Robotarm med griper: 9 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:20

Å høste sitrontrær regnes som hardt arbeid, på grunn av trærnes store størrelse og også på grunn av det varme klimaet i regionene der sitrontrær er plantet. Derfor trenger vi noe annet for å hjelpe landbruksarbeidere til å fullføre arbeidet lettere. Så vi kom på en idé for å lette jobben, en robotarm med griper som plukker sitronen fra treet. Armen er ca 50 cm lang. Arbeidsprinsippet er enkelt: vi gir roboten en posisjon, så vil den gå på rett sted, og hvis det er en sitron, vil griperen kutte stammen og ta tak i sitronen samtidig. Deretter slippes sitronen på bakken og roboten går tilbake til utgangsposisjonen. Til å begynne med kan prosjektet virke komplekst og vanskelig å gjøre. Imidlertid er det ikke så komplekst, men det trengte mye hardt arbeid og god planlegging. Det må bare bygges en ting fremfor den andre. I begynnelsen møtte vi noen problemer på grunn av covid-19-situasjonen og arbeidet eksternt, men så gjorde vi det, og det var fantastisk.

Denne Instructable tar sikte på å guide deg gjennom prosessen med å lage en robotarm med en griper. Prosjektet ble designet og konstruert som en del av vårt Bruface Mechatronics -prosjekt; arbeidet ble utført i Fablab Brussel av:

-Hussein Moslimani

-Inès Castillo Fernandez

-Jayesh Jagadesh Deshmukhe

-Raphaël Boitte

Trinn 1: Obligatoriske ferdigheter

Så, her er noen ferdigheter du må ha for å gjøre dette prosjektet:

-Grunnleggende om elektronikk

-Grunnleggende kunnskap om mikrokontrollere.

-Koding på C-språk (Arduino).

-Vær vant til CAD -programvare, for eksempel SolidWorks eller AutoCAD.

-Laserskjæring

-3D utskrift

Du bør også ha tålmodighet og en sjenerøs mengde fritid, også anbefaler vi deg å jobbe i et team som vi gjorde, alt blir lettere.

Trinn 2: CAD -design

Etter å ha prøvd forskjellige prøver, bestemte vi oss endelig for å designe roboten som vist på figurene, armen er 2 frihetsgrader. Motorene er koblet til akselen på hver arm med remskiver og belter. Det er mange fordeler med å bruke trinser, en av de viktigste på er å øke dreiemomentet. Det første remskiven til den første armen har girutveksling på 2, og den andre har et girforhold på 1,5.

Den vanskelige delen for prosjektet var begrenset tid på Fablab. Så de fleste designene ble tilpasset til laserskårne deler, og bare noen tilkoblingsdeler ble 3D -trykt. Her finner du vedlagte CAD -design.

Trinn 3: Liste over brukte komponenter

Her er komponentene vi brukte i prosjektet vårt:

I) Elektroniske komponenter:

-Arduino Uno: Dette er et mikrokontrollerkort med 14 digitale inngangs-/utgangspinner (hvorav 6 kan brukes som PWM -utganger), 6 analoge innganger, et 16 MHz kvartskrystall, en USB -tilkobling, en strømkontakt, en ICSP -topptekst, og en tilbakestillingsknapp. Vi brukte denne typen mikrokontroller siden den er enkel å bruke og kan gjøre jobben som kreves.

-To stor servomotor (MG996R): er en servomekanisme med lukket sløyfe som bruker posisjonsfeedback for å kontrollere bevegelsen og den endelige posisjonen. Den brukes til å rotere armene. Den har et godt dreiemoment, opptil 11 kg/cm, og takket være dreiemomentreduksjonen fra remskivene og beltet kan vi nå et høyere dreiemoment som er mer enn nok til å holde armene. Og det faktum at vi ikke trenger mer enn 180 grader rotasjoner, denne motoren er veldig bra å bruke.

-En liten servo (E3003): er en servomekanisme med lukket sløyfe som bruker posisjonstilbakemelding for å kontrollere bevegelsen og den endelige posisjonen. Denne motoren brukes til å kontrollere griperen, den har et dreiemoment på 2,5 kg/cm, og den brukes til å kutte og ta tak i sitronen.

-DC strømforsyning: Denne typen strømforsyning var tilgjengelig på fablab, og fordi motoren vår ikke beveger seg på bakken, så trenger strømforsyningen ikke å holde seg til hverandre. Den største fordelen med denne strømforsyningen er at vi kan justere utgangsspenningen og strømmen som vi vil, så det er ikke behov for en spenningsregulator. Hvis denne typen strømforsyninger ikke er tilgjengelig, men det er dyrt. Et billig alternativ til dette ville være å bruke en batteriholder 8xAA, kombinert med en spenningsregulator som 'MF-6402402' som er DC til DC-omformer, for å få spenningen du trenger. Prisen deres er også vist i listen over komponenter.

-Breadboard: Plastbrett som brukes til å holde elektroniske komponenter. Også for å koble elektronikken til strømforsyningen.

-Wires: Brukes til å koble de elektroniske komponentene til brødbrettet.

-Push-knapp: Den brukes som startknapp, så når vi trykker på den fungerer roboten.

-Ultrasonic sensor: Brukes til å måle avstand, den genererer høyfrekvent lyd og beregner tidsintervallet mellom sending av signal og mottak av ekko. Den brukes til å oppdage om sitronen ble holdt av griperen eller om den glir.

II) Andre komponenter:

-Plast for 3D -utskrift

-3 mm treplater for laserskjæring

-Metallskakt

-Bladene

-Mjukt materiale: Det limes på begge sider av griperen, så griperen komprimerer sitrongrenen mens den skjæres.

-Skruer

-Belt for tilkobling av remskiver, standard 365 T5 belte

-8mm sirkulære lagre, den ytre diameteren er 22mm.

Trinn 4: 3D -utskrift og laserskjæring

Takket være laserskjærings- og 3d -utskriftsmaskinene som finnes på Fablab, bygger vi delene vi trenger til roboten vår.

I- Deler vi måtte laserskjære er:

-Robotens base

-Støtter motoren i den første armen

-Støtter den første armen

-Plater av de 2 armene

-Grunnlaget for griperen

-Forbindelse mellom griperen og armen.

-To sider av griperen

-Støtter lagrene, for å sikre at de ikke sklir eller beveger seg fra posisjonen, er alle lagertilpasninger i to lag 3 mm+4 mm, siden tykkelsen på lageret var 7 mm.

Merk: Du trenger et lite 4 mm treplate, for noen små deler som de må laserskjæres. Du vil også finne i CAD -designen en tykkelse som er 6 mm, eller en annen tykkelse som er flere på 3, så trenger du flere lag med laserskårne deler på 3 mm, det vil si hvis det er 6 mm tykkelse, så trenger du 2 lag 3 mm hver.

II- Deler vi måtte 3D-skrive ut:

-De fire trinsene: brukes til å koble hver motor til armen den er ansvarlig for å flytte.

-Støtte for motoren til den andre armen

-støtte for lageret på grunnlag, som er festet under beltet for å tvinge på det og øke spenningen. Det er koblet til lageret ved hjelp av en rund metallisk aksel.

-To rektangulære plater for griperen, settes på det myke materialet for å holde greinen godt og for å ha friksjon slik at grenen ikke glir.

-Fyrkantet aksel med et 8 mm rundt hull, for å koble platene til den første armen, og hullet skulle sette inn en 8 mm metallisk aksel for å gjøre hele akselen sterk og kan håndtere det totale dreiemomentet. De runde metallakslene var koblet til lagre og begge sider av armen for å fullføre rotasjonsdelen.

-Sekskantet aksel med et 8 mm rundt hull av samme grunn som den firkantede akselen

-Klemmer for å støtte remskivene og platene på hver arm godt på plass.

I de tre figurene i CAD kan du godt forstå hvordan systemet er satt sammen, og hvordan akslene er koblet og støttet. Du kan se hvordan de firkantede og sekskantede akslene er koblet til armen og hvordan de er koblet til støttene ved hjelp av metallakselen. Hele forsamlingen er gitt i disse figurene.

Trinn 5: Mekanisk montering

Samlingen av hele roboten har 3 hovedtrinn som må forklares, først monterer vi grunnlaget og den første armen, deretter den andre armen til den første, og til slutt griperen til den andre armen.

Montering av basen og første arm:

Først må brukeren montere følgende deler separat:

-De to sidene av leddene med lagrene inni.

-Støtten til motoren med motoren, og den lille remskiven.

-Den symmetriske støtten til den lille remskiven.

-Den firkantede akselen, den store remskiven, armen og klemmene.

-Det "spennende" lageret støtter støtteplaten. Deretter legger du til lageret og akselen.

Hver underenhet er på plass for å kunne kobles sammen.

Merk: For å sikre at vi får spenningen i beltet vi ønsker, kan motorens posisjon på grunnlaget justeres, vi har et langstrakt hull slik at avstanden mellom remskivene kan økes eller reduseres, og når vi sjekker at spenningen er god, vi fester motoren til basen med bolter og fikser den godt. I tillegg til dette ble et lager festet på grunnlaget på et sted hvor det gjør en kraft på beltet for å øke spenningen, så når beltet beveger seg roterer lageret, og det er ingen problemer med friksjon.

Montering av den andre armen til den første:

Delene må settes sammen separat:

-Høyre arm, med motoren, støtten, remskiven, og med lageret og støttedelene. En skrue er også satt for å feste remskiven til akselen som for forrige seksjon.

-Den venstre armen med de to lagrene og støttene.

-Den store remskiven kan skyves på den sekskantede akselen så vel som overarmene, og klemmene er designet for å fikse posisjonen.

Så har vi den andre armen klar til å bli plassert i sin posisjon, motoren til den andre armen er plassert på den første, posisjonen er også justerbar for å nå den perfekte spenningen og unngå å gli av beltet, så festes motoren med belte i denne posisjonen.

Montering av griperen:

Monteringen av denne griperen er enkel og rask. Når det gjelder forrige montering, kan delene settes sammen alene før de festes til hele armen:

-Fest den bevegelige kjeven til akselen på motoren, ved hjelp av plastdelen som følger med motoren.

-Skru motoren til støtten.

-Skru støtten til sensoren inn i støtten til griperen.

-Sett sensoren i støtten.

-Legg det myke materialet på griperen, og fest den 3d -trykte delen over dem

Griperen kan enkelt settes sammen til den andre armen, bare en laserskjæredel støtter griperens base ved armen.

Det viktigste var justeringen av bladene på toppen av armen og i hvilken avstand bladene var utenfor griperen, så det ble gjort ved prøving og feiling til vi når det mest effektive stedet vi kan få for bladene der vi kutter og gripende må skje på nesten samme tid.

Trinn 6: Tilkobling av elektroniske komponenter

I denne kretsen har vi tre servomotorer, en ultralydssensor, en trykknapp, Arduino og en strømforsyning.

Strømforsyningseffekten kan justeres som vi vil, og siden alle servoer og ultralyd fungerer på 5 volt, så det er ikke behov for en spenningsregulator, kan vi bare regulere utgangen til strømforsyningen til 5V.

Hver servo må kobles til Vcc (+5V), bakken og signalet. Ultralydsensoren har 4 pinner, en er koblet til Vcc, en for bakken, og de to andre pinnene er trigger- og ekkopinner, de må kobles til digitale pinner. Trykknappen er koblet til bakken og til en digital pinne.

For Arduino må den snakke strømmen fra strømkilden, den kan ikke strømme fra den bærbare datamaskinen eller kabelen, den skal ha samme jord som de elektroniske komponentene som er koblet til den.

!!VIKTIGE NOTATER!!:

- Du bør legge til en effektomformer og strøm til Vin med 7V.

-Vennligst sørg for at du med denne tilkoblingen fjerner Arduino -porten fra PCen for å brenne den, ellers bør du ikke bruke 5V -utgangspinnen som inngang.

Trinn 7: Arduino -kode og flytdiagram

Målet med denne robotarmen med en griper er å samle en sitron og legge den et annet sted, så når roboten er på må vi trykke på startknappen og så går den til en bestemt posisjon der sitronen blir funnet, hvis den griper tak i sitronen, griperen vil gå til en endelig posisjon for å sette sitronen på plass, vi valgte den endelige posisjonen på horisontalt nivå, der momentet som trengs er maksimalt, for å bevise at griperen er sterk nok.

Hvordan kan roboten nå sitronen:

I prosjektet vi gjorde, ber vi ganske enkelt roboten om å flytte armene til en bestemt posisjon der vi legger sitronen. Vel, det er en annen måte å gjøre det på. Du kan bruke invers kinematikk til å bevege armen ved å gi den (x, y) sitronens koordinater, og den beregner hvor mye hver motor må rotere slik at griperen når sitronen. Hvor tilstand = 0 er når startknappen ikke trykkes slik at armen er i utgangsposisjonen og roboten ikke beveger seg, mens tilstand = 1 er når vi trykker på startknappen og roboten starter.

Invers kinematikk:

I figurene er det et eksempel på invers kinematikkberegning, du kan se tre skisser, en for utgangsposisjonen og de to andre for sluttposisjonen. Så som du ser, for den endelige posisjonen- uansett hvor den er- er det to muligheter, albue opp og albue ned, du kan velge hva du vil.

La oss ta albuen opp som et eksempel, for å få roboten til å flytte til sin posisjon må to vinkler beregnes, theta1 og theta2, i figurene ser du også trinnene og ligningene for å beregne theta1 og theta2.

Vær oppmerksom på at hvis hindringen er funnet på en avstand mindre enn 10 cm, blir sitronen grepet og holdt av griperen, til slutt må vi levere den til sluttposisjonen.

Trinn 8: Kjøre roboten

Tross alt det vi gjorde før, her er videoer av roboten som fungerer, med sensoren, trykknappen og alt annet som fungerer som det skal. Vi gjorde også en ristetest på roboten for å sikre at den er stabil og at ledningene er gode.

Trinn 9: Konklusjon

Dette prosjektet ga oss en god erfaring med å håndtere slike prosjekter. Likevel kan denne roboten modifiseres og ha noen flere tilleggsverdier som objektdeteksjon for å oppdage sitronen, eller kanskje en tredje grad av frihet, slik at den kan bevege seg mellom trær. Vi kan også gjøre det kontrollert av en mobilapplikasjon eller av tastaturet, så vi flytter det som vi vil. Vi håper du liker prosjektet vårt og en spesiell takk til veilederne på Fablab for å hjelpe oss.