Robottivarsi ja kahva: 9 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

Sitruunapuiden korjuuta pidetään kovana työnä puiden suuren koon ja myös sitruunapuiden istutusalueiden kuuman ilmaston vuoksi. Siksi tarvitsemme jotain muuta auttaaksemme maataloustyöntekijöitä suorittamaan työnsä helpommin. Joten keksimme idean helpottaa heidän työtään, robotti käsivarsi tarttujalla, joka poimii sitruunan puusta. Käsi on noin 50 cm pitkä. Toimintaperiaate on yksinkertainen: annamme robotille asennon, niin se menee oikeaan paikkaan, ja jos on sitruunaa, sen tarttuja leikkaa jalan ja tarttuu sitruunaan samanaikaisesti. Sitten sitruuna vapautuu maahan ja robotti palaa alkuperäiseen asentoonsa. Aluksi projekti voi tuntua monimutkaiselta ja vaikealta toteuttaa. Se ei kuitenkaan ole niin monimutkainen, mutta se vaati paljon kovaa työtä ja hyvää suunnittelua. Se on vain rakennettava yksi asia toisen päälle. Alussa kohtasimme joitain ongelmia covid-19-tilanteen ja etätyön takia, mutta sitten teimme sen, ja se oli hämmästyttävää.

Tämän Instructable -ohjelman tarkoituksena on opastaa sinua luomaan robottivarsi tarttujan kanssa. Projekti on suunniteltu ja suunniteltu osana Bruface Mechatronics -projektiamme; työn tekivät Fablab Brysselissä:

-Hussein Moslimani

-Inès Castillo Fernandez

-Jayesh Jagadesh Deshmukhe

-Raphaël Boitte

Vaihe 1: Vaaditut taidot

Joten tässä on joitain taitoja, joita sinulla on oltava tämän projektin toteuttamiseksi:

-Elektroniikan perusteet

-Perusosaaminen mikro-ohjaimista.

-Koodaus C-kielellä (Arduino).

-Ole tottunut CAD -ohjelmistoihin, kuten SolidWorks tai AutoCAD.

-Laserleikkaus

-3D -tulostus

Sinulla pitäisi myös olla kärsivällisyyttä ja runsaasti vapaa -aikaa, ja suosittelemme myös työskentelemään tiimissä kuten mekin, kaikki on helpompaa.

Vaihe 2: CAD -suunnittelu

Kokeiltuamme erilaisia näytteitä, päätimme vihdoin suunnitella robotin kuvien mukaisesti, käsivarsi on 2 vapausastetta. Moottorit on kytketty kummankin varren akseliin hihnapyörillä ja hihnoilla. Hihnapyörien käytöllä on monia etuja, joista yksi tärkeimmistä on vääntömomentin lisääminen. Ensimmäisen varren ensimmäisen hihnapyörän välityssuhde on 2 ja toisen välityssuhde on 1,5.

Hankkeen vaikea osa oli rajoitettu aika Fablabissa. Niinpä suurin osa malleista on mukautettu laserleikattuiksi osiksi ja vain osa liitososista tulostettiin 3D -painikkeilla. Täältä löydät liitteenä olevan CAD -mallin.

Vaihe 3: Luettelo käytetyistä komponenteista

Tässä ovat komponentit, joita käytimme projektissamme:

I) Elektroniset komponentit:

-Arduino Uno: Tämä on mikrokortti, jossa on 14 digitaalista tulo-/lähtötapaa (joista 6 voidaan käyttää PWM -lähtöinä), 6 analogista tuloa, 16 MHz: n kvartsikide, USB -liitäntä, virtaliitin, ICSP -otsikko, ja nollauspainike. Käytimme tämän tyyppistä mikro-ohjainta, koska se on helppokäyttöinen ja voi tehdä vaaditun työn.

-Kaksi suurta servomoottoria (MG996R): on suljetun silmukan servomekanismi, joka käyttää asennon palautetta liikkeen ja lopullisen asennon hallintaan. Sitä käytetään varren pyörittämiseen. Siinä on hyvä vääntömomentti, jopa 11 kg/cm, ja hihnapyörien ja hihnan vääntömomentin pienentämisen ansiosta voimme saavuttaa suuremman vääntömomentin, joka on enemmän kuin tarpeeksi käsivarsien pitämiseksi. Ja se tosiasia, että emme tarvitse enempää kuin 180 asteen kierroksia, tämä moottori on erittäin hyvä käyttää.

-Yksi pieni servo (E3003): on suljetun silmukan servomekanismi, joka käyttää asennon palautetta liikkeen ja lopullisen asennon hallitsemiseen. Tätä moottoria käytetään tarttimen ohjaamiseen, sen vääntömomentti on 2,5 kg/cm, ja sitä käytetään sitruunan leikkaamiseen ja tarttumiseen.

-DC -virtalähde: Tämäntyyppinen virtalähde oli saatavilla fablabissa, ja koska moottorimme ei liiku maassa, joten virtalähteen ei tarvitse olla kiinni toisissaan. Tämän virtalähteen tärkein etu on, että voimme säätää lähtöjännitettä ja -virtaa haluamallamme tavalla, joten jännitesäädintä ei tarvita. Jos tämäntyyppisiä virtalähteitä ei ole saatavilla, mutta ne ovat kalliita. Halpa vaihtoehto tälle olisi käyttää tarvittavaa jännitettä käyttämällä 8xAA-paristopidikettä yhdessä jännitesäätimen, kuten 'MF-6402402', joka on DC-DC-muunnin. Niiden hinta näkyy myös komponenttiluettelossa.

-Leipälauta: Muovilevy, jota käytetään elektronisten komponenttien pitämiseen. Myös elektroniikan liittäminen virtalähteeseen.

-Johdot: käytetään elektronisten komponenttien liittämiseen leipälevyyn.

-Painike: Sitä käytetään käynnistyspainikkeena, joten kun painamme sitä, robotti toimii.

-Ultrasonic-anturi: Sitä käytetään etäisyyden mittaamiseen, se tuottaa korkeataajuista ääntä ja laskee ajanjakson signaalin lähettämisen ja kaiun vastaanottamisen välillä. Sitä käytetään havaitsemaan, tarttuiko sitruuna tartuntaan tai luiskahtaako se.

II) Muut komponentit:

-Muovi 3D -tulostukseen

-3 mm: n puulevyt laserleikkaukseen

-Metallinen akseli

-Terät

-Pehmeä materiaali: Se on liimattu tarttujan molemmille puolille, joten tarttuja puristaa sitruunahaaraa leikkaamisen aikana.

-Ruuvit

-Hihna hihnapyörien liittämiseen, vakio 365 T5 -hihna

-8mm pyöreät laakerit, ulkohalkaisija 22mm.

Vaihe 4: 3D -tulostus ja laserleikkaus

Fablabin laserleikkaus- ja 3D -tulostuskoneiden ansiosta rakennamme robotillemme tarvitsemamme osat.

I- Osat, jotka jouduimme laserleikkaamaan, ovat:

-Robotin perusta

-Tukee ensimmäisen varren moottoria

-Ensimmäisen käsivarren tuet

-Levyt molemmista käsivarsista

-Tarttujan pohja

-Yhteys tarttimen ja varren välillä.

-Kahvan kaksi puolta

-Tukee laakereita, jotta varmistetaan, etteivät ne liuku tai liiku paikaltaan, kaikki laakerin sovitukset ovat kaksi kerrosta 3 mm+4 mm, koska laakerin paksuus oli 7 mm.

Huomautus: tarvitset pienen 4 mm: n puulevyn joillekin pienille osille, jotka on leikattava laserilla. Löydät myös CAD -mallista paksuuden, joka on 6 mm tai mikä tahansa muu paksuus, joka on moninkertainen 3, sitten tarvitset useita kerroksia laserleikattuja osia 3 mm: ssä, eli jos paksuus on 6 mm, tarvitset 2 kerrosta 3 mm kukin.

II- Osat, jotka meidän piti tulostaa 3D-muodossa:

-Neljä hihnapyörää: käytetään jokaisen moottorin liittämiseen varteen, jonka siirtäminen on sen vastuulla.

-Toisen haaran moottorin tuki

-tuki laakerille, joka on kiinnitetty hihnan alle, jotta se saa voimaa ja lisää jännitystä. Se on liitetty laakeriin pyöreällä metalliakselilla.

-Kaksi suorakulmaista levyä tarttimelle, asetetaan pehmeän materiaalin päälle pitämään oksaa hyvin ja kitkaa, jotta haara ei luista.

-Neliöakseli, jossa on 8 mm: n pyöreä reikä ensimmäisen varren levyjen yhdistämiseksi, ja reikä oli lisätä 8 mm: n metallinen akseli, jotta koko akseli olisi vahva ja kestäisi koko vääntömomentin. Pyöreät metalliset akselit yhdistettiin laakereihin ja varren molemmille puolille pyörivän osan loppuun saattamiseksi.

-Kuusikulmainen akseli, jossa on 8 mm: n pyöreä reikä samasta syystä kuin neliömäinen akseli

-Puristimet, jotka tukevat hihnapyöriä ja kummankin varren levyjä hyvin paikoillaan.

CAD: n kolmesta luvusta voit ymmärtää hyvin, miten järjestelmä on koottu ja miten akselit on kytketty ja tuettu. Voit nähdä, kuinka neliö- ja kuusikulma -akselit on liitetty varteen ja kuinka ne on liitetty tukiin metalliakselin avulla. Koko kokoonpano on esitetty näissä kuvissa.

Vaihe 5: Mekaaninen kokoonpano

Koko robotin kokoonpanossa on kolme päävaihetta, jotka on selitettävä, ensin kokoamme alusta ja ensimmäinen varsi, sitten toinen varsi ensimmäiseen ja lopuksi tarttuja toiseen varteen.

Pohjan ja ensimmäisen varren asennus:

Ensin käyttäjän on koottava seuraavat osat erikseen:

-Nivelten kaksi puolta laakerit sisällä.

-Moottorin tuki moottorin kanssa ja pieni hihnapyörä.

-Symmetrinen tuki pienelle hihnapyörälle.

-Neliöakseli, iso hihnapyörä, varsi ja puristimet.

-Kiristyslaakeri tukee tukilevyä. Lisää sitten laakeri ja akseli.

Nyt jokainen alikokoonpano on paikallaan liitettäväksi yhteen.

Huomautus: varmistaaksemme, että haluamme hihnan kireyden, moottorin sijaintia voidaan säätää, meillä on pitkänomainen reikä, jotta hihnapyörien välistä etäisyyttä voidaan lisätä tai pienentää, ja kun tarkistamme, että jännitys on hyvä, kiinnitämme moottorin pohjaan ruuveilla ja kiinnitämme sen hyvin. Tämän lisäksi laakeri kiinnitettiin pohjaan paikkaan, jossa se tekee voimaa hihnaan jännityksen lisäämiseksi, joten kun hihna liikkuu, laakeri pyörii, eikä kitkaongelmia.

Toisen varren asennus ensimmäiseen:

Osat on koottava erikseen:

-Oikea varsi, moottori, sen tuki, hihnapyörä sekä laakeri ja sen tukiosat. Ruuvi kiinnitetään myös hihnapyörän kiinnittämiseen akseliin kuten edellisessä osassa.

-Vasen varsi ja kaksi laakeria ja niiden tuet.

-Suuri hihnapyörä voidaan liu'uttaa kuusikulmaisen akselin ja olkavarren päälle, ja kiinnikkeet on suunniteltu kiinnittämään niiden sijainti.

Sitten meillä on toinen varsi valmiina asennettavaksi, toisen varren moottori asetetaan ensimmäiseen, sen asento on myös säädettävissä täydellisen kireyden saavuttamiseksi ja hihnan liukumisen välttämiseksi, sitten moottori kiinnitetään hihna tässä asennossa.

Tarttujan asennus:

Tämän tarttimen kokoaminen on helppoa ja nopeaa. Edellisen kokoonpanon osalta osat voidaan koota yksin ennen kuin ne kiinnitetään koko varteen:

-Kiinnitä liikkuva leuka moottorin akseliin moottorin mukana tulevan muoviosan avulla.

-Kierrä moottori kiinni tukeen.

-Kierrä anturin tuki kiinni tarttimen tukeen.

-Aseta anturi tukeen.

-Laita pehmeä materiaali tarttujalle ja kiinnitä 3D -painettu osa niiden päälle

Tarttuja voidaan helposti asentaa toiseen varteen, vain laserleikkuriosa tukee tarttimen pohjaa käsivarresta.

Tärkeintä oli käsivarren päällä olevien terien viritys ja millä etäisyydellä terät olivat tarttujan ulkopuolella, joten se tehtiin kokeilemalla ja erehdyksellä, kunnes saavutamme tehokkaimman paikan, jonka voimme saada terille, joissa leikataan ja tarttumisen täytyy tapahtua melkein samaan aikaan.

Vaihe 6: Elektronisten komponenttien liittäminen

Tässä piirissä meillä on kolme servomoottoria, yksi ultraäänianturi, yksi painike, Arduino ja virtalähde.

Virtalähteen lähtöä voidaan säätää haluamallamme tavalla, ja koska kaikki servot ja ultraääni toimivat 5 voltilla, joten jännitesäädintä ei tarvita, voimme vain säätää virtalähteen tehon 5 V: ksi.

Jokainen servo on kytkettävä Vcc (+5V), maahan ja signaaliin. Ultraäänianturissa on 4 nastaa, joista toinen on kytketty Vcc: hen, toinen maahan, ja kaksi muuta nastaa ovat liipaisin- ja kaiku nastoja, ne on liitettävä digitaalisiin nastoihin. Painike on kytketty maahan ja digitaaliseen nastaan.

Arduinolle sen on puhuttava virtalähteestä, se ei voi saada virtaa kannettavasta tietokoneesta tai sen kaapelista, sillä pitäisi olla sama maadoitus kuin siihen liitettyjen elektronisten komponenttien.

!!TÄRKEÄT MUISTIINPANOT!!:

- Sinun on lisättävä tehomuunnin ja teho Vinille 7 V: lla.

-Varmista, että tällä liitännällä sinun on poistettava Arduino -portti tietokoneesta polttaaksesi sen, muuten et saa käyttää 5 V: n lähtötapaa tulona.

Vaihe 7: Arduino -koodi ja vuokaavio

Tämän robottivarren, jossa on tarttuja, tavoitteena on kerätä sitruuna ja laittaa se muualle, joten kun robotti on päällä, meidän on painettava käynnistyspainiketta ja sitten se siirtyy tiettyyn kohtaan, jossa sitruuna löytyy, jos se tarttuu sitruunaan, tarttuja siirtyy lopulliseen asentoon asettaakseen sitruunan paikalleen, valitsimme lopullisen asennon vaakasuoralla tasolla, jossa tarvittava vääntömomentti on osoitettava, että tarttuja on riittävän vahva.

Kuinka robotti voi päästä sitruunaan:

Tehdyssä projektissa pyydämme yksinkertaisesti robottia siirtämään kädet tiettyyn asentoon, johon laitamme sitruunan. On toinenkin tapa tehdä se, voit käyttää käänteistä kinematiikkaa liikuttaaksesi käsivartta antamalla sille sitruunan (x, y) koordinaatit, ja se laskee kuinka paljon jokaisen moottorin on pyöritettävä niin, että tarttuja saavuttaa sitruunan. Kun tila = 0 on, kun käynnistyspainiketta ei paineta, joten varsi on alkuasennossa eikä robotti liiku, kun taas tila = 1 on, kun painamme käynnistyspainiketta ja robotti käynnistyy.

Käänteinen kinematiikka:

Kuvissa on esimerkki käänteisestä kinematiikan laskennasta, näet kolme luonnosta, joista toinen on alkuasento ja kaksi muuta lopullista sijaintia. Joten kuten näet, lopullisessa asennossa- riippumatta siitä, missä se on- on kaksi mahdollisuutta, kyynärpää ylös ja kyynärpää alas, voit valita mitä haluat.

Otetaan esimerkiksi kyynärpää ylöspäin, jotta robotti siirtyy asentoonsa, on laskettava kaksi kulmaa, theta1 ja theta2, kuvissa näet myös vaiheet ja yhtälöt theta1: n ja theta2: n laskemiseksi.

Huomaa, että jos este löytyy alle 10 cm: n etäisyydeltä, sitruuna tarttuu tartuntaan ja tarttuu siihen, lopulta meidän on toimitettava se lopulliseen asentoon.

Vaihe 8: Robotin käyttäminen

Kaiken sen jälkeen, mitä teimme ennen, tässä on videoita robotista, joka toimii, anturin, painikkeen ja kaiken muun kanssa, kuten pitäisi. Teimme myös ravistustestin robotille varmistaaksemme, että se on vakaa ja johdotus on hyvä.

Vaihe 9: Johtopäätös

Tämä projekti antoi meille hyvän kokemuksen tällaisten hankkeiden käsittelystä. Tätä robottia voidaan kuitenkin muokata ja sillä on joitain lisäarvoja, kuten sitruunan havaitsemiseen tarkoitettu esineiden tunnistus, tai ehkä kolmas vapausaste, jotta se voi liikkua puiden välillä. Lisäksi voimme ohjata sitä mobiilisovelluksella tai näppäimistöllä, joten siirrämme sitä haluamallamme tavalla. Toivomme, että pidät projektistamme, ja erityiset kiitokset Fablabin esimiehille avusta.