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[项目] 【Arduino 动手做】SCARA 机器人：学习正向和逆向运动学

SCARA 机器人是工业界非常流行的机器。该名称代表 Selective Compliant Assembly Robot Arm 或 Selective Compliant Articulated Robot Arm。它基本上是一个三自由度机器人，是 XY 平面中的前两个位移旋转位移，最后一个运动由手臂末端 Z 轴上的滑块执行。两个自由度旨在提供更高精度;尽管如此，由于可供我们使用的伺服系统的质量，由于它有两个自由度，构建的手臂并没有像人们预期的那样具有那么多的机动性。电子部分易于理解。不过，构建起来很困难。由于手臂需要三个执行器，因此我们有三个通道。我们决定使用 Processing，而不是使用常见的 Arduino 接口进行编程，这是一个与 Arduino 非常相似的软件。

用品
物料清单：
为了构建原型，使用了几种材料，在下面的列表中提到了所有这些材料：
3 伺服电机 MG 996R
1 个 Arduino Uno
MDF（3 mm 厚）
GT2 型同步带（6 mm 间距）
环氧的
螺母和螺栓
3 轴承

第 1 步：原型
第一步是在 CAD 软件中制作模型，在这种情况下，Solid works 是一个非常好的软件，其他选项可以是 Fusion 360 或您喜欢的其他 CAD 软件。步骤 1 中附加的图片是第一个原型，由于我们必须修改的各种错误，我们最终在视频和介绍中得到了模型展示。

为了制作原型，使用了激光切割，我没有任何制造过程的视频，但我有我使用的文件。这个项目必须重要的部分是接口的编码，这样您就可以制作自己的模型并将我们的代码用于您自己的 SCARA 机器人

第 2 步：电机连接
电子设备就像烹饪麦片一样简单。只需按照图片上显示的方式连接所有内容（在主代码中，发送到舵机的信号来自引脚（11、10 和 11））

第 3 步：取消前向并反转运动学
正向运动学

代码对轨迹的工作方式如下：选择此模式后，必须选择要绘制的形状。您可以在 Line （直线）、Triangle（三角形）、Square （方形）和 Ellipse （椭圆）之间进行选择。根据选择，一个变量被改变，然后用作序列中稍后编程的 select 类型的 'case' 参数。由于处理的灵活性，我们可以使用 Windows 和其他作系统已知的命令与界面进行交互，这允许将光标（鼠标）的位置分配给程序中的变量，该变量通过与 Arduino 的连接命令伺服电机以什么顺序驱动什么角度。

可以在伪代码中简化绘制算法：将值分配给 x1，y1 将值分配给 x2，y2 计算 x1 和 x2 之间的差计算 y1 和 y2 之间的差计算向下将通过的点（三角形、正方形、圆）（这两个点使用几何图形）如果（botondibujar == true）在记录的情况下完成序列，发送到伺服电机的变量保存在 60 个单元的数组中，通过按下“记录”按钮，我们可以保存以任何模式（手动、前进、反向、轨迹）获得的数据，然后在您按下启动按钮时复制变量。

逆向运动学

逆向运动学问题包括为机器人找到必要的输入，以到达其工作区上的某个点。给定该机制，所需位置的可能解数可能是一个无限数。我们构建的机器人是一个具有两个自由度的串行机构。经过几何分析，已经为这种特定机制找到了两个解决方案。图 13.逆向运动学示例其中：θ1 和 θ2 是两个 DoF 串行机构机器人的输入角度，X1 和 X2 是最终手臂中工具平面中的位置。从上图可以看出：

它也存在 elbow UP 配置，但对于编写的程序，它只使用了 elbow DOWN 配置。找到输入角度后，该信息将在直接运动学程序上运行，并且由于伺服系统和皮带的原因，以小于一厘米的误差到达所需位置。

第 4 步：手动、轨迹和学习模式
手动
对于这种模式，你只需要在界面中移动 mause，机器人就会跟随界面的指针，你可以在编程中编程，这是一个很棒的平台

轨迹
对于此模型，我们使用逆运动学的资源，并由客户端请求图形，该图形是：直线方阵三角形圆图形可以在界面上绘制所需的形状。轨迹使用逆模式来计算每个图形的线条的每个点，因此当您在绘制作为界面输入的图形后单击播放时，可以轻松跟踪图形

学习模式
学习模式考虑了所有其他模式，即手动、前进、反向和轨迹，因此您可以在界面中进行任何您想要的移动，然后替换为与以前相同的移动，但速度较慢，因为它会重现并尝试更准确地完成它。

【Arduino 动手做】SCARA 机器人：学习正向和逆向运动学图1