Robotic Arm Sa Gripper: 9 Mga Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:09

Ang pag-aani ng mga puno ng lemon ay itinuturing na pagsusumikap, dahil sa laki ng mga puno at sanhi din ng maiinit na klima ng mga rehiyon kung saan nakatanim ang mga puno ng lemon. Iyon ang dahilan kung bakit kailangan namin ng iba pa upang matulungan ang mga manggagawa sa agrikultura upang makumpleto ang kanilang trabaho nang mas madali. Kaya, nakakuha kami ng isang ideya upang mapagaan ang kanilang trabaho, isang robotic arm na may gripper na kumukuha ng limon mula sa puno. Mga 50cm ang haba ng braso. Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ay simple: nagbibigay kami ng posisyon sa robot, pagkatapos ay pupunta ito sa tamang lugar, at kung mayroong isang limon, puputulin ng gripper nito ang peduncle at kaakuhan ang lemon nang sabay. Pagkatapos, ang lemon ay ilalabas sa lupa at ang robot ay babalik sa paunang posisyon nito. Sa una, ang proyekto ay maaaring mukhang kumplikado at mahirap gawin. Gayunpaman, hindi ito ganoong kumplikado, subalit kailangan nito ng maraming pagsusumikap at mabuting pagpaplano. Kailangan lamang itong itayo ng isang bagay kaysa sa iba pa. Sa simula, naharap namin ang ilang mga problema dahil sa sitwasyon ng covid-19 at ang pagtatrabaho nang malayuan, ngunit pagkatapos ay ginawa namin ito, at kamangha-mangha.

Nilalayon ng Instructable na ito na gabayan ka sa proseso ng paglikha ng isang Robotic arm na may grabber. Ang proyekto ay dinisenyo at ininhinyero bilang bahagi ng aming proyekto sa Bruface Mechatronics; ang gawain ay tapos na sa Fablab Brussels ni:

-Hussein Moslimani

-Inès Castillo Fernandez

-Jayesh Jagadesh Deshmukhe

-Raphaël Boitte

Hakbang 1: Kinakailangan na Mga Kasanayan

Kaya, narito ang ilang mga kasanayang kailangan mong magkaroon upang magawa ang proyektong ito:

-Mga pangunahing kaalaman sa electronics

-Batayang kaalaman ng mga micro-Controller.

-Coding sa C-wika (Arduino).

-Maging nasanay sa CAD software, tulad ng SolidWorks o AutoCAD.

-Pagputol ng laser

-3D pag-print

Dapat ka ring magkaroon ng pasensya at isang mapagbigay na halaga ng libreng oras, pinapayuhan din namin kayo na magtrabaho sa isang koponan tulad ng ginawa namin, magiging madali ang lahat.

Hakbang 2: Disenyo ng CAD

Matapos subukan ang iba't ibang mga sample, sa wakas ay nagpasya kaming idisenyo ang robot tulad ng ipinakita sa mga numero, ang braso ay 2 degree na kalayaan. Ang mga motor ay konektado sa baras ng bawat braso ng mga pulley at sinturon. Maraming mga bentahe ng paggamit ng mga pulley, ang isa sa pinakamahalaga ay upang madagdagan ang metalikang kuwintas. Ang unang pulley belt ng unang braso ay may gear ratio na 2, at ang pangalawa ay mayroong gear ratio na 1.5.

Ang mahirap na bahagi para sa proyekto ay limitadong oras sa Fablab. Kaya, ang karamihan sa mga disenyo ay inangkop upang maging mga bahagi ng hiwa ng laser at ilang bahagi lamang sa pagkonekta ay naka-print na 3D. Mahahanap mo rito ang naka-attach na disenyo ng CAD.

Hakbang 3: Listahan ng Mga Sangkap na Ginamit

Narito ang mga sangkap na ginamit namin sa aming proyekto:

I) Mga Elektronikong Bahagi:

-Arduino Uno: Ito ay isang board ng microcontroller na may 14 digital input / output pin (kung saan 6 ay maaaring magamit bilang mga output ng PWM), 6 na analog na input, isang 16 MHz quartz crystal, isang koneksyon sa USB, isang power jack, isang header ng ICSP, at isang pindutang i-reset. Ginamit namin ang ganitong uri ng micro-controller dahil madali itong gamitin at magagawa ang kinakailangang trabaho.

-Dalawang malaking servo motor (MG996R): ay isang closed-loop servomekanism na gumagamit ng feedback sa posisyon upang makontrol ang paggalaw at huling posisyon nito. Ginagamit ito upang paikutin ang mga braso Mayroon itong isang mahusay na metalikang kuwintas, hanggang sa 11kg / cm, at salamat sa pagbawas ng metalikang kuwintas na ginagawa ng mga pulley at ng sinturon maaari nating maabot ang mas mataas na metalikang kuwintas na higit sa sapat upang hawakan ang mga bisig. At ang katunayan na hindi namin kailangan ng higit sa 180 degree na pag-ikot, ang motor na ito ay napakahusay gamitin.

-Isang maliit na servo (E3003): ay isang closed-loop servomekanism na gumagamit ng feedback sa posisyon upang makontrol ang paggalaw at huling posisyon nito. Ginagamit ang motor na ito upang makontrol ang gripper, mayroon itong metalikang kuwintas na 2.5 kg / cm, at ginagamit ito upang i-cut at sunggaban ang lemon.

-DC power supply: Ang ganitong uri ng supply ng kuryente ay magagamit sa fablab, at dahil ang aming motor ay hindi gumagalaw sa lupa, kaya't ang suplay ng kuryente ay hindi dapat na manatili sa bawat isa. Ang pangunahing bentahe ng suplay ng kuryente na ito ay maaari nating ayusin ang output boltahe at kasalukuyang gusto namin, kaya hindi na kailangan ng isang regulator ng boltahe. Kung ang ganitong uri ng mga power supply ay hindi magagamit, ngunit ito ay mahal. Ang isang murang kahalili dito ay ang paggamit ng isang may hawak ng baterya na 8xAA, kaisa ng isang regulator ng boltahe tulad ng 'MF-6402402' na dc sa dc converter, upang makuha ang boltahe na kailangan mo. Ang kanilang presyo ay ipinapakita rin sa listahan ng mga bahagi.

-Breadboard: Ang plastic board na ginamit upang hawakan ang mga elektronikong sangkap. Gayundin, upang ikonekta ang electronics sa power supply.

-Wires: Ginamit upang ikonekta ang mga elektronikong sangkap sa breadboard.

-Push-button: Ginagamit ito bilang start button, kaya kapag pinindot namin ito gumagana ang robot.

-Ultrasonic sensor: Ginamit upang sukatin ang distansya, bumubuo ito ng tunog na may dalas na dalas at kinakalkula ang agwat ng oras sa pagitan ng pagpapadala ng signal at ang pagtanggap ng echo. Ginagamit ito upang tuklasin kung ang lemon ay hawak ng gripper o kung nadulas ito.

II) Iba pang mga bahagi:

-Plastic para sa 3d na pag-print

-3mm sheet ng kahoy para sa paggupit ng laser

-Metiko shaft

-Blades

-Matagal na materyal: Ito ay nakadikit sa magkabilang panig ng gripper, kaya pinipilit ng gripper ang sanga ng lemon habang pinuputol ito.

-Screws

-Belt upang kumonekta pulleys, karaniwang 365 T5 belt

-8mm pabilog na bearings, ang panlabas na diameter ay 22mm.

Hakbang 4: Pagpi-print ng 3D at Pagputol ng Laser

Salamat sa laser cutting at 3d printing machine na matatagpuan sa Fablab, binubuo namin ang mga bahagi na kailangan namin para sa aming robot.

Ang mga bahagi na kinailangan naming i-cut ng laser ay:

-Base ng robot

-Suporta para sa motor ng unang braso

-Suport ng unang braso

-Plates ng 2 braso

-Base ng gripper

-Konekta sa pagitan ng gripper at braso.

-Dalawang gilid ng gripper

-Support para sa mga bearings, upang matiyak na hindi sila madulas o ilipat mula sa kanilang posisyon, ang lahat ng mga tindig ng tindig ay dalawang layer 3mm + 4mm, dahil ang kapal ng tindig ay 7mm.

Tandaan: kakailanganin mo ang isang maliit na 4mm sheet ng kahoy, para sa ilang maliit na bahagi na kailangan nilang i-cut ng laser. Gayundin, mahahanap mo sa disenyo ng CAD ang kapal na 6mm, o anumang iba pang kapal na maramihang 3, pagkatapos ay kailangan mo ng maraming mga layer ng mga hiwa ng laser na 3mm, iyon ay kung mayroong 6mm kapal, pagkatapos ay kailangan mo ng 2 layer 3mm bawat isa.

II- Mga bahaging kailangan naming mag-print sa 3D:

-Ang apat na pulley: ay ginagamit upang ikonekta ang bawat motor sa braso responsable itong ilipat.

-Suporta ng motor ng pangalawang braso

-suportahan para sa tindig sa batayan, na naayos sa ilalim ng sinturon upang gawing puwersa dito at dagdagan ang pag-igting. Ito ay konektado sa tindig gamit ang isang bilog na baras ng metal.

-Dalawang parihabang plato para sa gripper, inilalagay sa malambot na materyal upang hawakan ng mabuti ang sangay at magkaroon ng alitan kaya't ang sanga ay hindi madulas.

-Square shaft na may 8mm bilog na butas, upang ikonekta ang mga plato ng unang braso, at ang butas ay upang magsingit ng isang 8mm metalikong baras upang gawing malakas ang buong baras at maaaring hawakan ang kabuuang metalikang kuwintas. Ang mga bilog na metal na shaft ay nakakonekta sa mga bearings at magkabilang panig ng braso upang makumpleto ang paikot na bahagi.

-Hexagonal na hugis ng poste na may isang 8mm bilog na butas para sa parehong dahilan tulad ng square shaft

-Mga clamp upang suportahan ang mga pulley at mga plate ng bawat braso na rin sa kanilang mga lugar.

Sa tatlong mga numero ng CAD, maaari mong maunawaan nang mabuti kung paano tipunin ang system, at kung paano nakakonekta at sinusuportahan ang mga shaft. Maaari mong makita kung paano ang square at hexagonal shafts ay konektado sa braso at kung paano sila nakakonekta sa mga suporta gamit ang metallic shaft. Ang buong pagpupulong ay ibinibigay sa mga figure na ito.

Hakbang 5: Assembly ng Mekanikal

Ang pagpupulong ng buong robot ay may 3 pangunahing mga hakbang na kailangang ipaliwanag, una, tipunin namin ang batayan at ang unang braso, pagkatapos ang pangalawang braso sa una, at sa wakas ang mahigpit na hawak sa pangalawang braso.

Assembly ng base at unang braso:

Una, kailangang tipunin ng gumagamit ang mga sumusunod na bahagi nang magkahiwalay:

-Ang dalawang panig ng mga kasukasuan na may mga gulong sa loob.

-Ang suporta ng motor sa motor, at ang maliit na kalo.

-Ang simetriko na suporta para sa maliit na kalo.

-Ang parisukat na baras, ang malaking pulley, ang braso, at ang mga clamp.

-Ang "nakaka-igting" na tindig ay sumusuporta sa sumusuporta sa plato. Pagkatapos ay idaragdag ang tindig at ang baras.

Ngayon, ang bawat sub-pagpupulong ay nasa lugar upang maiugnay nang magkasama.

Tandaan: upang matiyak na nakukuha natin ang pag-igting sa sinturon na gusto natin, ang posisyon ng motor sa batayan ay maaaring ayusin, mayroon kaming pinahabang butas upang ang distansya sa pagitan ng mga pulley ay maaaring tumaas o mabawasan at kapag sinuri namin na ang mabuti ang pag-igting, ikinakabit namin ang motor sa base sa pamamagitan ng mga bolt at ayusin ito nang maayos. Bilang karagdagan sa ito, ang isang tindig ay naayos sa batayan sa isang lugar kung saan ito ay gumagawa ng isang puwersa sa sinturon upang madagdagan ang pag-igting, kaya't kapag ang belt ay gumagalaw ang tindig ay umiikot, at walang mga problema ng alitan.

Assembly ng pangalawang braso sa una:

Ang mga bahagi ay kailangang tipunin nang magkahiwalay:

-Ang kanang braso, kasama ang motor, suporta nito, ang kalo, at pati na rin ang tindig at mga bahagi ng suporta nito. Ang isang tornilyo ay inilalagay din upang ayusin ang pulley sa baras tulad ng para sa nakaraang seksyon.

-Ang kaliwang braso na may dalawang bearings at kanilang mga suporta.

-Ang malaking pulley ay maaaring slide sa hexagonal shaft pati na rin sa itaas na mga braso, at ang mga clamp na idinisenyo upang ayusin ang kanilang posisyon.

Pagkatapos ay mayroon kaming pangalawang braso na handa nang mailagay sa posisyon nito, ang motor ng pangalawang braso ay nakalagay sa una, ang posisyon nito ay naaayos din upang maabot ang perpektong pag-igting at maiwasan ang pagdulas ng sinturon, pagkatapos ay ang motor ay naayos na sinturon sa posisyon na ito.

Assembly ng gripper:

Ang pagpupulong ng gripper na ito ay madali at mabilis. Tulad ng para sa nakaraang pagpupulong, ang mga bahagi ay maaaring tipunin nang nag-iisa bago ikabit sa buong braso:

-Kabitin ang gumagalaw na panga sa baras ng motor, sa tulong ng bahagi ng plastik na kasama ng motor.

-Screw ang motor sa suporta.

-Screw ang suporta ng sensor sa suporta ng gripper.

-Lagay ang sensor sa suporta nito.

-Lagay ang malambot na materyal sa gripper, at ayusin ang 3d na naka-print na bahagi sa kanila

Ang gripper ay maaaring madaling tipunin sa pangalawang braso, isang bahagi lamang ng laser cutter ang sumusuporta sa base ng gripper ng braso.

Ang pinakamahalagang bagay ay ang pag-tune ng mga blades sa tuktok ng braso at kung anong distansya ang mga blades kung saan sa labas ng gripper, kaya't ito ay ginawa ng pagsubok at error hanggang sa maabot namin ang pinaka mahusay na lugar na maaari nating makuha para sa mga blades kung saan ang pagputol at ang paghawak ay kailangang mangyari nang halos magkasabay.

Hakbang 6: Koneksyon ng Mga Elektronikong Bahagi

Sa circuit na ito, mayroon kaming tatlong servo motor, isang ultrasonic sensor, isang push button, Arduino, at isang power supply.

Ang output ng supply ng kuryente ay maaaring iakma ayon sa gusto namin, at dahil ang lahat ng mga servos at ang ultrasonic ay gumagana sa 5 Volts, kaya hindi na kailangan para sa isang regulator ng boltahe, maaari lamang nating kontrolin ang output ng power supply na maging 5V.

Ang bawat servo ay dapat na konektado sa Vcc (+ 5V), ground, at signal. Ang ultrasonikong sensor ay mayroong 4 na mga pin, ang isa ay konektado sa Vcc, isa para sa lupa, at ang dalawa pang mga pin ay gatilyo at echo pin, dapat silang maiugnay sa mga digital na pin. Ang push-button ay konektado sa lupa at sa isang digital pin.

Para sa Arduino, kailangang pag-usapan ang lakas nito mula sa mapagkukunan ng kuryente, hindi ito maaaring mag-power mula sa laptop o sa cable nito, dapat magkaroon ito ng parehong lupa tulad ng mga elektronikong sangkap na konektado dito.

!! MAHALAGA TANDAAN !!:

- Dapat kang magdagdag ng isang power converter, at lakas sa Vin na may 7V.

-Makitiyak na sa koneksyon na ito, dapat mong alisin ang Arduino port mula sa iyong pc upang sunugin ito, kung hindi ay hindi mo dapat gamitin ang 5V output pin bilang isang input.

Hakbang 7: Arduino Code at Tsart ng Daloy

Ang layunin ng robotic arm na ito na may gripper ay upang mangolekta ng isang limon at ilagay ito sa ibang lugar, kaya kapag ang robot ay nasa, kailangan nating itulak ang start button at pagkatapos ay pumunta ito sa isang tiyak na posisyon kung saan matatagpuan ang lemon, kung ito mahigpit na pagkakahawak ng limon, ang mahigpit na pagkakahawak ay pupunta sa isang pangwakas na posisyon upang ilagay ang lemon sa lugar nito, pinili namin ang pangwakas na posisyon sa pahalang na antas, kung saan maximum na kailangan ang metalikang kuwintas, upang patunayan na ang mahigpit na pagkakahawak ay sapat na malakas.

Paano maaabot ng robot ang lemon:

Sa ginawa naming proyekto, hinihiling namin lamang sa robot na ilipat ang mga bisig sa isang tiyak na posisyon kung saan inilalagay namin ang lemon. Sa gayon, may isa pang paraan upang magawa iyon, maaari mong gamitin ang kabaligtaran na kinematics upang ilipat ang braso, sa pamamagitan ng pagbibigay nito ng (x, y) mga koordinasyon ng limon, at kinakalkula nito kung gaano dapat paikutin ang bawat motor upang maabot ng gripper ang lemon. Kung saan ang estado = 0 ay kapag ang pindutan ng pagsisimula ay hindi maitulak sa gayon ang braso ay nasa paunang posisyon at ang robot ay hindi gumagalaw, habang ang estado = 1 ay kapag pinindot namin ang pindutan ng pagsisimula at nagsimula ang robot.

Kabaligtaran Kinematics:

Sa mga numero mayroong isang halimbawa ng pagkalkula ng kabaligtaran na kinematics, maaari mong makita ang tatlong mga sketch, isa para sa paunang posisyon at ang dalawa pa para sa pangwakas na posisyon. Kaya't tulad ng nakikita mo, para sa pangwakas na posisyon-kahit saan man ito- mayroong dalawang posibilidad, siko pataas at siko pababa, maaari kang pumili ng anumang nais mo.

Kumuha tayo ng siko bilang isang halimbawa, upang ilipat ang robot sa posisyon nito, kailangang kalkulahin ang dalawang mga anggulo, theta1 at theta2, sa mga figure na nakikita mo rin ang mga hakbang at equation upang makalkula ang theta1 at theta2.

Tandaan na, kung ang balakid ay matatagpuan sa distansya na mas mababa sa 10 cm, pagkatapos ang lemon ay mahigpit na hawak at hawak ng gripper, sa wakas kailangan nating ihatid ito sa huling posisyon.

Hakbang 8: Pagpapatakbo ng Robot

Matapos ang lahat ng ginawa namin dati, narito ang mga video ng robot na gumagana, kasama ang sensor, push-button, at lahat ng iba pang gumagana tulad ng nararapat. Gumawa rin kami ng isang pagsubok sa pag-alog sa robot, upang matiyak na ito ay matatag at ang mga kable ay mabuti.

Hakbang 9: Konklusyon

Ang proyekto na ito ay nagbigay sa amin ng magandang karanasan sa pagharap sa mga nasabing proyekto. Gayunpaman, ang robot na ito ay maaaring mabago at magkaroon ng ilang karagdagang idinagdag na mga halaga tulad ng pagtuklas ng object upang makita ang limon, o marahil isang ikatlong antas ng kalayaan upang maaari itong lumipat sa pagitan ng mga puno. Gayundin, maaari nating kontrolin ito ng isang mobile application o ng keyboard upang ilipat natin ito ayon sa gusto namin. Inaasahan namin na gusto mo ang aming proyekto at isang espesyal na salamat sa mga superbisor sa Fablab para sa pagtulong sa amin.