Braț robot cu prindere: 9 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Recoltarea lămâilor este considerată o muncă grea, datorită dimensiunii mari a copacilor și, de asemenea, datorită climatului cald al regiunilor în care sunt plantați lămâi. De aceea avem nevoie de altceva pentru a-i ajuta pe muncitorii agricoli să-și finalizeze munca mai ușor. Deci, am venit cu o idee pentru a le ușura treaba, un braț robotizat cu mâner care culege lămâia din copac. Brațul are aproximativ 50cm lungime. Principiul de funcționare este simplu: îi oferim o poziție robotului, atunci acesta va merge la locul potrivit și, dacă există o lămâie, mânerul său va tăia pedunculul și va prinde lamaia în același timp. Apoi, lămâia va fi eliberată pe sol și robotul va reveni la poziția sa inițială. La început, proiectul ar putea părea complex și greu de realizat. Cu toate acestea, nu este atât de complex, dar avea nevoie de multă muncă grea și de o bună planificare. Trebuie doar să fie construit un lucru peste altul. La început, ne-am confruntat cu unele probleme din cauza situației covid-19 și a funcționării de la distanță, dar apoi am făcut-o și a fost uimitor.

Acest Instructable își propune să vă ghideze prin procesul de creare a unui braț robotizat cu un dispozitiv de prindere. Proiectul a fost conceput și conceput ca parte a proiectului nostru Bruface Mechatronics; lucrarea a fost realizată la Fablab Bruxelles de către:

-Hussein Moslimani

-Inès Castillo Fernandez

-Jayesh Jagadesh Deshmukhe

-Raphaël Boitte

Pasul 1: Abilități necesare

Deci, iată câteva abilități pe care trebuie să le aveți pentru a realiza acest proiect:

-Bazele electronice

-Cunoștințe de bază despre microcontrolere.

-Codificare în limbaj C (Arduino).

-Am fost obișnuiți cu software-ul CAD, cum ar fi SolidWorks sau AutoCAD.

-Taietura cu laser

-printare 3d

De asemenea, ar trebui să aveți răbdare și o cantitate generoasă de timp liber, de asemenea, vă sfătuim să lucrați în echipă așa cum am făcut-o, totul va fi mai ușor.

Pasul 2: Proiectare CAD

După ce am încercat diferite mostre, am decis în cele din urmă să proiectăm robotul așa cum se arată în figuri, brațul are 2 grade de libertate. Motoarele sunt conectate la arborele fiecărui braț prin scripete și curele. Există multe avantaje ale utilizării fuliilor, unul dintre cele mai importante este creșterea cuplului. Prima curea de scripete a primului braț are un raport de transmisie de 2, iar a doua are un raport de transmisie de 1,5.

Partea dificilă a proiectului a fost timpul limitat la Fablab. Deci, majoritatea proiectelor au fost adaptate pentru a fi piese tăiate cu laser și doar câteva piese de conectare au fost imprimate 3D. Aici puteți găsi designul CAD atașat.

Pasul 3: Lista componentelor utilizate

Iată componentele pe care le-am folosit în proiectul nostru:

I) Componente electronice:

-Arduino Uno: Aceasta este o placă de microcontroler cu 14 pini de intrare / ieșire digitale (dintre care 6 pot fi folosiți ca ieșiri PWM), 6 intrări analogice, un cristal de cuarț de 16 MHz, o conexiune USB, o mufă de alimentare, un antet ICSP, și un buton de resetare. Am folosit acest tip de microcontroler, deoarece este ușor de utilizat și poate face treaba necesară.

-Două servo-motor mare (MG996R): este un servomecanism în buclă închisă care folosește feedback-ul de poziție pentru a-și controla mișcarea și poziția finală. Se folosește pentru rotirea brațelor Are un cuplu bun, de până la 11 kg / cm, iar datorită reducerii cuplului realizată de scripete și curea putem ajunge la un cuplu mai mare, care este mai mult decât suficient pentru a ține brațele. Și faptul că nu avem nevoie de mai mult de 180 de grade de rotație, acest motor este foarte bine de utilizat.

-Un servo mic (E3003): este un servomecanism în buclă închisă care folosește feedback-ul de poziție pentru a-și controla mișcarea și poziția finală. Acest motor este utilizat pentru controlul gripperului, are un cuplu de 2,5 kg / cm și este folosit pentru tăierea și apucarea lămâii.

-Alimentare DC: Acest tip de alimentare a fost disponibil la fablab și deoarece motorul nostru nu se mișcă la sol, astfel încât sursa de alimentare nu trebuie să fie lipită una de cealaltă. Principalul avantaj al acestei surse de alimentare este că putem regla tensiunea și curentul de ieșire după cum ne place, deci nu este nevoie de un regulator de tensiune. Dacă acest tip de surse de alimentare nu este disponibil, dar este scump. O alternativă ieftină la acest lucru ar fi utilizarea unui suport de baterie 8xAA, cuplat cu un regulator de tensiune, cum ar fi „MF-6402402”, care este convertor de curent continuu, pentru a obține tensiunea de care aveți nevoie. Prețul acestora este afișat și în lista componentelor.

-Pâine: Placă de plastic utilizată pentru a ține componentele electronice. De asemenea, pentru a conecta electronica la sursa de alimentare.

-Fire: Folosit pentru a conecta componentele electronice la panoul de control.

-Buton: Este folosit ca buton de pornire, așa că atunci când îl apăsăm, robotul funcționează.

-Senzor cu ultrasunete: folosit pentru măsurarea distanței, generează sunet de înaltă frecvență și calculează intervalul de timp dintre trimiterea semnalului și recepția ecoului. Se folosește pentru a detecta dacă lămâia a fost ținută de gripper sau dacă alunecă.

II) Alte componente:

-Plastic pentru imprimare 3D

- Foi de lemn de 3 mm pentru tăierea cu laser

-Arborele metalic

-Lame

-Material moale: Este lipit pe ambele părți ale dispozitivului de prindere, astfel încât dispozitivul de prindere comprimă ramura de lămâie în timp ce o taie.

-Suruburi

-Centură pentru conectarea fuliilor, curea standard 365 T5

-Rulmenți circulari de 8 mm, diametrul exterior este de 22 mm.

Pasul 4: Imprimare 3D și tăiere cu laser

Datorită mașinilor de tăiat cu laser și de imprimare 3D găsite la Fablab, construim piesele de care avem nevoie pentru robotul nostru.

I- Părțile pe care trebuia să le tăiem cu laser sunt:

-Baza robotului

-Suporturi pentru motorul primului braț

-Suporturi ale primului braț

-Plăcile celor 2 brațe

-Baza de prindere

-Conexiune între mâner și braț.

-Două părți ale mânerului

-Suporturi pentru rulmenți, pentru a vă asigura că nu alunecă sau nu se mișcă din poziția lor, toate accesoriile rulmentului sunt de două straturi 3mm + 4mm, deoarece grosimea rulmentului a fost de 7mm.

Notă: veți avea nevoie de o foaie mică de lemn de 4 mm, pentru unele părți mici care trebuie tăiate cu laser. De asemenea, veți găsi în proiectarea CAD o grosime care este de 6 mm sau orice altă grosime care este multiplă de 3, atunci aveți nevoie de mai multe straturi de piese tăiate cu laser la 3 mm, adică dacă există o grosime de 6 mm, atunci aveți nevoie de 2 straturi 3mm fiecare.

II- Părți pe care trebuia să le imprimăm 3D:

-Cele patru scripeți: sunt utilizate pentru a conecta fiecare motor la brațul pe care este responsabil să îl miște.

-Suportul motorului celui de-al doilea braț

-sprijin pentru rulment pe baza, care este fixat sub centură pentru a face forță asupra acestuia și a crește tensiunea. Este conectat la rulment folosind un arbore rotund metalic.

-Două plăci dreptunghiulare pentru prindere, sunt așezate pe materialul moale pentru a ține bine ramura și pentru a avea frecare, astfel încât ramura să nu alunece.

-Arborele pătrat cu o gaură rotundă de 8 mm, pentru a conecta plăcile primului braț, iar gaura a fost să introducă un arbore metalic de 8 mm pentru a face întregul arbore puternic și să poată suporta cuplul total. Arborii rotunzi metalici au fost conectați la lagăre și la ambele părți ale brațului pentru a completa partea de rotație.

-Arborele de formă hexagonală cu o gaură rotundă de 8 mm din același motiv ca arborele pătrat

-Cleme pentru a susține scripetele și plăcile fiecărui braț bine în locurile lor.

În cele trei figuri ale CAD, puteți înțelege bine cum este asamblat sistemul și cum arborii sunt conectați și susținuți. Puteți vedea cum arborii pătrate și hexagonali sunt conectați la braț și cum sunt conectați la suporturi folosind arborele metalic. Întreaga adunare este dată în aceste cifre.

Pasul 5: Asamblare mecanică

Asamblarea întregului robot are 3 pași principali care trebuie explicați, mai întâi, asamblăm baza și primul braț, apoi al doilea braț la primul și, în cele din urmă, mânerul la al doilea braț.

Asamblarea bazei și a primului braț:

În primul rând, utilizatorul trebuie să asambleze separat următoarele părți:

-Cele două laturi ale îmbinărilor cu rulmenții în interior.

-Suportul motorului cu motorul și fulia mică.

-Suportul simetric pentru scripetele mici.

-Arborele pătrat, scripetele mari, brațul și clemele.

-Rulmentul de „tensionare” susține placa de susținere. Apoi adăugați rulmentul și arborele.

Acum, fiecare subansamblu este în loc să fie conectat împreună.

Notă: pentru a ne asigura că obținem tensiunea în cureaua dorită, poziția motorului pe bază poate fi reglată, avem o gaură alungită, astfel încât distanța dintre scripete să poată fi mărită sau micșorată și când verificăm dacă tensiunea este bună, atașăm motorul la bază prin șuruburi și îl fixăm bine. În plus, un rulment a fost fixat pe bază într-un loc în care face o forță asupra centurii pentru a crește tensiunea, astfel încât atunci când cureaua se mișcă rulmentul se rotește și nu există probleme de frecare.

Asamblarea celui de-al doilea braț pe primul:

Piesele trebuie asamblate separat:

-Bratul drept, cu motorul, suportul său, scripeta, precum și cu rulmentul și piesele sale de sprijin. Un șurub este, de asemenea, pus pentru a fixa fulia pe arbore ca în secțiunea anterioară.

-Bratul stang cu cei doi rulmenti si suporturile acestora.

-Rola mare poate fi alunecată pe arborele hexagonal, precum și pe brațele superioare, iar clemele concepute pentru a-și fixa poziția.

Apoi avem al doilea braț gata să fie așezat în poziția sa, motorul celui de-al doilea braț este așezat pe primul, poziția sa este, de asemenea, reglabilă pentru a atinge tensiunea perfectă și pentru a evita alunecarea centurii, apoi motorul este fixat cu centură în această poziție.

Asamblarea mânerului:

Asamblarea acestui gripper este ușoară și rapidă. În ceea ce privește ansamblul anterior, piesele pot fi asamblate singure înainte de a fi atașate la brațul complet:

-Fixați maxilarul în mișcare pe arborele motorului, cu ajutorul piesei din plastic care vine împreună cu motorul.

-Înșurubați motorul la suport.

-Înșurubați suportul senzorului în suportul de prindere.

-Puneți senzorul în suport.

-Puneți materialul moale pe prindere și fixați partea imprimată 3D peste ele

Mânerul poate fi asamblat cu ușurință la al doilea braț, doar o parte a tăietorului laser susține baza mânerului de braț.

Cel mai important lucru a fost reglarea lamelor de pe partea superioară a brațului și la ce distanță lamele se aflau în afara dispozitivului de prindere, așa că s-a făcut prin încercare și eroare până când ajungem în cel mai eficient loc pe care îl putem obține pentru lamele unde tăiere și apucarea trebuie să se întâmple aproape în același timp.

Pasul 6: Conexiunea componentelor electronice

În acest circuit, avem trei servomotoare, un senzor cu ultrasunete, un buton, Arduino și o sursă de alimentare.

Ieșirea sursei de alimentare poate fi reglată după cum dorim și, deoarece toate servo-urile și ultrasunetele funcționează pe 5 volți, deci nu este nevoie de un regulator de tensiune, putem regla doar ieșirea sursei de alimentare să fie de 5 V.

Fiecare servo trebuie să fie conectat la Vcc (+ 5V), la masă și la semnal. Senzorul cu ultrasunete are 4 pini, unul este conectat la Vcc, unul pentru masă, iar ceilalți doi pini sunt pini de declanșare și ecou, trebuie conectați la pini digitali. Butonul este conectat la sol și la un pin digital.

Pentru Arduino, trebuie să vorbească despre puterea sa de la sursa de alimentare, nu poate alimenta de la laptop sau cablu, ar trebui să aibă aceeași masă ca și componentele electronice conectate la acesta.

!!NOTITE IMPORTANTE!!:

- Ar trebui să adăugați un convertor de putere și putere la Vin cu 7V.

-Vă rugăm să vă asigurați că, cu această conexiune, ar trebui să eliminați portul Arduino de pe computer pentru a-l arde, altfel nu ar trebui să utilizați pinul de ieșire de 5V ca intrare.

Pasul 7: Cod Arduino și diagramă de flux

Scopul acestui braț robotizat cu o priză este de a colecta o lămâie și a o pune în altă parte, așa că, atunci când robotul este pornit, trebuie să apăsăm butonul de pornire și apoi merge într-o anumită poziție în care se găsește lămâia, dacă apucă lămâia, prinderea va merge într-o poziție finală pentru a pune lămâia la locul ei, am ales poziția finală la nivel orizontal, unde cuplul necesar este maxim, pentru a demonstra că prinderea este suficient de puternică.

Cum poate robotul să ajungă la lămâie:

În proiectul pe care l-am făcut, îi cerem pur și simplu robotului să mute brațele într-o anumită poziție în care am pus lămâia. Ei bine, există o altă modalitate de a face acest lucru, puteți utiliza cinematica inversă pentru a muta brațul, dându-i coordonatele (x, y) ale lămâii și calculează cât de mult trebuie să se rotească fiecare motor, astfel încât prinderea să ajungă la lămâie. Unde starea = 0 este atunci când butonul de pornire nu este apăsat, astfel încât brațul se află în poziția inițială și robotul nu se mișcă, în timp ce starea = 1 este când apăsăm butonul de pornire și robotul pornește.

Cinematică inversă:

În figuri există un exemplu de calcul cinematic invers, puteți vedea trei schițe, una pentru poziția inițială și celelalte două pentru poziția finală. Așa cum vedeți, pentru poziția finală - indiferent unde este - există două posibilități, cot în sus și cot în jos, puteți alege orice doriți.

Să luăm cotul ca exemplu, pentru a face robotul să se deplaseze în poziția sa, trebuie calculate două unghiuri, theta1 și theta2, în figuri vedeți, de asemenea, pașii și ecuațiile pentru a calcula theta1 și theta2.

Rețineți că, dacă obstacolul se găsește la o distanță mai mică de 10 cm, atunci lămâia este prinsă și ținută de priză, în cele din urmă trebuie să o livrăm în poziția finală.

Pasul 8: Rularea robotului

După tot ce am făcut înainte, iată videoclipuri despre robotul care funcționează, cu senzorul, butonul și orice altceva funcționează așa cum ar trebui. De asemenea, am făcut un test de agitare pe robot, pentru a ne asigura că este stabil și că cablajul este bun.

Pasul 9: Concluzie

Acest proiect ne-a oferit o experiență bună în gestionarea unor astfel de proiecte. Cu toate acestea, acest robot poate fi modificat și poate avea câteva valori adăugate, cum ar fi detectarea obiectelor pentru a detecta lămâia, sau poate un al treilea grad de libertate, astfel încât să se poată deplasa între copaci. De asemenea, îl putem controla printr-o aplicație mobilă sau de la tastatură, astfel încât să o mutăm așa cum dorim. Sperăm să vă placă proiectul nostru și o mulțumire specială supervizorilor de la Fablab pentru că ne-au ajutat.