Dobot Magician настольный робот-манипулятор

1.

УРОК 2 · 90 МИНУТ
DOBOT MAGICIAN
Настольный робот-манипулятор: устройство,
управление, программирование
Сергей Сергеевич Филянов · Школа № 340

2.

ПЛАН · 90 МИНУТ
Пять частей урока
№
Что разберём
Минуты
1
Знакомство и связь с прошлым уроком
10
2
Устройство: шарниры, рабочие органы, разъёмы
16
3
Способы управления роботом
25
4
Программирование: Blockly, Python, датчики, конвейер
27
5
Возможности, ограничения, безопасность, итоги
12

3.

01 · СВЯЗЬ С ПРОШЛЫМ УРОКОМ
Идеи прошлого урока у настольного робота
Прошлый урок
Dobot Magician
Шарниры и степени подвижности
4 шарнира, 4 степени подвижности
Системы координат
x, y, z, r в программе и углы шарниров 1–4
Прямая и обратная кинематические задачи
Программа сама пересчитывает углы в координаты и обратно
Приводы и обратная связь
Привод в каждом шарнире; производитель называет робота «с
обратной связью»
PTP, LIN, CIRC
JUMP, MOVJ, MOVL, ARC
Программирование обучением и автономное
Режим обучения; графическая среда Blockly и Python

4.

01 · ЗНАКОМСТВО
Небольшой, но настоящий манипулятор
4
500 г
320 мм
0,2 мм
степени подвижности
номинальная нагрузка
вылет: досягаемость руки
повторяемость отработки
положения
Учебный манипулятор: те же идеи, что у заводского робота, но безопасный размер и цена. Данные — по описаниям
производителя и поставщиков; проверяйте по паспорту своей модели.

5.

02 · УСТРОЙСТВО
Основание, плечо, стрела, рабочий орган
Основание: кнопка питания, индикатор,
разъёмы
Плечо и стрела: два звена руки
Рабочий орган: сменный инструмент на конце
стрелы
Шарниры 1–4: в методичке «соединения»
Иллюстрации: методическое пособие для учителя, Dobot Magician (2018)

6.

02 · УСТРОЙСТВО
Что делает каждый шарнир
Шарнир 1
Шарнир 2
Шарнир 3
Шарнир 4
Основание: поворот
вокруг вертикальной оси
Плечо: наклон всей руки
вперёд и назад
Стрела: наклон второго
звена
Рабочий орган: поворот
инструмента, координата
r
Степеней подвижности четыре, а не шесть: инструмент остаётся направленным вниз, меняется только его поворот r. Для
работы на столе этого достаточно.

7.

02 · УСТРОЙСТВО
Как задаётся положение инструмента
Линейный режим
Ручной режим
Рабочее пространство
Движение по осям x, y, z. Инструмент
идёт строго по прямой
Каждый шарнир 1–4 отдельно. Знак
«+» — по часовой стрелке или вперёд
Веер вокруг основания. За границей
на роботе загорается красный
индикатор
Начало координат — на пересечении осей. Положение всегда указывается для рабочего органа.

8.

02 · УСТРОЙСТВО
Паспорт Dobot Magician
Параметр
Значение
Степени подвижности
4
Номинальная нагрузка
500 г
Вылет (досягаемость)
320 мм
Повторяемость отработки пространственного
расположения
0,2 мм
Диапазоны шарниров
основание ±135°, плечо 0…85°, стрела −10…95°, поворот инструмента
±90°
Связь с компьютером
USB, Wi-Fi, Bluetooth
Питание
12 В, 7 А, до 60 Вт
По данным производителя и поставщиков; диапазоны шарниров зависят от версии — сверяйте по паспорту.

9.

02 · УСТРОЙСТВО
Один манипулятор — пять инструментов
Вакуумный захват
Присоска и воздушная помпа:
переносит гладкие лёгкие предметы
Механическое захватное
устройство
Держатель пишущего
инструмента
Пальцы с пневматическим
приводом: хватает предметы
Ручка, карандаш, фломастер
диаметром до 10 мм
Головка для 3D-печати
Лазерный гравёр
Экструдер и пластик PLA: печать объектов слой за слоем
Выжигает рисунок на подходящем материале
Рабочий орган крепится винтом-бабочкой; в программе выбирается его тип.

10.

02 · УСТРОЙСТВО
Два способа схватить предмет
Вакуумный захват и воздушная помпа
Иллюстрации: методическое пособие для учителя, Dobot Magician (2018)
Механическое захватное устройство

11.

02 · УСТРОЙСТВО
Как к роботу подключаются устройства
Разъём
Для чего
SW1, GP1 на основании
воздушная помпа: питание и управление
GP3 на стреле
привод захвата
STEPPER 1
двигатель конвейера
EIO, контакты 1–20
светодиоды, датчики
GND, 5V, 12V
земля и питание устройств
ADC, PWM
вход датчика и «аналоговый» выход
Иллюстрации: методическое пособие для учителя, Dobot Magician (2018)

12.

03 · УПРАВЛЕНИЕ
Шесть способов сказать роботу, что делать
Мышь
Геймпад
Обучение
Инструмент следует за курсором;
кнопки осей и шарниров
Беспроводной пульт, компьютер не
нужен
По точкам или проводя рукой
Рисование и печать
Blockly
Python
Графический режим и режим 3Dпринтера
Программа из блоков
Программа текстом
Производитель также называет мобильное приложение, жесты и голос — в этом уроке не разбираем.

13.

03 · УПРАВЛЕНИЕ
Главное окно: восемь режимов работы
Подключить: связь по USB
Аварийная остановка: немедленно остановить
робота
Домой: вернуть в стартовое положение
Настройки: параметры режимов
Иллюстрации: методическое пособие для учителя, Dobot Magician (2018)

14.

03 · УПРАВЛЕНИЕ
Веер рабочего пространства и три режима
Следование за курсором: клавиша «\»
включает и выключает
Линейный режим: движение по осям x, y, z
Ручной режим: шарниры 1–4 по отдельности
Кнопка «Присоска» включает помпу
Иллюстрации: методическое пособие для учителя, Dobot Magician (2018)

15.

03 · УПРАВЛЕНИЕ
Пульт без компьютера
Беспроводной пульт по Bluetooth: компьютер не нужен
Модуль вставляется в USB-контроллер на основании
L1 — линейный режим, R1 — ручной
Кнопка «Домой» удерживается при включении
Иллюстрации: методическое пособие для учителя, Dobot Magician (2018)

16.

03 · УПРАВЛЕНИЕ
Показать точки и нажать «Старт»
«Добавить точку» сохраняет положение
инструмента
Для каждой точки: тип движения и пауза
Программа выполняется кнопкой «Старт»
Точки можно править двойным щелчком
Иллюстрации: методическое пособие для учителя, Dobot Magician (2018)

17.

03 · УПРАВЛЕНИЕ
JUMP, MOVJ, MOVL, ARC
JUMP
MOVJ
MOVL
ARC
Подъём, перенос над точкой,
спуск: путь П-образный
Все шарниры движутся
одновременно, каждый
кратчайшим путём
Инструмент идёт по прямой
Дуга через три точки:
начало, промежуточная,
конец
перекладывание
= PTP · позиционное
= LIN · контурное
Позиционное и контурное управление — по ГОСТ Р 60.0.0.4-2023 (PTP и CP).
= CIRC · контурное

18.

03 · УПРАВЛЕНИЕ
Провести рукой — и робот запомнит
1. Нажать кнопку
2. Провести рукой
3. Отпустить
Кнопка на стреле отключает усилия
приводов
Инструмент свободно перемещается
по нужному пути
В момент отпускания точка
сохраняется
Так же программируют роботы для совместной работы. Способ интуитивный, но точность зависит от руки человека.

19.

03 · УПРАВЛЕНИЕ
Робот вместо принтера
Ручка в держателе: кончик слегка касается
бумаги
Кнопка «Авто Z» запоминает высоту касания
Библиотека фигур, текст и импорт своей
картинки
За пределами рабочей области рисунок
становится красным
Иллюстрации: методическое пособие для учителя, Dobot Magician (2018)

20.

03 · УПРАВЛЕНИЕ
Аддитивная технология: слой за слоем
Объект «выращивается» слоями, а не вытачивается
Комплект: головка, экструдер, кабель, катушка PLA
Сопло нагревается до 200 °C, до 250 °C — не трогать
Печать идёт по 3D-модели в файле STL
Иллюстрации: методическое пособие для учителя, Dobot Magician (2018)

21.

03 · УПРАВЛЕНИЕ
Как модель превращается в движения
ШАГ 1
ШАГ 2
ШАГ 3
ШАГ 4
ШАГ 5
3D-модель
Файл STL
Слайсер
Управление
Печать
В САПР, например
Autodesk Inventor
→
Модель хранится
как набор
треугольников
→
Нарезает модель
на слои
→
Для урока модель подбирают так, чтобы печать заняла не больше 15 минут.
Нагрев сопла и
подача пластика
→
Робот ведёт сопло
слой за слоем

22.

04 · ПРОГРАММИРОВАНИЕ
Программа собирается из блоков
1: управление проектом — создать, открыть,
сохранить, старт, стоп
2: журнал запуска и основной код на Python
3: палитра блоков
4: поле программы
Иллюстрации: методическое пособие для учителя, Dobot Magician (2018)

23.

04 · ПРОГРАММИРОВАНИЕ
Шесть групп блоков
Логические
Циклы
Математика и переменные
Если — иначе, сравнение, «и», «или»
Повторить n раз, пока условие, для i
от… до…
Арифметика, «присвоить», случайное
число
Функции
DobotAPI: движение
DobotAPI: инструмент и порты
Часть программы под одним именем
JumpTo, MoveTo, MoveDistance, SetR
Gripper, SuctionCup, Delaytime,
SetIOLevel, SetMotorSpeed
Блоки DobotAPI управляют именно этим роботом; остальные есть в любой среде программирования.

24.

04 · ПРОГРАММИРОВАНИЕ
Двенадцать блоков — один перенос
1 выбрать захватное устройство и открыть его
ChooseEndTools Gripper
Gripper Release
2 высота подъёма — 50 мм
SetJumpHeight 50
3 встать над кубиком и схватить
JumpTo X 280 Y 70 Z -20
4 перенести в зону Б и отпустить
Delaytime 0.5 s
Gripper Gripper
5 выключить помпу
Delaytime 0.5 s
6 подняться вверх на 100 мм
JumpTo X 280 Y -100 Z -20
Delaytime 0.5 s
Gripper Release
Delaytime 0.5 s
Gripper OFF
MoveDistance ΔZ 100

25.

04 · ПРОГРАММИРОВАНИЕ
Пятнадцать костяшек — один цикл
Переменная i — номер костяшки, от 0 до 14
Смещение по y: i × 14 мм — толщина костяшки
Цикл «для i от 0 до 14 с шагом 1» повторяет захват 15 раз
Свой «П-образный» путь из нескольких MOVL: захват не
сбивает соседей и не поворачивается
Иллюстрации: методическое пособие для учителя, Dobot Magician (2018)

26.

04 · ПРОГРАММИРОВАНИЕ
Программа должна уметь ждать
Отладка
Отложенный старт
Без пауз захват не успевает сжаться. Добавляем Delaytime 0,5
с. Написать программу — полдела, главное — отладить
Цикл «повторять, пока» сравнивает текущее время с временем
запуска. Блок GetTime возвращает секунды от 1 января 1970
года
start = GetTime
run_time = start + 20
повторять, пока GetTime < run_time: ждать
перенести кубик
напечатать «Выполнено»

27.

04 · ПРОГРАММИРОВАНИЕ
Несколько строк текстом
from serial.tools import list_ports
pose() возвращает x, y, z, r и углы шарниров j1–j4:
прямая кинематическая задача
from pydobot import Dobot
move_to() идёт в точку; wait=True ждёт окончания
port = list_ports.comports()[0].device
Библиотека pydobot с открытым кодом, не от
производителя
device = Dobot(port=port)
x, y, z, r, j1, j2, j3, j4 = device.pose()
device.move_to(x + 20, y, z, r, wait=True)
device.close()

28.

04 · ПРОГРАММИРОВАНИЕ
Порты ввода-вывода: цифровой и аналоговый сигнал
Контакт
Что делает
GND
земля, «−»
5V, 12V
питание устройства
ADC (АЦП)
аналоговый сигнал → число
Датчик света
PWM (ШИМ)
импульсы: регулировка напряжения
GND, 5V и сигнал на ADC. Темно — включаем светодиод
Светодиод
«+» на контакт, «−» на GND. SetIOLevel: 1 — горит, 0 — нет
Цифровой сигнал — «есть» или «нет»; аналоговый — любое значение в диапазоне.

29.

04 · ПРОГРАММИРОВАНИЕ
Робот в производственной цепочке
Двигатель ленты — в разъём STEPPER 1; скорость задаёт
блок SetMotorSpeed
Знак «−» у скорости меняет направление
Скорость ленты измеряют: стикер, линейка, секунда
Датчик расстояния (ультразвуковой или инфракрасный)
сообщает, что предмет пришёл
Цикл укладки: лента едет → остановка → захват → перенос → лента едет
Иллюстрации: методическое пособие для учителя, Dobot Magician (2018)

30.

05 · ВОЗМОЖНОСТИ
Проекты из методического пособия
Штамповка печати
Цепочка домино
Мелодия
Цикл: макнуть в подушку, поставить
оттиск на много листов
Переменные и цикл: 15 костяшек в ряд
Робот нажимает клавиши виртуального
пианино; каждая нота — функция
Светодиоды
Ночник по датчику
Конвейер
Попеременное мигание двух
светодиодов в цикле
Светодиод включается, когда стемнело
Штамповка и укладка предметов с
ленты
Методичка рассчитана на 16 занятий: от знакомства с роботом до соревнований между группами.

31.

05 · ВОЗМОЖНОСТИ
Честное сравнение
Параметр
Dobot Magician
Промышленный манипулятор
Назначение
обучение, прототипы, лёгкие задачи
производство
Номинальная нагрузка
500 г
от единиц килограммов до тонн
Степени подвижности
4
обычно 6
Повторяемость
0,2 мм
обычно 0,02–0,1 мм
Программирование
DobotStudio, Blockly, Python
языки производителей и симуляторы
Безопасность
малая мощность; горячее сопло, лазер
ограждения, завесы, аварийный останов

32.

05 · БЕЗОПАСНОСТЬ
Шесть правил при работе с манипулятором
Горячее сопло
Руки вне зоны
Аварийная остановка
До 250 °C: не касаться во время работы
и после неё
Пока робот движется, руки и предметы
вне его рабочего пространства
Знать, где кнопка, и нажать без
раздумий
Порядок подключения
Лазер
Устойчивое основание
Контроллер и кабели подключают до
включения питания
Защитные очки; не смотреть на луч
Стол свободен от лишнего, основание
закреплено
Для настольного робота с маленькой мощностью правила те же, что для промышленного: ГОСТ Р 60.1.2.1-2016 (ИСО
10218-1).

33.

ИТОГИ
СПАСИБО ЗА УРОК
Главное
Источники
Dobot Magician — учебный манипулятор с теми же идеями, что
у заводского: шарниры, координаты, типы движения
Методическое пособие для учителя, Dobot Magician. Москва, 2018
Управлять можно от мыши и геймпада до Blockly и Python
dobot-robots.com: описание и загрузки
Программа — это алгоритм и отладка
pypi.org/project/pydobot: библиотека для Python
ГОСТ Р 60.0.0.4-2023 (ИСО 8373:2021)