port); port_button.place(x=135, y=32)

servo1_slider = Scale(window, from_=180, to=0); servo1_slider.place(x=0, y=100)
servo1_label = Label(window, text="Servo 1"); servo1_label.place(x=10, y=80)
servo2_slider = Scale(window, from_=180, to=0); servo2_slider.place(x=70, y=100)
servo2_label = Label(window, text="Servo 2"); servo2_label.place(x=80, y=80)
servo3_slider = Scale(window, from_=180, to=0); servo3_slider.place(x=140, y=100)
servo3_label = Label(window, text="Servo 3"); servo3_label.place(x=150, y=80)
servo4_slider = Scale(window, from_=180, to=0); servo4_slider.place(x=210, y=100)
servo4_label = Label(window, text="Servo 4"); servo4_label.place(x=220, y=80)
servo5_slider = Scale(window, from_=180, to=0); servo5_slider.place(x=280, y=100)
servo5_label = Label(window, text="Servo 5"); servo5_label.place(x=290, y=80)

save_button = Button(window, text="Record Position", command=save_positions); save_button.place(x=10, y=220)
clear_button = Button(window, text="Clear Last Position", command=clear_last_positions); clear_button.place(x=120, y=220)
clear_button = Button(window, text="Clear All Positions", command=clear_all_positions); clear_button.place(x=120, y=255)
play_button = Button(window, text="Replay Positions", command=play_positions, height=3); play_button.place(x=250, y=220)

menubar = Menu(window)
filemenu = Menu(menubar, tearoff=0)
filemenu.add_command(label="Open File", command=open_file)
filemenu.add_command(label="Save File", command=save_file)
menubar.add_cascade(label="File", menu=filemenu)

editmenu = Menu(menubar, tearoff=0)
editmenu.add_command(label="Clear last position", command=clear_last_positions)
editmenu.add_command(label="Clear all positions", command=clear_all_positions)
menubar.add_cascade(label="Edit", menu=editmenu)

helpmenu = Menu(menubar, tearoff=0)
helpmenu.add_command(label="How to use (printed in console)", command=instructions)
menubar.add_cascade(label="Help", menu=helpmenu)

window.config(menu=menubar)

while True:
    window.update()
    if port_opened:
        send_positions([servo1_slider.get(), servo2_slider.get(),
                        servo3_slider.get(), servo4_slider.get(), servo5_slider.get()])

Robot Arm Arduino Code

#include <Servo.h>

Servo servo1;
Servo servo2;
Servo servo3;
Servo servo4;
Servo servo5;

int servoPositions[5];

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  servo1.attach(3);
  servo2.attach(5);
  servo3.attach(6);
  servo4.attach(9);
  servo5.attach(10);
}

void loop() {
  while (Serial.available()) {
    String input = Serial.readStringUntil('\n');
    servoPositions[0] = input.substring(0, 3).toInt();
    servoPositions[1] = input.substring(3, 6).toInt();
    servoPositions[2] = input.substring(6, 9).toInt();
    servoPositions[3] = input.substring(9, 12).toInt();
    servoPositions[4] = input.substring(12, 15).toInt();
  }
  servo1.write(servoPositions[0]);
  servo2.write(servoPositions[1]);
  servo3.write(servoPositions[2]);
  servo4.write(servoPositions[3]);
  servo5.write(servoPositions[4]);
  delay(500);
}

Схемы и чертежи

Принципиальная схема подключения и шаблон деталей из картона доступны в соответствующих разделах проекта.