Robotų ranka su rankena: 9 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

Citrinmedžių skynimas laikomas sunkiu darbu dėl didelio medžių dydžio ir dėl karšto klimato regionuose, kuriuose sodinamos citrinmedžiai. Štai kodėl mums reikia kažko kito, kad padėtų žemės ūkio darbuotojams lengviau atlikti darbą. Taigi, mes sugalvojome palengvinti jų darbą - robotą ranką su griebtuvu, kuri nusirenka citriną nuo medžio. Rankos ilgis apie 50 cm. Darbo principas yra paprastas: mes suteikiame poziciją robotui, tada jis pateks į reikiamą vietą, o jei yra citrinos, jo griebtuvas nukirs kotelį ir tuo pat metu sugriebs citriną. Tada citrina bus paleista ant žemės ir robotas grįš į pradinę padėtį. Iš pradžių projektas gali atrodyti sudėtingas ir sunkiai įgyvendinamas. Tačiau tai nėra taip sudėtinga, tačiau tam reikėjo daug dirbti ir gerai planuoti. Tiesiog reikia pastatyti vieną dalyką ant kito. Iš pradžių susidūrėme su tam tikromis problemomis dėl „Covid-19“situacijos ir darbo nuotoliniu būdu, tačiau vėliau tai padarėme ir tai buvo nuostabu.

Šios instrukcijos tikslas - padėti jums sukurti robotų ranką su griebtuvu. Projektas buvo suprojektuotas ir sukurtas kaip mūsų „Bruface Mechatronics“projekto dalis; darbą Fablab Briuselyje atliko:

-Husseinas Moslimani

-Inès Castillo Fernandez

-Jayeshas Jagadeshas Deshmukhe

-Raphaël Boitte

1 žingsnis: būtini įgūdžiai

Taigi, norint įgyvendinti šį projektą, reikia turėti keletą įgūdžių:

-Elektronikos pagrindai

-Pagrindinės mikrovaldiklių žinios.

-Kodavimas C kalba (Arduino).

-Būkite pripratę prie CAD programinės įrangos, tokios kaip „SolidWorks“ar „AutoCAD“.

-pjovimas lazeriu

-3D spausdinimas

Taip pat turėtumėte turėti kantrybės ir daug laisvo laiko, taip pat patariame dirbti komandoje, kaip ir mes, viskas bus lengviau.

2 žingsnis: CAD dizainas

Išbandę skirtingus pavyzdžius, pagaliau nusprendėme suprojektuoti robotą, kaip parodyta paveikslėliuose, ranka yra 2 laisvės laipsniai. Varikliai yra prijungti prie kiekvienos rankos veleno skriemuliais ir diržais. Naudojant skriemulius yra daug privalumų, vienas iš svarbiausių yra padidinti sukimo momentą. Pirmojo piršto skriemulio diržo pavaros santykis yra 2, o antrojo - 1,5.

Sunkioji projekto dalis buvo ribotas laikas „Fablab“. Taigi dauguma konstrukcijų buvo pritaikytos lazeriu pjaustytoms dalims, o kai kurios jungiamosios dalys buvo atspausdintos 3D. Čia rasite pridedamą CAD dizainą.

3 žingsnis: Naudotų komponentų sąrašas

Štai komponentai, kuriuos naudojome savo projekte:

I) Elektroniniai komponentai:

-Arduino Uno: tai mikrovaldiklio plokštė su 14 skaitmeninių įvesties/išvesties kaiščių (iš kurių 6 gali būti naudojami kaip PWM išėjimai), 6 analoginiai įėjimai, 16 MHz kvarco kristalas, USB jungtis, maitinimo lizdas, ICSP antraštė, ir atstatymo mygtuką. Mes naudojome tokio tipo mikrovaldiklius, nes jais lengva naudotis ir galima atlikti reikiamą darbą.

-Du dideli servovarikliai (MG996R): yra uždarojo ciklo servomechanizmas, kuris naudoja padėties grįžtamąjį ryšį savo judėjimui ir galutinei padėčiai valdyti. Jis naudojamas rankoms sukti. Jis turi gerą sukimo momentą, iki 11 kg/cm, o dėl sukamojo momento, sumažinto skriemuliais ir diržu, galime pasiekti didesnį sukimo momentą, kurio pakanka rankoms laikyti. Ir tai, kad mums nereikia daugiau kaip 180 laipsnių apsisukimų, šis variklis yra labai gerai naudojamas.

-Vienas mažas servo (E3003): yra uždaro ciklo servomechanizmas, kuris naudoja padėties grįžtamąjį ryšį, kad valdytų savo judėjimą ir galutinę padėtį. Šis variklis naudojamas griebtuvui valdyti, jo sukimo momentas yra 2,5 kg/cm, jis naudojamas pjaustyti ir patraukti citriną.

-DC maitinimo šaltinis: Šio tipo maitinimo šaltinį buvo galima įsigyti fablab, ir kadangi mūsų variklis nejuda ant žemės, todėl maitinimo šaltinis neturi būti prilipęs vienas prie kito. Pagrindinis šio maitinimo šaltinio privalumas yra tas, kad galime reguliuoti išėjimo įtampą ir srovę, kaip mums patinka, todėl nereikia įtampos reguliatoriaus. Jei tokio tipo maitinimo šaltinių nėra, tačiau jis yra brangus. Pigi alternatyva būtų naudoti 8xAA baterijos laikiklį kartu su įtampos reguliatoriumi, pvz., „MF-6402402“, kuris yra nuolatinės srovės keitiklis, kad gautumėte reikiamą įtampą. Jų kaina taip pat nurodyta komponentų sąraše.

-Duonos lenta: plastikinė plokštė, naudojama elektroniniams komponentams laikyti. Be to, prijungti elektroniką prie maitinimo šaltinio.

-Laidai: naudojami elektroniniams komponentams prijungti prie duonos lentos.

-Spaudimo mygtukas: jis naudojamas kaip paleidimo mygtukas, todėl paspaudus robotas veikia.

-Ultragarsinis jutiklis: naudojamas atstumui matuoti, jis sukuria aukšto dažnio garsą ir apskaičiuoja laiko intervalą tarp signalo siuntimo ir aido priėmimo. Jis naudojamas aptikti, ar citrina laikė griebtuvas, ar ji slysta.

II) Kiti komponentai:

-Plastikas skirtas 3D spausdinimui

-3 mm medžio lakštai pjovimui lazeriu

-Metalinis velenas

-Ašmenys

-Minkšta medžiaga: ji priklijuota prie abiejų griebtuvo pusių, todėl griebtuvas suspaudžia citrinos šaką ją pjaustydamas.

-Varžtai

-Diržas skriemuliams sujungti, standartinis 365 T5 diržas

-8 mm apvalūs guoliai, išorinis skersmuo yra 22 mm.

4 žingsnis: 3D spausdinimas ir pjovimas lazeriu

„Fablab“rastų pjovimo lazeriu ir 3D spausdinimo mašinų dėka mes gaminame savo robotui reikalingas dalis.

I- dalys, kurias turėjome pjaustyti lazeriu, yra šios:

-Roboto pagrindas

-Pirmosios rankos variklio atrama

-Pirmosios rankos atramos

-2 rankų plokštelės

-Griebtuvo pagrindas

-Sujungimas tarp griebtuvo ir rankos.

-Dvi griebtuvo pusės

-guolių atramos, kad įsitikintumėte, jog jie neslysta ar nejuda iš savo padėties, visi guolių tvirtinimai yra dviejų sluoksnių 3 mm+4 mm, nes guolio storis buvo 7 mm.

Pastaba: jums reikės nedidelio 4 mm medžio lakšto, kai kurioms mažoms dalims jas reikia nupjauti lazeriu. Be to, CAD konstrukcijoje rasite 6 mm storio arba bet kokį kitą storį, kuris yra daugkartinis iš 3, tada jums reikia kelių sluoksnių lazeriu supjaustytų dalių, kurių storis yra 3 mm, tai yra, jei yra 6 mm storio, tada jums reikia 2 sluoksnių Po 3 mm.

II- dalys, kurias turėjome spausdinti 3D:

-Keturi skriemuliai: naudojami kiekvienam varikliui prijungti prie rankos, kurią jis turi judėti.

-Antros rankos variklio palaikymas

-guolio atrama, kuri yra pritvirtinta po diržu, kad ji būtų jėga ir padidėtų įtempimas. Jis prijungtas prie guolio naudojant apvalų metalinį veleną.

-Dvi stačiakampės griebtuvo plokštės uždedamos ant minkštos medžiagos, kad gerai laikytų šaką ir būtų trinties, kad šaka neslystų.

-Kvadratinis velenas su 8 mm apvalia skyle, skirtas pirmosios rankos plokštėms sujungti, o skylė turėjo įkišti 8 mm metalinį veleną, kad visas velenas būtų tvirtas ir galėtų valdyti visą sukimo momentą. Apvalūs metaliniai velenai buvo prijungti prie guolių ir abiejų rankos pusių, kad būtų užbaigta sukimosi dalis.

-Šešiakampis velenas su 8 mm apvalia skyle dėl tos pačios priežasties kaip ir kvadratinis velenas

-spaustukai, skirti gerai pritvirtinti skriemulius ir kiekvienos rankos plokštes.

Iš trijų CAD skaičių galite gerai suprasti, kaip sistema yra surenkama, ir kaip velenai yra prijungti ir palaikomi. Galite pamatyti, kaip kvadratiniai ir šešiakampiai velenai yra prijungti prie rankos ir kaip jie yra prijungti prie atramų naudojant metalinį veleną. Visas surinkimas pateiktas šiuose paveiksluose.

5 žingsnis: mechaninis surinkimas

Viso roboto surinkimas susideda iš 3 pagrindinių žingsnių, kuriuos reikia paaiškinti, pirma, mes surenkame pagrindą ir pirmąją ranką, tada antrą ranką prie pirmosios ir galiausiai griebtuvą ant antrosios rankos.

Pagrindo ir pirmosios rankenos surinkimas:

Pirma, vartotojas turi atskirai surinkti šias dalis:

-Dvi jungčių pusės su guoliais viduje.

-Variklio atrama su varikliu ir mažas skriemulys.

-Simetriška atrama mažam skriemuliui.

-Kvadratinis velenas, didelis skriemulys, ranka ir spaustukai.

-„Įtempimo“guolis palaiko atraminę plokštę. Tada pridėkite guolį ir veleną.

Dabar kiekvienas mazgas yra sujungtas.

Pastaba: norėdami užtikrinti norimo diržo įtempimą, variklio padėtį galima sureguliuoti, mes turime pailgą skylę, kad būtų galima padidinti arba sumažinti atstumą tarp skriemulių ir kai tikriname, ar įtampa yra gera, mes pritvirtiname variklį prie pagrindo varžtais ir gerai pritvirtiname. Be to, guolis buvo pritvirtintas toje vietoje, kur jis daro jėgą jėgai, kad padidintų įtempimą, taigi, kai diržas juda, guolis sukasi ir jokių trinties problemų.

Antrosios rankos montavimas prie pirmosios:

Dalys turi būti surinktos atskirai:

-Dešinė ranka su varikliu, jo atrama, skriemuliu, taip pat su guoliu ir jo atraminėmis dalimis. Taip pat dedamas varžtas, skirtas skriemuliui pritvirtinti prie veleno, kaip ir ankstesniame skyriuje.

-Kairė ranka su dviem guoliais ir jų atramomis.

-Didelį skriemulį galima pastumti ant šešiakampio veleno, taip pat ant viršutinių rankų, o spaustukai skirti jų padėčiai fiksuoti.

Tada mes paruošiame antrąją ranką į savo padėtį, antrosios rankos variklis yra uždėtas ant pirmosios, jo padėtis taip pat yra reguliuojama, kad būtų pasiektas idealus įtempimas ir išvengta diržo slydimo, tada variklis tvirtinamas diržas šioje padėtyje.

Griebtuvo surinkimas:

Šio griebtuvo surinkimas yra lengvas ir greitas. Kalbant apie ankstesnį surinkimą, prieš tvirtinant prie visos rankos, dalis galima surinkti atskirai:

-Pritvirtinkite judantį žandikaulį prie variklio veleno, naudodami plastikinę dalį, kuri yra kartu su varikliu.

-Prisukite variklį prie atramos.

-Įsukite jutiklio atramą į griebtuvo atramą.

-Įdėkite jutiklį į jo atramą.

-Uždėkite minkštą medžiagą ant griebtuvo ir pritvirtinkite 3D spausdintą dalį

Griebtuvą galima lengvai surinkti ant antrosios rankos, tiesiog lazerio pjovimo dalis palaiko griebtuvo pagrindą už rankos.

Svarbiausia buvo sureguliuoti peilius ant rankos viršaus ir kokiu atstumu ašmenys buvo už griebtuvo, todėl tai buvo padaryta bandymų ir klaidų būdu, kol pasieksime efektyviausią vietą, kurią galime gauti peiliams, kur pjaunami ir patraukimas turi įvykti beveik tuo pačiu metu.

6 žingsnis: Elektroninių komponentų prijungimas

Šioje grandinėje turime tris servo variklius, vieną ultragarsinį jutiklį, vieną mygtuką, „Arduino“ir maitinimo šaltinį.

Maitinimo šaltinio išvestį galima reguliuoti taip, kaip norime, o kadangi visi servai ir ultragarsas veikia 5 voltais, todėl nereikia įtampos reguliatoriaus, galime tik reguliuoti 5 V maitinimo šaltinio išėjimą.

Kiekvienas servo įrenginys turi būti prijungtas prie Vcc (+5V), įžeminimo ir signalo. Ultragarso jutiklis turi 4 kaiščius, vienas prijungtas prie Vcc, vienas skirtas žemei, o kiti du kaiščiai yra gaiduko ir aido kaiščiai, jie turi būti prijungti prie skaitmeninių kaiščių. Mygtukas yra prijungtas prie žemės ir prie skaitmeninio kaiščio.

„Arduino“turi kalbėti apie maitinimą iš maitinimo šaltinio, jis negali maitinti iš nešiojamojo kompiuterio ar jo kabelio, jis turi turėti tą patį pagrindą kaip ir prie jo prijungti elektroniniai komponentai.

!! SVARBIOS PASTABOS !!:

- Turėtumėte pridėti galios keitiklį ir „Vin“maitinimą su 7 V.

-Įsitikinkite, kad naudodamiesi šiuo ryšiu turėtumėte pašalinti „Arduino“prievadą iš savo kompiuterio, kad jį įrašytumėte, kitaip neturėtumėte naudoti 5 V išvesties kaiščio kaip įvesties.

7 žingsnis: „Arduino“kodas ir schema

Šios robotų rankos su griebtuvu tikslas yra surinkti citriną ir įdėti ją kur nors kitur, taigi, kai robotas įjungtas, turime paspausti paleidimo mygtuką ir tada jis pereina į tam tikrą vietą, kur citrina randama, jei sugriebia citriną, griebtuvas eina į galutinę padėtį ir įdeda citriną į savo vietą, mes pasirinkome galutinę padėtį horizontaliame lygyje, kur reikalingas sukimo momentas yra didžiausias, kad įrodytume, jog griebtuvas yra pakankamai stiprus.

Kaip robotas gali pasiekti citriną:

Atlikdami projektą, mes paprasčiausiai paprašome roboto perkelti rankas į tam tikrą padėtį, į kurią įdėjome citrinos. Na, yra dar vienas būdas tai padaryti: ranką judinti galite naudoti atvirkštinę kinematiką, nurodydami citrinos (x, y) koordinates, ir ji apskaičiuoja, kiek kiekvienas variklis turi suktis, kad griebtuvas pasiektų citriną. Kai būsena = 0 yra tada, kai pradžios mygtukas nėra spaudžiamas, todėl ranka yra pradinėje padėtyje ir robotas nejuda, o būsena = 1 yra tada, kai paspaudžiame pradžios mygtuką ir robotas paleidžiamas.

Atvirkštinė kinematika:

Paveiksluose yra atvirkštinės kinematikos skaičiavimo pavyzdys, galite pamatyti tris eskizus: vieną pradinei padėčiai, o kitus du galutinei padėčiai. Taigi, kaip matote, galutinei padėčiai- nesvarbu, kur ji yra- yra dvi galimybės: alkūnė aukštyn ir alkūnė žemyn, galite pasirinkti viską, ko norite.

Kaip pavyzdį paimkime alkūnę aukštyn, kad robotas judėtų į savo padėtį, reikia apskaičiuoti du kampus, teta1 ir teta2, paveiksluose taip pat matomi žingsniai ir lygtys, kaip apskaičiuoti theta1 ir theta2.

Atkreipkite dėmesį, kad jei kliūtis randama mažesniu nei 10 cm atstumu, citriną suima ir laiko griebtuvas, galiausiai turime ją pristatyti į galutinę padėtį.

8 žingsnis: paleiskite robotą

Po viso to, ką darėme anksčiau, čia yra vaizdo įrašai apie robotą, kuris veikia, su jutikliu, mygtuku ir visa kita veikia taip, kaip turėtų. Mes taip pat atlikome roboto purtymo testą, kad įsitikintume, jog jis stabilus ir laidai geri.

9 žingsnis: Išvada

Šis projektas suteikė mums geros patirties sprendžiant tokius projektus. Tačiau šį robotą galima modifikuoti ir jis turi dar keletą pridėtinių vertybių, tokių kaip objektų aptikimas citrinai aptikti, o gal trečias laisvės laipsnis, kad jis galėtų judėti tarp medžių. Be to, galime padaryti jį valdomą mobiliąja programa arba klaviatūra, kad perkeltume ją taip, kaip norime. Tikimės, kad jums patinka mūsų projektas, ir ypatinga padėka „Fablab“vadovams už pagalbą.