Robotiskā roka ar satvērēju: 9 soļi (ar attēliem)

2025 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2025-01-23 14:59

Citronu koku novākšana tiek uzskatīta par smagu darbu koku lielā izmēra un arī reģionu karstā klimata dēļ, kur stāda citronkokus. Tāpēc mums ir vajadzīgs kaut kas cits, lai palīdzētu lauksaimniecības darbiniekiem vieglāk pabeigt darbu. Tātad, mums radās ideja atvieglot viņu darbu - robotizēta roka ar satvērēju, kas no koka savāc citronu. Roka ir apmēram 50 cm gara. Darba princips ir vienkāršs: mēs piešķiram robotam pozīciju, tad tas nonāks pareizajā vietā, un, ja ir citrons, tā satvērējs sagriezīs kātiņu un vienlaikus satvers citronu. Pēc tam citrons tiks atbrīvots uz zemes, un robots atgriezīsies sākotnējā stāvoklī. Sākumā projekts varētu šķist sarežģīts un grūti izpildāms. Tomēr tas nav tik sarežģīti, tomēr tam bija vajadzīgs daudz smaga darba un laba plānošana. Tas vienkārši jāveido viena lieta pār otru. Sākumā mēs saskārāmies ar dažām problēmām Covid-19 situācijas un attālinātas darba dēļ, bet tad mēs to izdarījām, un tas bija pārsteidzoši.

Šīs pamācības mērķis ir palīdzēt jums izveidot robotu roku ar satvērēju. Projekts tika izstrādāts un izstrādāts kā daļa no mūsu Bruface Mechatronics projekta; darbu Fablab Briselē veica:

-Huseins Moslimani

-Ines Castillo Fernandez

-Jayesh Jagadesh Deshmukhe

-Raphaël Boitte

1. darbība. Nepieciešamās prasmes

Tātad, lai īstenotu šo projektu, jums ir jābūt dažām prasmēm:

-Elektronikas pamati

-Pamatzināšanas par mikrokontrolleriem.

-Kodēšana C valodā (Arduino).

-Esiet pieradis pie CAD programmatūras, piemēram, SolidWorks vai AutoCAD.

-griešana ar lāzeru

-3D drukāšana

Jums vajadzētu būt arī pacietībai un bagātīgam brīvajam laikam, kā arī iesakām strādāt komandā, kā mēs to darījām, viss būs vieglāk.

2. solis: CAD dizains

Pēc dažādu paraugu izmēģināšanas mēs beidzot nolēmām izveidot robotu, kā parādīts attēlos, roka ir 2 brīvības pakāpes. Motori ir savienoti ar katras rokas vārpstu ar skriemeļiem un siksnām. Skriemeļu izmantošanai ir daudz priekšrocību, viena no vissvarīgākajām ir griezes momenta palielināšana. Pirmās rokas pirmās skriemeļa siksnas pārnesumskaitlis ir 2, bet otram - 1,5.

Projekta sarežģītā daļa bija ierobežots laiks Fablab. Tātad lielākā daļa dizainparaugu tika pielāgoti kā lāzergrieztas detaļas, un tikai dažas savienojošās detaļas tika drukātas 3D formātā. Šeit jūs varat atrast pievienoto CAD dizainu.

3. darbība. Izmantoto komponentu saraksts

Šeit ir mūsu projektā izmantotās sastāvdaļas:

I) Elektroniskie komponenti:

-Arduino Uno: šī ir mikrokontrolleru plate ar 14 digitālajām ieejas/izejas tapām (no kurām 6 var izmantot kā PWM izejas), 6 analogās ieejas, 16 MHz kvarca kristālu, USB savienojumu, barošanas ligzdu, ICSP galveni, un atiestatīšanas pogu. Mēs izmantojām šāda veida mikrokontrolleri, jo to ir viegli lietot un tas var veikt nepieciešamo darbu.

-Divi lieli servomotori (MG996R): ir slēgta cikla servomehānisms, kas izmanto pozīcijas atgriezenisko saiti, lai kontrolētu savu kustību un galīgo stāvokli. To izmanto, lai pagrieztu rokas. Tam ir labs griezes moments līdz 11 kg/cm, un, pateicoties griezes momenta samazināšanai, ko veic skriemeļi un siksna, mēs varam sasniegt lielāku griezes momentu, kas ir vairāk nekā pietiekami, lai noturētu rokas. Un tas, ka mums nav vajadzīgi vairāk par 180 grādiem pagriezieni, šis motors ir ļoti labi lietojams.

-Viens mazs servo (E3003): ir slēgta cikla servomehānisms, kas izmanto pozīcijas atgriezenisko saiti, lai kontrolētu savu kustību un galīgo stāvokli. Šo motoru izmanto, lai kontrolētu satvērēju, tā griezes moments ir 2,5 kg/cm, un to izmanto citrona griešanai un satveršanai.

-DC barošanas avots: Šāda veida barošanas avots bija pieejams fablab, un tāpēc, ka mūsu motors nepārvietojas uz zemes, tāpēc barošanas avotam nav jābūt savstarpēji piestiprinātam. Šīs barošanas avota galvenā priekšrocība ir tā, ka mēs varam pielāgot izejas spriegumu un strāvu, kā mums patīk, tāpēc nav nepieciešams sprieguma regulators. Ja šāda veida barošanas avoti nav pieejami, bet tas ir dārgi. Lēta alternatīva tam ir izmantot 8xAA bateriju turētāju kopā ar sprieguma regulatoru, piemēram, “MF-6402402”, kas ir līdzstrāvas līdzstrāvas pārveidotājs, lai iegūtu nepieciešamo spriegumu. To cena ir norādīta arī sastāvdaļu sarakstā.

-Maizes dēlis: plastmasas plāksne, ko izmanto elektronisko komponentu turēšanai. Turklāt, lai savienotu elektroniku ar barošanas avotu.

-Vadi: izmanto, lai savienotu elektroniskos komponentus ar maizes dēli.

-Spiedpoga: to izmanto kā sākuma pogu, tāpēc, nospiežot to, robots darbojas.

-Ultraskaņas sensors: tiek izmantots attāluma mērīšanai, tas rada augstfrekvences skaņu un aprēķina laika intervālu starp signāla nosūtīšanu un atbalss saņemšanu. To izmanto, lai noteiktu, vai citronu turēja satvērējs vai tas neslīd.

II) Citas sastāvdaļas:

-Plastmasa 3D drukāšanai

-3 mm koka loksnes griešanai ar lāzeru

-Metāla vārpsta

-Asmeņi

-Mīksts materiāls: tas ir pielīmēts abās satvērēja pusēs, tāpēc satvērējs saspiež citrona zaru, to griežot.

-Skrūves

-Siksna skriemeļiem, standarta 365 T5 josta

-8 mm apļveida gultņi, ārējais diametrs ir 22 mm.

4. solis: 3D drukāšana un griešana ar lāzeru

Pateicoties Fablab atrodamajām lāzergriešanas un 3D drukas iekārtām, mēs izgatavojam mūsu robotam nepieciešamās detaļas.

I- Daļas, kas mums bija jāapgriež ar lāzeru, ir:

-Robota pamats

-Atbalsts pirmās rokas motoram

-pirmās rokas balsti

-2 roku plāksnes

-Satvērēja pamatne

-Savienojums starp satvērēju un roku.

-Divas satvērēja malas

-Gultņu atbalsts, lai pārliecinātos, ka tie neslīd vai nepārvietojas no sava stāvokļa, visi gultņu stiprinājumi ir no diviem slāņiem 3 mm+4 mm, jo gultņa biezums bija 7 mm.

Piezīme: jums būs nepieciešama neliela 4 mm koka loksne, dažām mazām detaļām tās ir jāapgriež ar lāzeru. Arī CAD dizainā jūs atradīsiet biezumu, kas ir 6 mm, vai jebkuru citu biezumu, kas ir daudzkārtīgs no 3, tad jums ir nepieciešami vairāki slāņi ar lāzera grieztu detaļu 3 mm, tas ir, ja ir 6 mm biezums, tad jums ir nepieciešami 2 slāņi Katrs 3 mm.

II- Daļas, kas mums bija jāizdrukā 3D formātā:

-Četri skriemeļi: tiek izmantoti, lai savienotu katru motoru ar roku, kas ir atbildīga par kustību.

-Otrās rokas motora atbalsts

-gultņa atbalsts, pamatojoties uz to, kas ir piestiprināts zem jostas, lai uz to izdarītu spēku un palielinātu spriedzi. Tas ir savienots ar gultni, izmantojot apaļu metāla vārpstu.

-Divas taisnstūra plāksnes satvērējam tiek uzliktas uz mīksta materiāla, lai labi turētu zaru un būtu berze, lai zars neslīdētu.

-Kvadrātveida vārpsta ar 8 mm apaļu caurumu, lai savienotu pirmās rokas plāksnes, un caurumam bija jāievieto 8 mm metāla vārpsta, lai visa vārpsta būtu stipra un varētu izturēt kopējo griezes momentu. Apaļās metāla vārpstas tika savienotas ar gultņiem un abām rokas pusēm, lai pabeigtu rotācijas daļu.

-Sešstūra formas vārpsta ar 8 mm apaļu caurumu tāda paša iemesla dēļ kā kvadrātveida vārpsta

-Skavas, lai labi noturētu skriemeļus un katras rokas plāksnes savās vietās.

Trīs CAD skaitļos jūs varat labi saprast, kā sistēma ir samontēta un kā vārpstas ir savienotas un atbalstītas. Jūs varat redzēt, kā kvadrātveida un sešstūra vārpstas ir savienotas ar roku un kā tās ir savienotas ar balstiem, izmantojot metāla vārpstu. Visa montāža ir parādīta šajos attēlos.

5. solis: mehāniskā montāža

Visa robota montāžai ir jāpaskaidro 3 galvenie soļi, pirmkārt, mēs saliekam pamatni un pirmo roku, tad otro roku uz pirmo un visbeidzot satvērēju uz otro roku.

Pamatnes un pirmās rokas montāža:

Pirmkārt, lietotājam atsevišķi jāsamontē šādas detaļas:

-Savienojumu abas puses ar gultņiem iekšpusē.

-Motora atbalsts ar motoru un mazais skriemelis.

-Simetriskais balsts mazajam skriemelim.

-Kvadrātveida vārpsta, lielais skriemelis, roka un skavas.

-Spriegošanas gultnis atbalsta nesošo plāksni. Tad pievienojiet gultni un vārpstu.

Tagad katra mezgla detaļa ir savienota kopā.

Piezīme: lai pārliecinātos, ka mēs sasprindzinām vēlamo jostu, motora stāvokli uz pamata var regulēt, mums ir iegarena atvere, lai attālumu starp skriemeļiem varētu palielināt vai samazināt un pārbaudot, vai spriegums ir labs, mēs piestiprinām motoru pie pamatnes ar skrūvēm un labi nostiprinām. Papildus tam gultnis tika fiksēts, pamatojoties uz vietu, kur tas piespiež jostu, lai palielinātu spriedzi, tāpēc, jostai kustoties, gultnis griežas un nerodas berzes problēmas.

Otrās rokas montāža pie pirmās:

Detaļas jāsamontē atsevišķi:

-Labā roka ar motoru, tā balstu, skriemeli, kā arī ar gultni un tā atbalsta daļām. Ir arī uzlikta skrūve skriemeļa piestiprināšanai pie vārpstas tāpat kā iepriekšējā sadaļā.

-Kreisā roka ar diviem gultņiem un to balstiem.

-Lielo skriemeli var bīdīt uz sešstūra vārpstas, kā arī augšdelmiem, un skavas ir paredzētas to stāvokļa fiksēšanai.

Tad mums ir otrā roka, kas ir gatava novietot savā pozīcijā, otrās rokas motors ir novietots uz pirmās, tā pozīcija ir arī regulējama, lai sasniegtu perfektu spriedzi un izvairītos no jostas slīdēšanas, tad motors tiek fiksēts ar jostu šajā pozīcijā.

Satvērēja montāža:

Šī satvērēja montāža ir vienkārša un ātra. Kas attiecas uz iepriekšējo montāžu, detaļas pirms salikšanas pie pilnas rokas var salikt atsevišķi:

-Piestipriniet kustīgo žokli pie motora vārpstas, izmantojot plastmasas daļu, kas nāk kopā ar motoru.

-Pieskrūvējiet motoru pie balsta.

-Ieskrūvējiet sensora balstu satvērēja balstā.

-Ievietojiet sensoru tā balstā.

-Ielieciet mīksto materiālu uz satvērēja un piestipriniet virs tām 3D drukāto daļu

Satvērēju var viegli salikt pie otrās rokas, tikai lāzera griezēja daļa atbalsta satvērēja pamatni aiz rokas.

Vissvarīgākais bija asmeņu noregulēšana rokas augšdaļā un kādā attālumā asmeņi atradās ārpus satvērēja, tāpēc tas tika darīts ar izmēģinājumiem un kļūdām, līdz mēs sasniedzam visefektīvāko vietu, kādu varam iegūt asmeņiem, kur griešana un satveršanai jānotiek gandrīz vienlaicīgi.

6. darbība. Elektronisko komponentu savienošana

Šajā ķēdē mums ir trīs servomotori, viens ultraskaņas sensors, viena spiedpoga, Arduino un barošanas avots.

Strāvas padeves jaudu var noregulēt, kā mēs vēlamies, un, tā kā visi servo un ultraskaņas darbojas pie 5 voltiem, tāpēc nav nepieciešams sprieguma regulators, mēs varam regulēt tikai 5 V barošanas avota izeju.

Katram servo ir jāpievieno Vcc (+5V), zemei un signālam. Ultraskaņas sensoram ir 4 tapas, viena ir pievienota Vcc, viena - zemei, bet pārējās divas tapas ir sprūda un atbalss tapas, tām jābūt savienotām ar digitālajām tapām. Spiedpoga ir savienota ar zemi un digitālo tapu.

Attiecībā uz Arduino tai ir jārunā no barošanas avota, tā nevar barot no klēpjdatora vai tā kabeļa, tai jābūt tādai pašai zemei kā tai pievienotajām elektroniskajām sastāvdaļām.

!! SVARĪGAS PIEZĪMES !!:

- Jums jāpievieno jaudas pārveidotājs un jauda Vin ar 7V.

-Lūdzu, pārliecinieties, ka, izmantojot šo savienojumu, jums vajadzētu noņemt Arduino portu no datora, lai to sadedzinātu, pretējā gadījumā neizmantojiet 5V izejas tapu kā ieeju.

7. darbība: Arduino kods un plūsmas diagramma

Šīs robotizētās rokas ar satvērēju mērķis ir savākt citronu un ievietot to kaut kur citur, tāpēc, kad robots ir ieslēgts, mums ir jānospiež starta poga, un tad tas nonāk noteiktā pozīcijā, kur citrons ir atrasts, ja satver citronu, satvērējs nonāks galīgajā pozīcijā, lai citronu ievietotu savā vietā, mēs izvēlējāmies galīgo pozīciju horizontālā līmenī, kur nepieciešamais griezes moments ir maksimāls, lai pierādītu, ka satvērējs ir pietiekami spēcīgs.

Kā robots var sasniegt citronu:

Mūsu projektā mēs vienkārši lūdzam robotu pārvietot rokas noteiktā stāvoklī, kur mēs ievietojām citronu. Ir vēl viens veids, kā to izdarīt, jūs varat izmantot apgriezto kinemātiku, lai pārvietotu roku, piešķirot tai citrona (x, y) koordinātas, un tā aprēķina, cik daudz katram motoram jāgriežas, lai satvērējs sasniegtu citronu. Ja stāvoklis = 0 ir tad, kad starta poga nav nospiesta, tāpēc roka atrodas sākotnējā pozīcijā un robots nekustas, savukārt stāvoklis = 1 ir tad, kad mēs nospiežam starta pogu un robots sāk darboties.

Apgrieztā kinemātika:

Attēlos ir apgriezto kinemātisko aprēķinu piemērs, jūs varat redzēt trīs skices, vienu sākotnējai pozīcijai un pārējās divas galīgajai pozīcijai. Tātad, kā redzat, galīgajai pozīcijai- neatkarīgi no tā, kur tā atrodas- ir divas iespējas: elkonis uz augšu un elkonis uz leju, jūs varat izvēlēties visu, ko vēlaties.

Kā piemēru ņemsim elkoni uz augšu, lai robots pārvietotos savā pozīcijā, ir jāaprēķina divi leņķi - teta1 un teta2, attēlos arī redzamas teta1 un teta2 aprēķināšanas soļi un vienādojumi.

Ņemiet vērā: ja šķērslis tiek atrasts mazāk nekā 10 cm attālumā, tad citronu satver un satver satvērējs, visbeidzot, mums tas jānogādā galīgajā stāvoklī.

8. darbība: robota vadīšana

Pēc visa tā, ko mēs darījām iepriekš, šeit ir video par to, kā robots strādā, ar sensoru, spiedpogu un visu pārējo, kā vajadzētu. Mēs arī veicām robota kratīšanas testu, lai pārliecinātos, ka tas ir stabils un elektroinstalācija ir laba.

9. solis. Secinājums

Šis projekts deva mums labu pieredzi šādu projektu risināšanā. Tomēr šo robotu var modificēt, un tam ir dažas papildu vērtības, piemēram, objektu noteikšana citrona noteikšanai, vai varbūt trešā brīvības pakāpe, lai tas varētu pārvietoties starp kokiem. Turklāt mēs varam to kontrolēt, izmantojot mobilo lietojumprogrammu vai tastatūru, lai mēs to pārvietotu pēc saviem ieskatiem. Mēs ceram, ka jums patīk mūsu projekts, un īpašs paldies Fablab vadītājiem par palīdzību.