Lengan Robotik Dengan Gripper: 9 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:06

Menuai pokok lemon dianggap kerja keras, kerana saiz pokok yang besar dan juga disebabkan oleh iklim panas di kawasan di mana pokok lemon ditanam. Itulah sebabnya kita memerlukan sesuatu yang lain untuk membantu pekerja pertanian menyelesaikan pekerjaan mereka dengan lebih mudah. Oleh itu, kami mendapat idea untuk meringankan tugas mereka, lengan robot dengan gripper yang mengambil lemon dari pokok. Lengannya lebih kurang 50cm. Prinsip kerjanya mudah: kita memberikan kedudukan pada robot, maka ia akan berada di tempat yang tepat, dan jika ada lemon, pencengkeramnya akan memotong peduncle dan mencengkeram lemon pada masa yang sama. Kemudian, lemon akan dilepaskan di tanah dan robot akan kembali ke kedudukan awal. Pada mulanya, projek itu mungkin kelihatan rumit dan sukar dilakukan. Namun, ia tidak begitu kompleks, namun memerlukan banyak kerja keras dan perancangan yang baik. Ia hanya perlu dibina satu perkara berbanding yang lain. Pada awalnya, kami menghadapi beberapa masalah kerana keadaan covid-19 dan bekerja dari jarak jauh, tetapi kemudian kami berjaya melakukannya, dan sungguh mengagumkan.

Instructable ini bertujuan untuk membimbing anda melalui proses membuat lengan Robotik dengan penangkap. Projek ini dirancang dan direkayasa sebagai sebahagian daripada projek Bruface Mechatronics kami; kerja itu dilakukan di Fablab Brussels oleh:

-Hussein Moslimani

-Inès Castillo Fernandez

-Jayesh Jagadesh Deshmukhe

-Raphaël Boitte

Langkah 1: Kemahiran yang diperlukan

Jadi, berikut adalah beberapa kemahiran yang anda perlukan untuk melakukan projek ini:

- Asas elektronik

-Pengetahuan asas pengawal mikro.

-Kod dalam bahasa C (Arduino).

-Biasa dengan perisian CAD, seperti SolidWorks atau AutoCAD.

- Pemotongan laser

-Cetakan 3D

Anda juga harus mempunyai kesabaran dan banyak waktu luang, juga kami menasihati anda untuk bekerja dalam satu pasukan seperti yang kami lakukan, semuanya akan menjadi lebih mudah.

Langkah 2: Reka Bentuk CAD

Setelah mencuba pelbagai sampel, akhirnya kami memutuskan untuk merancang robot seperti yang ditunjukkan dalam gambar, lengan adalah 2 darjah kebebasan. Motor disambungkan ke batang setiap lengan dengan takal dan tali pinggang. Terdapat banyak kelebihan menggunakan takal, salah satu yang paling penting ialah meningkatkan daya kilas. Sabuk takal lengan pertama mempunyai nisbah gear 2, dan yang kedua mempunyai nisbah gear 1.5.

Bahagian yang sukar untuk projek ini adalah masa yang terhad di Fablab. Oleh itu, sebahagian besar reka bentuk disesuaikan menjadi bahagian potong laser dan hanya beberapa bahagian yang disambungkan dicetak 3D. Di sini anda boleh mendapatkan reka bentuk CAD yang dilampirkan.

Langkah 3: Senarai Komponen Yang Digunakan

Berikut adalah komponen yang kami gunakan dalam projek kami:

I) Komponen Elektronik:

-Arduino Uno: Ini adalah papan mikrokontroler dengan 14 pin input / output digital (yang mana 6 boleh digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, kristal kuarza 16 MHz, sambungan USB, soket kuasa, header ICSP, dan butang set semula. Kami menggunakan pengawal mikro jenis ini kerana mudah digunakan dan dapat melakukan pekerjaan yang diperlukan.

- Dua motor servo besar (MG996R): adalah servomekanisme gelung tertutup yang menggunakan maklum balas kedudukan untuk mengawal pergerakan dan kedudukan terakhirnya. Ia digunakan untuk memutar lengan. Ia mempunyai tork yang baik, hingga 11kg / cm, dan berkat pengurangan tork yang dilakukan oleh katrol dan tali pinggang, kita dapat mencapai tork yang lebih tinggi yang lebih dari cukup untuk menahan lengan. Dan hakikat bahawa kita tidak memerlukan putaran lebih daripada 180 darjah, motor ini sangat sesuai digunakan.

-Satu servo kecil (E3003): adalah servomekanisme gelung tertutup yang menggunakan maklum balas kedudukan untuk mengawal pergerakan dan kedudukan terakhirnya. Motor ini digunakan untuk mengendalikan gripper, memiliki tork 2.5 kg / cm, dan digunakan untuk memotong dan mengambil lemon.

-DC bekalan kuasa: Jenis bekalan kuasa ini terdapat di fablab, dan kerana motor kami tidak bergerak di atas tanah, jadi bekalan kuasa tidak harus saling menempel. Kelebihan utama bekalan kuasa ini ialah kita dapat menyesuaikan voltan dan arus keluaran seperti yang kita mahukan, jadi tidak perlu pengatur voltan. Sekiranya bekalan elektrik jenis ini tidak tersedia, tetapi mahal. Alternatif yang murah untuk ini adalah menggunakan pemegang bateri 8xAA, ditambah dengan pengatur voltan seperti 'MF-6402402' yang merupakan penukar dc ke dc, untuk mendapatkan voltan yang anda perlukan. Harga mereka ditunjukkan juga dalam senarai komponen.

-Breadboard: Papan plastik yang digunakan untuk memegang komponen elektronik. Juga, untuk menyambungkan elektronik ke bekalan kuasa.

-Kabel: Digunakan untuk menyambungkan komponen elektronik ke papan roti.

-Tekan butang: Ia digunakan sebagai butang mula, jadi ketika kita menekannya, robot berfungsi.

-Sensor ultrasonik: Digunakan untuk mengukur jarak, ia menghasilkan suara frekuensi tinggi dan menghitung selang waktu antara pengiriman isyarat dan penerimaan gema. Ia digunakan untuk mengesan sama ada lemon dipegang oleh gripper atau tergelincir.

II) Komponen lain:

-Plastik untuk percetakan 3d

-3mm kepingan kayu untuk pemotongan laser

-Alat logam

-Blades

-Bahan lembut: Dilekatkan pada kedua sisi gripper, sehingga gripper memampatkan cabang lemon sambil memotongnya.

- Skru

-Belt untuk menyambung takal, tali pinggang 365 T5 standard

-8mm galas bulat, diameter luarnya ialah 22mm.

Langkah 4: Percetakan 3D dan Pemotongan Laser

Terima kasih kepada mesin pemotong laser dan percetakan 3d yang terdapat di Fablab, kami membina bahagian yang kami perlukan untuk robot kami.

Bahagian-bahagian yang harus kami potong dengan laser adalah:

-Basis robot

-Sokongan untuk motor lengan pertama

-Penyokong lengan pertama

-Piring kedua-dua lengan

-Bahagian pegangan

-Sambungan antara gripper dan lengan.

-Dua sisi pencengkam

-Sokongan untuk galas, untuk memastikan mereka tidak tergelincir atau bergerak dari kedudukannya, semua galas galas terdiri daripada dua lapisan 3mm + 4mm, kerana ketebalan galas adalah 7mm.

Catatan: anda memerlukan lembaran kayu 4mm kecil, untuk beberapa bahagian kecil yang perlu dipotong laser. Anda juga akan dapati dalam reka bentuk CAD ketebalan 6mm, atau ketebalan lain yang berlipat ganda dari 3, maka anda memerlukan beberapa lapisan bahagian potong laser pada 3mm, iaitu jika ada ketebalan 6mm, maka anda memerlukan 2 lapisan 3mm setiap satu.

II- Bahagian yang perlu kami cetak 3D:

- Keempat takal: digunakan untuk menghubungkan setiap motor ke lengan yang bertanggungjawab untuk bergerak.

-Sokongan motor lengan kedua

-menyokong bantalan pada asasnya, yang dipasang di bawah tali pinggang untuk membuat kekuatan di atasnya dan meningkatkan ketegangan. Ia disambungkan ke galas menggunakan batang logam bulat.

-Dua pelat segi empat tepat untuk pencengkam, diletakkan di atas bahan lembut untuk menahan cabang dengan baik dan mempunyai geseran sehingga cabang tidak tergelincir.

- Poros persegi dengan lubang bulat 8mm, untuk menyambungkan plat lengan pertama, dan lubang itu adalah memasukkan batang logam 8mm untuk menjadikan keseluruhan poros kuat dan dapat menangani tork total. Poros logam bulat disambungkan ke galas dan kedua-dua belah lengan untuk menyelesaikan bahagian putaran.

-Haftang bentuk poros dengan lubang bulat 8mm untuk alasan yang sama dengan poros persegi

-Akatan untuk menyokong takal dan pelat setiap lengan dengan baik di tempatnya.

Dalam tiga angka CAD, anda dapat memahami dengan baik bagaimana sistem dipasang, dan bagaimana poros disambungkan dan disokong. Anda dapat melihat bagaimana poros persegi dan heksagon disambungkan ke lengan dan bagaimana ia dihubungkan ke penyokong menggunakan batang logam. Keseluruhan perhimpunan diberikan dalam angka-angka ini.

Langkah 5: Pemasangan Mekanikal

Pemasangan keseluruhan robot mempunyai 3 langkah utama yang harus dijelaskan, pertama, kita memasang asas dan lengan pertama, kemudian lengan kedua ke yang pertama, dan akhirnya pegangan ke lengan kedua.

Pemasangan pangkal dan lengan pertama:

Pertama, pengguna harus memasang bahagian berikut secara berasingan:

-Dua sisi sendi dengan galas di dalamnya.

-Penyokong motor dengan motor, dan takal kecil.

-Penyokong simetri untuk takal kecil.

-Geser kuasa dua, takal besar, lengan, dan pengapit.

- Galas "tensioning" menyokong plat sokongan. Kemudian menambah galas dan batang.

Sekarang, setiap sub-pemasangan ada untuk dihubungkan bersama.

Catatan: untuk memastikan bahawa kita mendapat ketegangan pada tali pinggang yang kita inginkan, kedudukan motor pada asasnya dapat disesuaikan, kita mempunyai lubang memanjang sehingga jarak antara takal dapat ditingkatkan atau dikurangkan dan ketika kita memeriksa apakah ketegangan baik, kami memasang motor ke pangkal dengan bolt dan membetulkannya dengan baik. Selain itu, bantalan dipasang pada dasar di tempat di mana ia membuat kekuatan pada tali pinggang untuk meningkatkan ketegangan, jadi ketika tali pinggang bergerak bantalan berputar, dan tidak ada masalah geseran.

Pemasangan lengan kedua hingga yang pertama:

Bahagian mesti dipasang secara berasingan:

- Lengan kanan, dengan motor, sokongannya, takal, dan juga dengan galas dan bahagian sokongannya. Skru juga dipasang untuk memasang pulley ke poros seperti bahagian sebelumnya.

-Lengan kiri dengan dua galas dan penyokongnya.

-Tali besar boleh meluncur pada poros heksagon serta lengan atas, dan pengapit yang dirancang untuk memperbaiki kedudukannya.

Kemudian kita mempunyai lengan kedua yang siap diletakkan pada posisinya, motor lengan kedua diletakkan pada yang pertama, posisinya juga dapat disesuaikan untuk mencapai ketegangan yang sempurna dan mengelakkan tergelincir tali pinggang, maka motor dipasang dengan tali pinggang pada kedudukan ini.

Pemasangan genggaman:

Pemasangan cengkaman ini mudah dan pantas. Bagi pemasangan sebelumnya, bahagian boleh dipasang sendiri sebelum dilekatkan pada lengan penuh:

-Pasang rahang yang bergerak ke batang motor, dengan bantuan bahagian plastik yang disertakan dengan motor.

-Pusingkan motor ke sokongan.

-Masukkan sokongan sensor ke dalam penyokong gripper.

-Pasang sensor pada sokongannya.

-Tempatkan bahan lembut di genggaman, dan pasangkan bahagian bercetak 3d di atasnya

Pencengkam boleh dipasang dengan mudah ke lengan kedua, hanya bahagian pemotong laser yang menyokong pangkal lengan dengan lengan.

Perkara yang paling penting adalah penalaan bilah di atas lengan dan pada jarak sejauh mana bilah berada di luar genggaman, sehingga dilakukan dengan percubaan dan kesilapan sehingga kita sampai di tempat paling efisien yang dapat kita dapatkan untuk bilah di mana memotong dan mencengkam mesti berlaku pada masa yang hampir sama.

Langkah 6: Sambungan Komponen Elektronik

Di litar ini, kami mempunyai tiga motor servo, satu sensor ultrasonik, satu butang tekan, Arduino, dan bekalan kuasa.

Output bekalan kuasa dapat disesuaikan seperti yang kita mahukan, dan kerana semua servos dan ultrasonik berfungsi pada 5 Volt, jadi tidak perlu pengatur voltan, kita hanya dapat mengatur output dari catu daya menjadi 5V.

Setiap servo harus disambungkan ke Vcc (+ 5V), ground, dan signal. Sensor ultrasonik mempunyai 4 pin, satu disambungkan ke Vcc, satu untuk tanah, dan dua pin lain adalah pin pemicu dan echo, mereka mesti disambungkan ke pin digital. Butang tekan disambungkan ke tanah dan ke pin digital.

Untuk Arduino, ia harus bercakap tentang kekuatannya dari sumber kuasa, ia tidak dapat menghidupkan dari komputer riba atau kabelnya, ia harus mempunyai landasan yang sama dengan komponen elektronik yang disambungkan kepadanya.

!!NOTA PENTING!!:

- Anda harus menambah power converter, dan power ke Vin dengan 7V.

-Pastikan bahawa dengan sambungan ini, anda harus mengeluarkan port Arduino dari komputer anda untuk membakarnya, jika tidak, anda tidak boleh menggunakan pin output 5V sebagai input.

Langkah 7: Arduino Code and Flow Chart

Matlamat lengan robot ini dengan gripper adalah mengumpulkan lemon dan meletakkannya di tempat lain, jadi apabila robot dihidupkan, kita harus menekan butang mula dan kemudian menuju ke kedudukan tertentu di mana lemon itu dijumpai, jika ia mencengkeram lemon, gripper akan menuju ke kedudukan terakhir untuk meletakkan lemon di tempatnya, kami memilih kedudukan akhir pada tahap mendatar, di mana tork yang diperlukan adalah maksimum, untuk membuktikan bahawa gripper cukup kuat.

Bagaimana robot boleh mencapai lemon:

Dalam projek yang kami lakukan, kami hanya meminta robot menggerakkan lengan ke posisi tertentu di mana kami meletakkan lemon. Nah, ada cara lain untuk melakukannya, anda boleh menggunakan kinematik terbalik untuk menggerakkan lengan, dengan memberikan koordinat (x, y) lemon, dan ia mengira berapa banyak motor mesti diputar sehingga gripper mencapai lemon. Di mana keadaan = 0 adalah ketika butang mula tidak ditekan sehingga lengan berada pada posisi awal dan robot tidak bergerak, sedangkan keadaan = 1 adalah ketika kita menekan butang mulai dan robot mulai.

Kinematik songsang:

Dalam rajah terdapat contoh pengiraan kinematik terbalik, anda dapat melihat tiga lakaran, satu untuk posisi awal dan dua lagi untuk posisi akhir. Oleh itu, seperti yang anda lihat, untuk kedudukan akhir - di mana pun ia - ada dua kemungkinan, siku ke atas dan siku ke bawah, anda boleh memilih apa sahaja yang anda mahukan.

Mari kita angkat siku sebagai contoh, untuk membuat robot bergerak ke kedudukannya, dua sudut harus dihitung, theta1 dan theta2, dalam rajah juga anda melihat langkah dan persamaan untuk mengira theta1 dan theta2.

Perhatikan bahawa, jika halangan dijumpai pada jarak kurang dari 10 cm, maka lemon dicengkam dan dipegang oleh gripper, akhirnya kita harus menyerahkannya ke posisi akhir.

Langkah 8: Menjalankan Robot

Setelah semua yang kami lakukan sebelumnya, berikut adalah video robot yang berfungsi, dengan sensor, butang tekan, dan semua yang lain berfungsi sebagaimana mestinya. Kami juga melakukan ujian getaran pada robot, untuk memastikan ia stabil dan pendawaiannya baik.

Langkah 9: Kesimpulannya

Projek ini memberi kami pengalaman yang baik dalam menangani projek tersebut. Namun, robot ini dapat diubahsuai dan mempunyai beberapa nilai tambah seperti pengesanan objek untuk mengesan lemon, atau mungkin tahap kebebasan ketiga sehingga dapat bergerak di antara pokok. Juga, kita dapat membuatnya dikendalikan oleh aplikasi mudah alih atau papan kekunci sehingga kita memindahkannya seperti yang kita mahukan. Kami harap anda menyukai projek kami dan terima kasih khas kepada penyelia di Fablab kerana membantu kami.