Robotic Arm with Gripper: 9 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:45

Կիտրոնի ծառերի բերքը համարվում է ծանր աշխատանք `ծառերի մեծ չափերի և նաև այն շրջանների տաք կլիմայի պատճառով, որտեղ կիտրոնի ծառեր են տնկվում: Այդ պատճառով մեզ այլ բան է պետք, որը կօգնի գյուղատնտեսության ոլորտի աշխատողներին ավելի հեշտությամբ ավարտին հասցնել իրենց աշխատանքը: Այսպիսով, մենք գաղափար ունեցանք նրանց աշխատանքը հեշտացնելու համար, ռոբոտացված ձեռքը բռնակով, որը ծառից վերցնում է կիտրոնը: Ձեռքի երկարությունը մոտ 50 սմ է: Աշխատանքի սկզբունքը պարզ է. Մենք դիրք ենք տալիս ռոբոտին, այնուհետև այն կգնա ճիշտ տեղում, և եթե կիտրոն լինի, նրա բռնողը կկտրի ոտնաթաթը և միաժամանակ կբռնի կիտրոնը: Այնուհետեւ, կիտրոնը կթողնվի գետնին, եւ ռոբոտը կվերադառնա իր սկզբնական դիրքին: Սկզբում նախագիծը կարող է թվալ բարդ և դժվար իրագործելի: Այնուամենայնիվ, դա այնքան էլ բարդ չէ, այնուամենայնիվ, այն պահանջում էր մեծ աշխատանք և լավ պլանավորում: Պարզապես պետք է կառուցել մի բան մյուսի վրա: Սկզբում մենք որոշ խնդիրների հանդիպեցինք ՝ կապված COVID-19 իրավիճակի և հեռակա աշխատանքի հետ, բայց հետո դա արեցինք, և դա զարմանալի էր:

Այս Instructable- ը նպատակ ունի ուղղորդել ձեզ գրավիչով Robotic arm ստեղծելու գործընթացում: Նախագիծը նախագծվել և նախագծվել է որպես Bruface Mechatronics ծրագրի մեր մաս; Բրյուսելի Ֆաբլաբում աշխատանքը կատարվել է ՝

-Հուսեյն Մոսլիմանի

-Ինաստ Կաստիլիո Ֆերնանդես

-Jայեշ agագադեշ Դեշմուխե

-Ռաֆայել Բոյտ

Քայլ 1: Պահանջվող հմտություններ

Այսպիսով, ահա որոշ հմտություններ, որոնք դուք պետք է ունենաք այս նախագիծն իրականացնելու համար.

-Էլեկտրոնիկայի հիմունքներ

-Միկրոհսկիչների հիմնական գիտելիքներ:

-Կոդավորումը C- լեզվով (Arduino):

-Սովոր եղեք CAD ծրագրերին, ինչպիսիք են SolidWorks- ը կամ AutoCAD- ը:

-Լազերային կտրում

-3D տպագրություն

Դուք նաև պետք է ունենաք համբերություն և առատաձեռն ազատ ժամանակ, ինչպես նաև խորհուրդ ենք տալիս աշխատել թիմում, ինչպես մենք էինք, ամեն ինչ ավելի հեշտ կլինի:

Քայլ 2: CAD ձևավորում

Տարբեր նմուշներ փորձելուց հետո, վերջապես, մենք որոշեցինք նախագծել ռոբոտը, ինչպես ցույց է տրված նկարներում, թևը ազատության 2 աստիճան է: Շարժիչները ճախարակներով և գոտիներով միացված են յուրաքանչյուր թևի լիսեռին: Pulախարակների օգտագործման շատ առավելություններ կան, որոնցից ամենակարևորներից մեկը ոլորող մոմենտ ստեղծելը: Առաջին թևի առաջին ճախարակային գոտին ունի 2, իսկ երկրորդը ՝ 1,5:

Theրագրի դժվար մասը Fablab- ում սահմանափակ ժամանակն էր: Այսպիսով, նմուշների մեծ մասը հարմարեցվել է որպես լազերային կտրված մասեր, իսկ միացնող մասերի միայն մի մասը 3D տպագրությամբ: Այստեղ կարող եք գտնել կից CAD դիզայնը:

Քայլ 3: Օգտագործված բաղադրիչների ցանկ

Ահա այն բաղադրիչները, որոնք մենք օգտագործել ենք մեր նախագծում.

I) Էլեկտրոնային բաղադրիչներ

-Արդուինո Ունո. Սա միկրոկառավարիչ տախտակ է ՝ թվային 14 մուտքային/ելքային պիններով (որից 6 -ը կարող են օգտագործվել որպես PWM ելքեր), 6 անալոգային մուտքեր, 16 ՄՀց քվարց բյուրեղյա, USB միացում, հոսանքի միակցիչ, ICSP վերնագիր, և վերակայման կոճակ: Մենք օգտագործում էինք այս տիպի միկրոհսկիչ, քանի որ այն հեշտ է օգտագործել և կարող է կատարել անհրաժեշտ աշխատանքը:

-Երկու մեծ servo շարժիչ (MG996R). Դա փակ հանգույցի սերվոմեխանիզմ է, որն օգտագործում է դիրքորոշման հետադարձ կապը `իր շարժումն ու վերջնական դիրքը վերահսկելու համար: Այն օգտագործվում է ձեռքերը պտտելու համար: Այն ունի լավ ոլորող մոմենտ ՝ մինչև 11 կգ/սմ, իսկ ճախարակների և գոտու կողմից կատարվող ոլորող մոմենտի նվազեցման շնորհիվ մենք կարող ենք հասնել ավելի մեծ պտտող մոմենտի, որն ավելի քան բավարար է ձեռքերը պահելու համար: Եվ այն, որ մեզ 180 աստիճանից ավելի պտույտներ պետք չեն, այս շարժիչը շատ լավ է օգտագործվում:

-Մեկ փոքր սերվո (E3003). Դա փակ օղակի սերվոմեխանիզմ է, որն օգտագործում է դիրքի հետադարձ կապը `իր շարժումն ու վերջնական դիրքը վերահսկելու համար: Այս շարժիչն օգտագործվում է բռնիչը կառավարելու համար, այն ունի 2,5 կգ/սմ պտտող պահ, և այն օգտագործվում է կիտրոնը կտրելու և բռնելու համար:

-DC էլեկտրամատակարարում. Այս տեսակի էլեկտրամատակարարումը հասանելի էր fablab- ում, և քանի որ մեր շարժիչը չի շարժվում գետնին, ուստի սնուցման աղբյուրը չպետք է կպչուն լինի միմյանց: Այս էներգիայի մատակարարման հիմնական առավելությունն այն է, որ մենք կարող ենք հարմարեցնել ելքային լարումը և հոսանքը, ինչպես ցանկանում ենք, ուստի լարման կարգավորիչի կարիք չկա: Եթե այս տեսակի սնուցման աղբյուրները մատչելի չեն, բայց դա թանկ է: Սրա էժան այլընտրանքը կլինի մարտկոցի պահոց 8xAA- ի օգտագործումը, որը զուգորդված է լարման կարգավորիչով, ինչպիսին է «MF-6402402»-ը ՝ DC-DC փոխարկիչ, անհրաժեշտ լարումը ստանալու համար: Նրանց գինը ցուցադրվում է նաև բաղադրիչների ցանկում:

Պլաստիկ տախտակ, որն օգտագործվում է էլեկտրոնային բաղադրիչներ պահելու համար: Բացի այդ, էլեկտրոնիկան միացնել էլեկտրասնուցմանը:

-Հաղորդալարեր. Օգտագործվում է էլեկտրոնային բաղադրիչները հացահատիկին միացնելու համար:

-Կոճակ. Այն օգտագործվում է որպես մեկնարկի կոճակ, այնպես որ, երբ այն սեղմում ենք, ռոբոտը գործում է:

Ուլտրաձայնային տվիչ. Օգտագործվում է հեռավորությունը չափելու համար, այն առաջացնում է բարձր հաճախականության ձայն և հաշվարկում ազդանշանի ուղարկման և արձագանքի ստացման միջև ընկած ժամանակահատվածը: Այն օգտագործվում է հայտնաբերելու համար, արդյոք կիտրոնը բռնել է բռնողը, թե՞ այն սայթաքում է:

II) Այլ բաղադրիչներ

-Պլաստիկ ՝ 3D տպագրության համար

-3 մմ փայտե թիթեղներ լազերային կտրման համար

-Մետաղական լիսեռ

-շեղբեր

-Փափուկ նյութ. Այն սոսնձված է բռնիչի երկու կողմերին, ուստի բռնակիչը կտրելով սեղմում է կիտրոնի ճյուղը:

-Պտուտակներ

-Գոտի ՝ ճախարակները միացնելու համար, ստանդարտ 365 T5 գոտի

-8 մմ շրջանաձև առանցքակալներ, արտաքին տրամագիծը `22 մմ:

Քայլ 4: 3D տպագրություն և լազերային կտրում

Fablab- ում հայտնաբերված լազերային կտրող և 3D տպագրության մեքենաների շնորհիվ մենք կառուցում ենք մեր ռոբոտի համար անհրաժեշտ մասերը:

I- Այն մասերը, որոնք մենք պետք է լազերային կտրեին, հետևյալն են

-Ռոբոտի հիմքը

-Աջակցում է առաջին թևի շարժիչին

-Առաջին թևի աջակցություն

-2 թևերի ափսեներ

-բռնիչի հիմքը

-Կապի բռնակի և թևի միջև:

-Բռնիչի երկու կողմը

-Աջակցում է առանցքակալներին ՝ համոզվելու համար, որ դրանք չեն սայթաքում կամ չեն շարժվում իրենց դիրքից, բոլոր կրող ամրակները երկու շերտից են ՝ 3 մմ+4 մմ, քանի որ առանցքակալի հաստությունը 7 մմ էր:

Նշում. Ձեզ հարկավոր կլինի 4 մմ փոքր փայտյա թերթ, որոշ փոքր մասերի համար, որոնք դրանք պետք է լազերային կտրվեն: Բացի այդ, CAD ձևավորման մեջ դուք կգտնեք 6 մմ հաստություն, կամ ցանկացած այլ հաստություն, որը 3 -ի բազմապատիկ է, ապա ձեզ հարկավոր է 3 մմ տրամագծով լազերային կտրված մասերի բազմաթիվ շերտեր, այսինքն ՝ եթե կա 6 մմ հաստություն, ապա ձեզ հարկավոր է 2 շերտ 3 մմ յուրաքանչյուրը

II- Մասեր, որոնք մենք պետք է 3D տպագրեինք

-Չորս ճախարակ. Օգտագործվում են յուրաքանչյուր շարժիչը թևին միացնելու համար, որի պատասխանատուն է շարժվել:

-Երկրորդ թևի շարժիչի աջակցություն

-աջակցել առանցքակալին այն հիմքի վրա, որը ամրացված է գոտու տակ `դրա վրա ուժ գործադրելու և լարվածությունը մեծացնելու համար: Այն միացված է առանցքակալին `օգտագործելով կլոր մետաղական լիսեռ:

-Երկու ուղղանկյուն թիթեղներ բռնիչի համար դրվում են փափուկ նյութի վրա `ճյուղը լավ պահելու և շփում ունենալու համար, որպեսզի ճյուղը չսահի:

-Քառակուսի լիսեռ 8 մմ կլոր փոսով ՝ առաջին թևի թիթեղները միացնելու համար, և անցքը պետք է տեղադրեր 8 մմ մետաղական լիսեռ ՝ ամբողջ լիսեռն ամուր դարձնելու համար և կարող է տանել ընդհանուր ոլորող մոմենտը: Կլոր մետաղական հանքերը միացված էին առանցքակալներին և թևի երկու կողմերին `պտտվող հատվածը լրացնելու համար:

-Վեցանկյուն ձևի լիսեռ 8 մմ կլոր անցքով `նույն պատճառով, ինչ քառակուսի լիսեռը

-Ամրացուցիչներ, որոնք ամրացնում են ճախարակները և յուրաքանչյուր թևի թիթեղները իրենց տեղերում:

CAD- ի երեք թվերում դուք կարող եք լավ հասկանալ, թե ինչպես է համակարգը հավաքվում, և ինչպես են առանցքները միացված և ամրացված: Դուք կարող եք տեսնել, թե ինչպես են քառակուսի և վեցանկյուն լիսեռները կապված թևի հետ և ինչպես են դրանք միացված հենարաններին ՝ օգտագործելով մետաղական լիսեռը: Ամբողջ ժողովը ներկայացված է այս թվերով:

Քայլ 5: Մեխանիկական հավաքում

Ամբողջ ռոբոտի հավաքումն ունի 3 հիմնական քայլ, որոնք պետք է բացատրվեն, նախ ՝ մենք հավաքում ենք հիմքը և առաջին թևը, այնուհետև երկրորդ թևը ՝ առաջինին, և վերջապես բռնիչը ՝ երկրորդ թևին:

Հիմքի և առաջին թևի հավաքում

Նախ, օգտագործողը պետք է առանձին հավաքի հետևյալ մասերը.

-Հոդերի երկու կողմերը `ներսում առանցքակալներով:

-Շարժիչի աջակցությունը շարժիչով և փոքր ճախարակով:

-Փոքր ճախարի սիմետրիկ աջակցությունը:

-Քառակուսի լիսեռը, մեծ ճախարը, թևը և սեղմակները:

-«Ձգվող» առանցքակալը պահում է հենակետը: Այնուհետեւ ավելացնելով առանցքակալը եւ լիսեռը:

Այժմ, յուրաքանչյուր ենթահավաք հավաքված է միասին միանալու համար:

Նշում. Համոզվելու համար, որ մենք ստանում ենք լարվածությունը մեր ուզած գոտում, հիմքի վրա շարժիչի դիրքը կարող է ճշգրտվել, մենք ունենք երկարաձգված անցք, որպեսզի ճախարակների միջև հեռավորությունը կարող է մեծանալ կամ նվազել, և երբ մենք ստուգում ենք, որ լարվածությունը լավ է, մենք շարժիչը պտուտակներով ամրացնում ենք հիմքին և լավ ամրացնում այն: Բացի այդ, առանցքակալը ամրացվել է հիմքի վրա այն վայրում, որտեղ գոտու վրա ուժ է ստեղծում լարվածությունը մեծացնելու համար, այնպես որ, երբ գոտին շարժվում է, առանցքակալը պտտվում է, և շփման խնդիրներ չկան:

Երկրորդ թևի հավաքում առաջինին

Մասերը պետք է հավաքվեն առանձին.

-Աջ թևը ՝ շարժիչով, հենակով, ճախարակով, ինչպես նաև առանցքակալով և դրա հենարաններով: Պտուտակ է դրվում նաև ճախարը լիսեռին ամրացնելու համար, ինչպես նախորդ հատվածում:

-Ձախ ձեռքը երկու առանցքակալներով և նրանց հենարաններով:

-Մեծ ճախարը կարող է սահել վեցանկյուն լիսեռի վրա, ինչպես նաև վերին բազուկների վրա, իսկ սեղմակները `նախատեսված իրենց դիրքը ամրացնելու համար:

Այնուհետև մենք ունենք երկրորդ թևը պատրաստ տեղադրելու իր դիրքում, երկրորդ թևի շարժիչը տեղադրված է առաջինի վրա, նրա դիրքը նույնպես կարգավորելի է `հասնելու կատարյալ լարվածության և խուսափելու գոտու սայթաքումից, այնուհետև շարժիչը ամրացվում է գոտի այս դիրքում:

Բռնիչի հավաքում

Այս բռնիչի հավաքումը հեշտ և արագ է: Ինչ վերաբերում է նախորդ հավաքույթին, ապա մասերը կարող են հավաքվել միայնակ ՝ ամբողջ թևին ամրացնելուց առաջ.

-Կցեք շարժվող ծնոտը շարժիչի լիսեռին `պլաստիկ մասի օգնությամբ, որը գալիս է շարժիչով:

-Պտուտակեք շարժիչը հենակին:

-Պտուտակեք սենսորի հենարանը բռնակի աջակցության մեջ:

-Տեղադրեք սենսորը դրա աջակցության մեջ:

-Փափուկ նյութը դրեք բռնիչի վրա և ամրացրեք դրանց վրա տպված 3D տպված մասը

Բռնիչը հեշտությամբ կարելի է հավաքել երկրորդ թևի վրա, պարզապես լազերային կտրիչի մի մասը թևով ամրացնում է բռնակի հիմքը:

Ամենակարևորը թևի թևի թևի կարգավորումն էր, և որ հեռավորության վրա են շեղբերները բռնակներից դուրս, այնպես որ դա արվեց փորձով և սխալով, մինչև հասնենք ամենաարդյունավետ վայրին, որը կարող ենք ձեռք բերել այն շեղբերների համար, որտեղ կտրում և բռնելը պետք է տեղի ունենա գրեթե միևնույն ժամանակ:

Քայլ 6. Էլեկտրոնային բաղադրիչների միացում

Այս միացումում մենք ունենք երեք servo շարժիչ, մեկ ուլտրաձայնային տվիչ, մեկ կոճակ, Arduino և սնուցման աղբյուր:

Էլեկտրաէներգիայի մատակարարման ելքը կարող է ճշգրտվել այնպես, ինչպես ցանկանում ենք, և քանի որ բոլոր սերվերն ու ուլտրաձայնը աշխատում են 5 վոլտ -ով, ուստի լարման կարգավորիչի կարիք չկա, մենք կարող ենք միայն կարգավորել էներգիայի մատակարարման ելքը 5 Վ:

Յուրաքանչյուր սերվո պետք է միացված լինի Vcc (+5V), գետնին և ազդանշանին: Ուլտրաձայնային սենսորն ունի 4 կապ, մեկը միացված է Vcc- ին, մեկը գետնի համար, իսկ մյուս երկու կապում են ձգան և արձագանքող կապեր, դրանք պետք է միացված լինեն թվային կապումներին: Կոճակը միացված է գետնին և թվային կապին:

Arduino- ի համար այն պետք է խոսի էներգիայի աղբյուրից, չի կարող սնուցվել նոութբուքից կամ մալուխից, այն պետք է ունենա նույն հիմքը, ինչ դրան միացված էլեկտրոնային բաղադրիչները:

!! ԿԱՐԵՎՈՐ ՆՇՈՄՆԵՐ !!:

- Դուք պետք է ավելացնեք հոսանքի փոխարկիչ, իսկ հոսանքը Vin- ին `7 Վ -ով:

-Խնդրում ենք համոզվել, որ այս կապի միջոցով դուք պետք է հեռացնեք Arduino պորտը ձեր համակարգչից այն այրելու համար, այլապես չպետք է օգտագործեք 5V ելքային քորոցը որպես մուտք:

Քայլ 7: Arduino ծածկագիր և հոսքի գծապատկեր

Բռնիչով այս ռոբոտացված թևի նպատակն է կիտրոն հավաքել և դնել այլուր, այնպես որ, երբ ռոբոտը միացված է, մենք պետք է սեղմենք մեկնարկի կոճակը, այնուհետև այն գնում է որոշակի դիրքի, որտեղ կիտրոնը հայտնաբերվում է, եթե այն բռնում է կիտրոնը, բռնիչը կգնա վերջնական դիրքի `կիտրոնը իր տեղը դնելու համար, մենք ընտրեցինք վերջնական դիրքը հորիզոնական մակարդակում, որտեղ անհրաժեշտ պտտող մոմենտը առավելագույնն է` ապացուցելու համար, որ բռնիչը բավականաչափ ուժեղ է:

Ինչպե՞ս կարող է ռոբոտը հասնել կիտրոնին

Մեր կատարած նախագծում մենք պարզապես ռոբոտին խնդրում ենք ձեռքերը տեղափոխել որոշակի դիրքի, որտեղ մենք դնում ենք կիտրոնը: Դե, կա ևս մեկ եղանակ ՝ դա անելու համար, դուք կարող եք օգտագործել հակադարձ կինեմատիկա ՝ թևը շարժելու համար ՝ դրան տալով կիտրոնի (x, y) կոորդինատները, և այն հաշվարկում է, թե որքան պետք է պտտվի յուրաքանչյուր շարժիչ, որպեսզի բռնիչը հասնի կիտրոնին:. Որտեղ վիճակ = 0 է, երբ մեկնարկի կոճակը չի սեղմվում, այնպես որ ձեռքը գտնվում է սկզբնական դիրքում, և ռոբոտը չի շարժվում, մինչդեռ վիճակը = 1 է, երբ մենք սեղմում ենք մեկնարկի կոճակը և ռոբոտը սկսվում է:

Հակադարձ կինեմատիկա

Նկարներում կա հակադարձ կինեմատիկայի հաշվարկի օրինակ, կարող եք տեսնել երեք ուրվագիծ ՝ մեկը սկզբնական դիրքի, իսկ մյուս երկուսը ՝ վերջնական դիրքի համար: Այսպիսով, ինչպես տեսնում եք, վերջնական դիրքի համար, անկախ նրանից, թե որտեղ է այն, կա երկու հնարավորություն ՝ արմունկը վեր և արմունկը ներքև, կարող եք ընտրել այն, ինչ ցանկանում եք:

Որպես օրինակ վերցնենք արմունկը ՝ ռոբոտին իր դիրքը տեղափոխելու համար պետք է հաշվարկել երկու անկյուն ՝ theta1 և theta2, իսկ նկարներում նաև տեսնում եք theta1 և theta2 հաշվարկման քայլերն ու հավասարումները:

Նկատի ունեցեք, որ եթե խոչընդոտը հայտնաբերվում է 10 սմ -ից պակաս հեռավորության վրա, ապա կիտրոնը բռնում և պահում է բռնիչը, վերջապես մենք պետք է հասցնենք վերջնական դիրքի:

Քայլ 8: Գործարկեք ռոբոտին

Այն ամենից հետո, ինչ մենք անում էինք նախկինում, ահա ռոբոտի տեսահոլովակները, որտեղ աշխատում է սենսորը, սեղմիչը և մնացած ամեն ինչ աշխատում են այնպես, ինչպես պետք է: Մենք նաև ցնցման փորձարկում կատարեցինք ռոբոտի վրա `համոզվելու համար, որ այն կայուն է, և լարերը լավ են:

Քայլ 9: Եզրակացություն

Այս նախագիծը մեզ տվեց նման նախագծերի հետ առնչվելու լավ փորձ: Այնուամենայնիվ, այս ռոբոտը կարող է փոփոխվել և ունենալ որոշ լրացուցիչ արժեքներ, ինչպիսիք են կիտրոնը հայտնաբերելու օբյեկտների հայտնաբերումը, կամ գուցե ազատության երրորդ աստիճանը, որպեսզի այն կարողանա շարժվել ծառերի միջև: Բացի այդ, մենք կարող ենք այն վերահսկել բջջային հավելվածի կամ ստեղնաշարի միջոցով, որպեսզի այն տեղափոխենք այնպես, ինչպես ցանկանում ենք: Հուսով ենք, որ ձեզ դուր կգա մեր նախագիծը և հատուկ շնորհակալություն Fablab- ի ղեկավարներին `մեզ օգնելու համար: