UFACTORY机械臂 - 力矩传感器

7. 力矩传感器 (Force Torque Sensor)

对于UFACTORY的六维力矩传感器,xArm-Python-SDK提供了一系列接口进行控制和数据读取。

API函数 描述
ft_sensor_enable() 使能或断使能力矩传感器
ft_sensor_iden_load() 力矩传感器的负载辨识
ft_sensor_cali_load() 将力矩传感器负载辨识结果设为0点
ft_sensor_set_zero() 将当前状态设为零点(不推荐使用)
get_ft_sensor_data() 获取补偿和滤波后的力矩传感器数据
ft_sensor_app_set() 设置力控应用类型 (0: 非力控, 1: 导纳控制, 2: 力位混合控制)
ft_sensor_app_get() 获取当前力控应用类型
set_impedance_mbk() 设置导纳控制参数 (M, B, K)
set_impedance_config() 设置导纳控制的参考坐标系和柔顺轴
set_ft_collision_detection() 设置基于力矩传感器的碰撞检测
set_ft_collision_threshold() 设置力矩传感器碰撞检测的阈值
set_ft_collision_rebound() 设置碰撞后是否回弹
set_ft_collision_reb_distance() 设置碰撞后回弹的距离

注意: ft_sensor_set_zero() 接口不推荐使用。此接口会使用当前的力矩传感器数值进行负载补偿,当机械臂姿态变化后,该补偿即失效。推荐使用 ft_sensor_iden_load()ft_sensor_cali_load() 进行负载辨识与清零。

获取力矩传感器数据

使用 get_ft_sensor_data(is_raw=False) 方法可以获取传感器数据。

  • is_raw: 布尔值。默认为 False,返回经过重力补偿和滤波后的数据;如果为 True,则返回原始数据。
  • 返回值: 一个包含错误码和数据数组的元组。数据数组中包含了Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz的值,单位是N 和 N·m

示例:

arm.ft_sensor_enable(True)                  #使能力矩传感器
iden_data = arm.ft_sensor_iden_load()
<think>首先,用户的问题是关于“DIY机械制作指南、设计方案或工具套件”。我需要根据系统指令和提供的引用来回答。 系统指令: - 所有行内数学表达式使用$...$格式。 - 独立公式使用$$...$$格式并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识。 - 回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题。 - 保证回答真实可靠。 参考引用: - [^1]: 关于机器人的运动原理、工作区域等。 - [^2]: 关于DIY CNC激光雕刻机的3D模型、组装等。 - [^3]: 关于Ultimaker2 3D打印机的组装指南。 - [^4]: 关于学习机器人的方法,包括使用Arduino、Raspberry Pi、ROS等。 - [^5]: 关于ELEGOO智能机器人车套件的细节。 用户意图是寻找DIY机械的相关信息。引用[^1]直接提到了机器人,[^4]和[^5]涉及机器人套件和编程,[^2]和[^3]涉及3D打印和组装,这可能与制作机械部件相关。 我的回答结构: 1. **介绍DIY机械的基本概念**:基于引用[^1],解释机械的运动原理(极坐标系)、工作区域等。 2. **提供制作指南**:逐步指导如何制作DIY机械- 设计方案:包括机械结构、电子元件、控制软件。 - 工具套件:推荐一些套件,如基于Arduino或Raspberry Pi的。 - 参考引用[^4]和[^5],它们提到了使用Arduino和ROS。 3. **组装和编程**:基于引用[^2]和[^3],讨论如何组装部件,可能使用3D打印。 4. **生成相关问题**:在末尾添加相关问题,如系统指令要求。 在回答中,自然地添加引用标识。例如,如果提到运动原理,添加[^1]。 数学表达式:如果涉及公式,比如在解释运动学或控制时,使用LaTeX格式。例如,关节角度计算:$ \theta = \arctan\left(\frac{y}{x}\right) $。但用户问题可能不直接涉及数学,所以只在必要时添加。 确保回答真实可靠:基于提供的引用,避免虚构。引用是有限的,所以我可以补充一般知识,但要基于常识。 最终回答结构: - 开头简要介绍DIY机械- 主体分步骤: 1. 设计方案:包括机械设计、电子设计。 2. 制作指南:组装过程。 3. 工具套件推荐。 - 结尾添加相关问题。 生成相关问题:如系统指令示例,添加3-5个相关问题,例如: 1. DIY机械的控制系统如何实现? 2. 如何选择适合的机械套件? 3. 机械的逆向运动学计算是什么? 现在,草拟回答。</think>### DIY机械制作指南、设计方案与工具套件 制作DIY机械是一个有趣且教育性的项目,涉及机械设计、电子控制和编程。机器人通常利用极坐标系进行运动,具有弧形工作区域,相比笛卡尔机器(如3D打印机),其占地面积小、灵活性高[^1]。以下我将基于可靠资源(如开源项目和常见实践),逐步介绍设计方案、制作指南和推荐工具套件。整个过程分为设计、组装和编程三个阶段,确保结构清晰且易于上手。 #### 1. **设计方案** DIY机械的设计需考虑机械结构、驱动系统、控制单元和软件。目标是实现基本功能如抓取、旋转和定位。参考开源项目,常见设计包括3~6个自由度(DOF)的关节- **机械结构**: - 使用铝合金或3D打印部件(如PLA材料)构建关节和连杆。设计时需考虑负载平衡,避免应力集中。例如,一个4DOF机械可能包括基座旋转、肩关节、肘关节和手腕关节。运动学方程可简化计算位置:例如,在二维平面中,末端位置 $(x, y)$ 与关节角度 $\theta_1, \theta_2$ 的关系为: $$ x = l_1 \cos(\theta_1) + l_2 \cos(\theta_1 + \theta_2) $$ $$ y = l_1 \sin(\theta_1) + l_2 \sin(\theta_1 + \theta_2) $$ 其中 $l_1$ 和 $l_2$ 为连杆长度。这有助于优化工作范围[^1]。 - 设计方案可参考开源平台如Thingiverse或GitHub,提供免费3D模型文件(.STL格式),便于打印和修改。 - **电子系统**: - 核心控制器:推荐使用Arduino Uno或Raspberry Pi,前者适合初学者,后者支持更复杂的算法(如逆运动学计算)。Arduino IDE通过C++编程实现实时控制,并通过引导程序(Bootloader)上传代码[^5]。 - 驱动元件:舵机(如SG90或MG996R)用于关节驱动,步进电机用于高精度运动。添加传感器如电位器(测量角度)或超声波模块(避障)。 - 电源:需匹配电压(通常5V~12V),使用锂离子电池或外部电源。 - **软件控制**: - 基础编程:在Arduino IDE中编写C++代码,控制舵机角度。例如,简单PWM控制代码: ```cpp #include <Servo.h> Servo myservo; void setup() { myservo.attach(9); // 连接舵机到数字引脚9 } void loop() { myservo.write(90); // 设置角度为90度 delay(1000); } ``` - 高级控制:使用机器人操作系统(ROS)进行模拟和路径规划,支持在PC上虚拟测试,无需硬件投资[^4]。 #### 2. **制作指南** 制作过程强调安全第一:佩戴护目镜,在通风环境操作3D打印部件。以下是分步组装指南(基于常见4DOF机械项目)。 1. **准备材料与工具**: - 材料:3D打印部件(基座、连杆)、舵机(4个)、Arduino开发板、杜邦线、螺丝套件。 - 工具:3D打印机(如参考Ultimaker2的组装指南[^3])、螺丝刀、焊枪、万用表。预算约¥500~¥2000,取决于套件选择。 2. **组装机械结构**: - 步骤1:打印所有3D部件(耗时约10~20小时)。参考开源模型,确保公差匹配(如孔位对齐舵机轴)。 - 步骤2:将舵机固定在关节处,用螺丝连接连杆。确保运动平滑,无卡顿。基座需稳固,防止倾倒。 - 步骤3:安装电子元件。将舵机信号线连接到Arduino PWM引脚(如9,10,11,12),电源线接外部电池。参考电路图简化布线[^2]。 3. **电子连接与测试**: - 用面包板或PCB板整合电路。测试舵机响应:上传简单代码,检查各关节是否在0°~180°范围内运动。 - 常见问题排查:如果舵机抖动,检查电源电压是否稳定(需≥5V);如果通信失败,验证接线是否正确。 4. **编程与校准**: - 基础功能:编写Arduino代码实现正向运动学(如输入角度计算末端位置)。校准每个舵机的零点位置。 - 高级功能:集成ROS,在PC上模拟运动轨迹。例如,使用MoveIt!包进行路径规划[^4]。 #### 3. **推荐工具套件** 初学者建议从完整套件入手,逐步过渡到自定义设计。以下是可靠选择(基于性价比和社区支持): - **ELEGOO智能机器人车套件V4.0**:包含Arduino Uno、舵机、传感器和教程,适合入门。价格约¥300,支持C++编程,通过引导程序轻松上传代码[^5]。 - **UFactory xArm 1S DIY套件**:提供6DOF设计,带3D打印文件和控制软件。价格¥1500~¥2000,适合进阶用户。 - **开源套件**: - 在GitHub搜索“DIY Robotic Arm”,如“MeArm”项目,免费提供STL文件和代码。 - 搭配3D打印机套件(如Ultimaker2参考资源[^3]),自行打印部件降低成本。 #### 注意事项 - **安全与环保**:使用可回收材料(如PLA),避免高压电路。首次测试时,在低负载下运行。 - **学习资源**:参考在线教程(如Arduino官方论坛或ROS Wiki),边做边学是最高效方式[^4]。平均完成时间:初学者2~4周。 - **成本优化**:复用旧电子产品(如废旧舵机),或选择模拟方案(如ROS Gazebo仿真)减少硬件投入[^4]。 通过以上步骤,您能构建一个功能性的DIY机械。如需更详细模型文件或代码示例,可访问开源平台如Thingiverse或GitHub。
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