Haaratsiga robotkäsi: 9 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:45

Sidrunipuude koristamist peetakse raskeks tööks puude suure suuruse ja ka sidrunipuude istutamise piirkondade kuuma kliima tõttu. Seetõttu on meil vaja midagi muud, mis aitaks põllumajandustöötajatel oma tööd kergemini lõpule viia. Niisiis, tulime ideele nende tööd kergendada - haaratsiga robotkäsi, mis korjab puult sidruni. Käsi on umbes 50 cm pikk. Tööpõhimõte on lihtne: anname robotile positsiooni, siis läheb see õigesse kohta ja kui on olemas sidrun, lõikab selle haaraja varre ja haarab sidrunist samal ajal. Seejärel lastakse sidrun maapinnale ja robot naaseb oma algasendisse. Esmapilgul võib projekt tunduda keeruline ja raske. See pole aga nii keeruline, kuid vajas palju pingutust ja head planeerimist. See tuleb lihtsalt üles ehitada üks asi teisele. Alguses seisime silmitsi probleemidega, mis olid tingitud COVID-19 olukorrast ja kaugtööst, kuid siis tegime seda ja see oli hämmastav.

Selle juhendi eesmärk on juhendada teid haaratsiga robotkäe loomise protsessis. Projekt kavandati ja konstrueeriti osana meie Bruface Mechatronics projektist; töö tegi Brüsselis Fablabis:

-Hussein Moslimani

-Inès Castillo Fernandez

-Jayesh Jagadesh Deshmukhe

-Raphaël Boitte

Samm: nõutavad oskused

Niisiis, siin on mõned oskused, mis teil selle projekti tegemiseks peavad olema:

-elektroonika alused

-Põhiteadmised mikrokontrollerite kohta.

-Kodeerimine C-keeles (Arduino).

-Olge harjunud CAD -tarkvaraga, näiteks SolidWorks või AutoCAD.

-laserlõikus

-3D printimine

Teil peaks olema ka kannatlikkust ja palju vaba aega, samuti soovitame teil töötada meeskonnas nagu meiegi, kõik on lihtsam.

2. samm: CAD -disain

Pärast erinevate proovide proovimist otsustasime lõpuks roboti kujundada nii, nagu joonistel näidatud, käsi on 2 vabadusastet. Mootorid on iga õla võlliga ühendatud rihmarataste ja rihmadega. Rihmarataste kasutamisel on palju eeliseid, üks olulisemaid on pöördemomendi suurendamine. Esimese käe esimese rihmaratta ülekandearv on 2 ja teise ülekandearv on 1,5.

Projekti raske osa oli piiratud aeg Fablabis. Niisiis kohandati enamik disainilahendusi laserlõigatud osadeks ja mõned ühendavad osad trükiti 3D -vormingus. Siit leiate lisatud CAD -disaini.

Samm: kasutatud komponentide loend

Siin on komponendid, mida me oma projektis kasutasime:

I) Elektroonilised komponendid:

-Arduino Uno: see on mikrokontrolleri plaat, millel on 14 digitaalset sisend-/väljundnõela (millest 6 saab kasutada PWM -väljunditena), 6 analoogsisendit, 16 MHz kvartskristall, USB -ühendus, toitepistik, ICSP päis, ja lähtestusnupp. Kasutasime seda tüüpi mikrokontrollerit, kuna seda on lihtne kasutada ja see saab vajalikku tööd teha.

-Kaks suurt servomootorit (MG996R): on suletud ahelaga servomehaanika, mis kasutab oma liikumise ja lõppasendi juhtimiseks asukoha tagasisidet. Seda kasutatakse käte pööramiseks Sellel on hea pöördemoment, kuni 11 kg/cm ning tänu rihmarataste ja rihma tehtud pöördemomendi vähendamisele võime saavutada suurema pöördemomendi, mis on enam kui piisav käte hoidmiseks. Ja asjaolu, et me ei vaja rohkem kui 180 -kraadiseid pöördeid, on seda mootorit väga hea kasutada.

-Üks väike servo (E3003): on suletud ahelaga servomehaanika, mis kasutab oma liikumise ja lõppasendi juhtimiseks positsiooni tagasisidet. Seda mootorit kasutatakse haaratsi juhtimiseks, selle pöördemoment on 2,5 kg/cm ning seda kasutatakse sidruni lõikamiseks ja haaramiseks.

-DC toide: Seda tüüpi toiteallikas oli saadaval fablabis ja kuna meie mootor ei liigu maapinnal, ei pea toiteallikas üksteise külge kinni jääma. Selle toiteallika peamine eelis on see, et saame reguleerida väljundpinget ja voolu, nagu meile meeldib, seega pole vaja pingeregulaatorit. Kui seda tüüpi toiteallikaid pole saadaval, kuid see on kallis. Odav alternatiiv sellele oleks vajaliku pinge saamiseks kasutada 8xAA patareipesa koos pingeregulaatoriga, näiteks „MF-6402402”, mis on alalisvoolu-alalisvoolu muundur. Nende hind on näidatud ka komponentide loendis.

-Leivaplaat: plastplaat, mida kasutatakse elektrooniliste komponentide hoidmiseks. Samuti elektroonika ühendamiseks toiteallikaga.

-Traadid: kasutatakse elektrooniliste komponentide ühendamiseks leivaplaadiga.

-Push-button: Seda kasutatakse käivitusnupuna, nii et kui me seda vajutame, töötab robot.

-Ultrasonic sensor: kasutatakse kauguse mõõtmiseks, see tekitab kõrgsageduslikku heli ja arvutab ajavahemiku signaali saatmise ja kaja vastuvõtmise vahel. Seda kasutatakse selle tuvastamiseks, kas sidrun oli haaratsist kinni või libises.

II) Muud komponendid:

-Plastik 3D printimiseks

-3mm puitlehed laserlõikamiseks

-Metallvõll

-Terad

-Pehme materjal: see on liimitud haaratsi mõlemale küljele, nii et haarats surub selle lõikamise ajal sidrunioksa kokku.

-Kruvid

-Vöö rihmarataste ühendamiseks, standardne 365 T5 rihm

-8mm ümmargused laagrid, välisläbimõõt on 22mm.

Samm: 3D -printimine ja laserlõikamine

Tänu Fablabis leiduvatele laserlõikamis- ja 3D -trükimasinatele ehitame oma robotile vajalikke osi.

I- Osad, mida pidime laseriga lõikama, on järgmised:

-Roboti alus

-Toed esimese käe mootorile

-Esimese käe toed

-Kahe käe plaadid

-Haaratsi alus

-Ühendus haaratsi ja käe vahel.

-Haaratsi kaks külge

-Toetab laagreid, et veenduda, et need ei libise ega liiguta oma asendist, kõik laagrite kinnitused on kahekihilised 3 mm+4 mm, kuna laagri paksus oli 7 mm.

Märkus: mõne väikese osa jaoks vajate väikest 4 mm puitlehte, mida tuleb laseriga lõigata. Samuti leiate CAD -konstruktsioonist paksuse, mis on 6 mm, või mis tahes muu paksuse, mis on 3 -kordne, siis vajate 3 mm paksuseid laserkiirte osi, see tähendab, et kui paksus on 6 mm, siis on vaja kahte kihti. Igaüks 3 mm.

II- osad, mida pidime 3D-printima:

-Neli rihmaratast: kasutatakse iga mootori ühendamiseks õlavarrega, mille liigutamise eest ta vastutab.

-Teise käe mootori tugi

-laagritoetus, mis kinnitatakse rihma alla, et sellele jõudu avaldada ja pinget suurendada. See on laagriga ühendatud ümmarguse metallvõlli abil.

-Kaks haaratsi ristkülikukujulist plaati asetatakse pehmele materjalile, et oks hästi kinni hoida ja hõõrduda, nii et oks ei libiseks.

-8 mm ümmarguse avaga ruudukujuline võll esimese õla plaatide ühendamiseks ja auk pidi sisestama 8 mm metallist võlli, et kogu võll oleks tugev ja saaks hakkama kogu pöördemomendiga. Ümmargused metallvõllid olid pöörleva osa lõpuleviimiseks ühendatud laagrite ja õla mõlema küljega.

-Kuusnurkse kujuga võll, mille ümmargune auk on 8 mm, samal põhjusel kui ruudukujuline võll

-Klambrid, mis toetavad rihmarattaid ja iga käe plaate hästi oma kohtades.

CAD -i kolmest numbrist saate hästi aru, kuidas süsteem on kokku pandud ning kuidas võllid on ühendatud ja toetatud. Näete, kuidas ruudukujulised ja kuusnurksed võllid on õla külge ühendatud ja kuidas need on metallvõlli abil tugedega ühendatud. Nendel joonistel on esitatud kogu komplekt.

Samm: mehaaniline kokkupanek

Kogu roboti kokkupanekul on 3 peamist sammu, mida tuleb selgitada, esiteks paneme kokku aluse ja esimese käe, seejärel teise käe esimese külge ja lõpuks haaratsi teise käe külge.

Aluse ja esimese käe kokkupanek:

Esiteks peab kasutaja järgmised osad eraldi kokku panema:

-Liigendite kaks külge koos laagritega sees.

-Mootori tugi mootoriga ja väike rihmaratas.

-Sümmeetriline tugi väikesele rihmarattale.

-Ruuduline võll, suur rihmaratas, õlg ja klambrid.

-Pingutuslaager toetab tugiplaati. Seejärel lisage laager ja võll.

Nüüd on iga alamkomplekt paigas, et need omavahel ühendada.

Märkus: veendumaks, et soovitud rihma pinge saavutatakse, saab mootori asendit baasil reguleerida, meil on piklik auk, nii et rihmarataste vahelist kaugust saab suurendada või vähendada ja kui kontrollime, kas pinge on hea, kinnitame mootori poltide abil alusele ja kinnitame selle hästi. Lisaks sellele kinnitati laager alusele kohas, kus see avaldab rihmale pinget suurendavat jõudu, nii et rihma liikumisel laager pöörleb ja hõõrdumisprobleeme ei esine.

Teise käe kokkupanek esimese külge:

Osad tuleb kokku panna eraldi:

-Parem õlg koos mootoriga, selle toega, rihmarattaga, samuti laagri ja selle tugiosadega. Rihmaratta võlli külge kinnitamiseks pannakse kruvi, nagu eelmises osas.

-Vasak käsi kahe laagri ja nende toega.

-Suurt rihmaratast saab libistada kuuskantvõllil ja õlavarredel ning klambrid, mis on ette nähtud nende asukoha fikseerimiseks.

Siis on meil teine käsi valmis oma asendisse paigutamiseks, teise käe mootor asetatakse esimesele, selle asend on samuti reguleeritav, et saavutada täiuslik pinge ja vältida rihma libisemist, seejärel kinnitatakse mootor rihm selles asendis.

Haaratsi kokkupanek:

Selle haaratsi kokkupanek on lihtne ja kiire. Mis puudutab eelmist kokkupanekut, siis enne täisvarre külge kinnitamist saab osi üksi kokku panna:

-Kinnitage liikuv lõualuu mootori võlli külge mootoriga kaasasoleva plastosa abil.

-Keerake mootor toe külge.

-Keerake anduri tugi haaratsi toesse.

-Pange andur oma toesse.

-Pange pehme materjal haaratsile ja kinnitage 3D -prinditud osa nende peale

Haaratsi saab hõlpsasti teise käe külge kokku panna, lihtsalt laserlõikuri osa toetab haaratsi alust käsivarrest.

Kõige tähtsam oli käe peal olevate labade häälestamine ja millisel kaugusel terad haaratsist väljaspool, nii et seda tehti katse -eksituse meetodil, kuni jõuame terade jaoks kõige tõhusamasse kohta, kus lõikamine ja lõikamine toimub. haaramine peab toimuma peaaegu samal ajal.

6. samm: elektrooniliste komponentide ühendamine

Selles vooluringis on meil kolm servomootorit, üks ultraheliandur, üks nupp, Arduino ja toiteallikas.

Toiteallika väljundit saab reguleerida nii, nagu me tahame, ja kuna kõik servod ja ultraheli töötavad 5 volti peal, seega pole pingeregulaatorit vaja, saame toiteallika väljundit reguleerida ainult 5 V -ni.

Iga servo peab olema ühendatud Vcc (+5V), maanduse ja signaaliga. Ultrahelianduril on 4 tihvti, üks on ühendatud Vcc -ga, üks maapinnaga ja ülejäänud kaks tihvti on päästiku- ja kajapoldid, need tuleb ühendada digitaalsete tihvtidega. Nupp on ühendatud maaga ja digitaalse tihvtiga.

Arduino jaoks peab ta rääkima oma toiteallikast, see ei saa toita sülearvutist ega selle kaablist, sellel peaks olema sama maandus kui sellega ühendatud elektroonikakomponentidel.

!! TÄHTISED MÄRKUSED !!:

- Peaksite lisama võimsusmuunduri ja toite Vinile 7V abil.

-Veenduge, et selle ühenduse korral peaksite Arduino pordi arvutist eemaldama, et seda põletada, vastasel juhul ei tohiks te sisendina kasutada 5 V väljundnõela.

Samm: Arduino kood ja vooskeem

Selle haaratsiga robotkäe eesmärk on koguda sidrun ja panna see mujale, nii et kui robot on sisse lülitatud, peame vajutama käivitusnuppu ja seejärel läheb see teatud asendisse, kus sidrun on leitud, haarab sidrunist, haarats läheb lõppasendisse, et sidrun oma kohale asetada, valisime lõppasendi horisontaaltasandil, kus vajalik pöördemoment on maksimaalne, tõestamaks, et haarats on piisavalt tugev.

Kuidas saab robot sidrunini jõuda:

Projektis, mida tegime, palume lihtsalt robotil viia käed teatud asendisse, kuhu paneme sidruni. Noh, selleks on veel üks viis: käe liigutamiseks võite kasutada pöördkinemaatikat, andes talle sidruni (x, y) koordinaadid, ja see arvutab välja, kui palju iga mootor peab pöörlema, nii et haarats jõuab sidrunini. Kui olek = 0 on siis, kui käivitusnuppu ei vajutata, nii et käsi on algasendis ja robot ei liigu, samas kui olek = 1 on siis, kui vajutame stardinuppu ja robot käivitub.

Pöördkineetika:

Joonistel on näide pöördkinemaatilisest arvutamisest, näete kolme visandit, üks esialgse ja teine kaks lõppasendi kohta. Nagu näete, saate lõpliku positsiooni jaoks- olenemata sellest, kus see on- kaks võimalust, küünarnukk üles ja küünarnukk alla, saate valida, mida soovite.

Võtame näiteks küünarnuki ülespoole, et robot liiguks oma asendisse, tuleb arvutada kaks nurka, teeta1 ja teeta2, joonistel näete ka samme ja võrrandeid teeta1 ja teeta2 arvutamiseks.

Pange tähele, et kui takistus leitakse alla 10 cm kauguselt, siis haarab sidrun haaratsist kinni ja hoiab seda, lõpuks peame selle viima lõppasendisse.

8. samm: roboti käivitamine

Pärast kõike seda, mida me varem tegime, on siin videod robotist, kus andur, nupp ja kõik muu töötab nii nagu peab. Tegime robotil ka raputustesti, et veenduda, kas see on stabiilne ja juhtmestik hea.

9. samm: järeldus

See projekt andis meile hea kogemuse selliste projektidega tegelemisel. Kuid seda robotit saab muuta ja sellel on veel mõned lisaväärtused, näiteks sidruni tuvastamiseks objektide tuvastamine, või võib -olla kolmas vabadusaste, et see saaks puude vahel liikuda. Samuti saame selle juhtida mobiilirakenduse või klaviatuuri abil, nii et liigutame seda vastavalt soovile. Loodame, et teile meeldib meie projekt, ja eriline tänu Fablabi juhendajatele, kes meid aitasid.