Роботизирана ръка с грайфер: 9 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:49

Събирането на лимонови дървета се счита за тежка работа, поради големия размер на дърветата, а също и поради горещия климат на регионите, където са засадени лимонови дървета. Ето защо се нуждаем от нещо друго, което да помогне на земеделските работници да завършат по -лесно работата си. И така, ние дойдохме на идея да улесним работата им, роботизирана ръка с грайфер, която бере лимона от дървото. Ръката е дълга около 50 см. Принципът на работа е прост: ние даваме позиция на робота, тогава той ще отиде на правилното място, а ако има лимон, грайферът му ще отреже дръжката и ще грабне лимона едновременно. След това лимонът ще бъде пуснат на земята и роботът ще се върне в първоначалното си положение. В началото проектът може да изглежда сложен и труден за изпълнение. Това обаче не е толкова сложно, но се нуждаеше от много упорита работа и добро планиране. Просто трябва да се изгражда едно нещо над друго. В началото се сблъскахме с някои проблеми поради ситуацията с COVID-19 и работата от разстояние, но след това го направихме и беше невероятно.

Тази инструкция има за цел да ви води през процеса на създаване на роботизирана ръка с грайфер. Проектът е проектиран и проектиран като част от нашия проект Bruface Mechatronics; работата беше извършена във Fablab Brussels от:

-Хюсеин Мослимани

-Инес Кастило Фернандес

-Jayesh Jagadesh Deshmukhe

-Рафаел Бойт

Стъпка 1: Необходими умения

И така, ето някои умения, които трябва да имате, за да направите този проект:

-Основи на електрониката

-Основни познания за микроконтролерите.

-Кодиране на C-език (Arduino).

-Бъдете свикнали с CAD софтуер, като SolidWorks или AutoCAD.

-Лазерно рязане

-3D печат

Трябва също да имате търпение и щедро количество свободно време, също така ви съветваме да работите в екип, както направихме, всичко ще бъде по -лесно.

Стъпка 2: CAD дизайн

След като изпробвахме различни мостри, най -накрая решихме да проектираме робота, както е показано на фигурите, ръката е с 2 степени на свобода. Двигателите са свързани към вала на всяко рамо чрез ролки и ремъци. Използването на ролки има много предимства, едно от най -важните е увеличаването на въртящия момент. Първият ремъчен ремък на първото рамо е с предавателно отношение 2, а вторият с предавателно отношение 1,5.

Трудната част за проекта беше ограниченото време във Fablab. Така че повечето от дизайните бяха адаптирани да бъдат лазерно изрязани части и само някои свързващи части бяха 3D отпечатани. Тук можете да намерите приложения CAD дизайн.

Стъпка 3: Списък на използваните компоненти

Ето компонентите, които използвахме в нашия проект:

I) Електронни компоненти:

-Arduino Uno: Това е платка за микроконтролер с 14 цифрови входни/изходни пина (от които 6 могат да се използват като ШИМ изходи), 6 аналогови входа, 16 MHz кварцов кристал, USB връзка, жак за захранване, ICSP заглавка, и бутон за нулиране. Използвахме този тип микроконтролер, тъй като е лесен за използване и може да свърши необходимата работа.

-Две големи серво мотора (MG996R): е сервомеханизъм със затворен контур, който използва обратна връзка за позицията, за да контролира движението и крайното си положение. Използва се за въртене на раменете. Той има добър въртящ момент, до 11 кг/см, а благодарение на намаляването на въртящия момент, направено от ролките и колана, можем да достигнем по -висок въртящ момент, който е повече от достатъчен за задържане на ръцете. И фактът, че не се нуждаем от повече от 180 градуса на въртене, този двигател е много добър за използване.

-Едно малко серво (E3003): е сервомеханизъм със затворен контур, който използва обратна връзка за позицията, за да контролира движението и крайното си положение. Този двигател се използва за управление на грайфера, има въртящ момент от 2,5 кг/см и се използва за рязане и хващане на лимона.

-DC захранване: Този тип захранване беше налично във фабриката и тъй като нашият двигател не се движи по земята, така че захранването не трябва да се придържа едно към друго. Основното предимство на това захранване е, че можем да регулираме изходното напрежение и ток, както ни харесва, така че няма нужда от регулатор на напрежение. Ако този тип захранвания не са налични, но са скъпи. Евтина алтернатива на това би било да използвате държач за батерия 8xAA, съчетан с регулатор на напрежение като „MF-6402402“, който е DC към DC преобразувател, за да получите необходимото напрежение. Цената им е показана и в списъка на компонентите.

-Черна дъска: Пластмасова дъска, използвана за задържане на електронни компоненти. Също така, за да свържете електрониката към захранването.

-Wires: Използва се за свързване на електронните компоненти към макета.

-Бутон за натискане: Използва се като бутон за стартиране, така че когато го натиснем, роботът работи.

-Ултразвуков сензор: Използва се за измерване на разстоянието, той генерира високочестотен звук и изчислява интервала от време между изпращането на сигнал и приемането на ехо. Използва се за откриване дали лимонът е бил държан от грайфера или дали се плъзга.

II) Други компоненти:

-Пластмаса за 3D печат

-3 мм дървени листове за лазерно рязане

-Метален вал

-Остриета

-Мек материал: Той е залепен от двете страни на грайфера, така че грайферът компресира лимоновия клон, докато го реже.

-Винтове

-Рамък за свързване на ролки, стандартен колан 365 T5

-8 мм кръгли лагери, външният диаметър е 22 мм.

Стъпка 4: 3D печат и лазерно рязане

Благодарение на машините за лазерно рязане и 3D печат, открити във Fablab, ние изграждаме частите, от които се нуждаем за нашия робот.

I- Частите, които трябваше да режем с лазер, са:

-База на робота

-Поддържа мотора на първото рамо

-Опори на първото рамо

-Планки на 2 рамена

-Основа на грайфера

-Връзка между грайфера и рамото.

-Две страни на грайфера

-Подкрепи за лагерите, за да се уверите, че не се плъзгат или изместват от позицията си, всички лагери са на два слоя 3 мм+4 мм, тъй като дебелината на лагера е 7 мм.

Забележка: ще ви трябва малък 4 мм лист дърво, за някои малки части те трябва да бъдат лазерно изрязани. Също така ще намерите в CAD дизайна дебелина, която е 6 мм, или всяка друга дебелина, кратна на 3, тогава имате нужда от няколко слоя лазерно изрязани части на 3 мм, тоест ако има дебелина 6 мм, тогава имате нужда от 2 слоя 3 мм всеки.

II- Части, които трябваше да отпечатаме 3D:

-Четирите ролки: използват се за свързване на всеки двигател към рамото, което е отговорно за движение.

-Поддръжка на двигателя на втората ръка

-опора за лагера на основата, която е фиксирана под колана, за да окаже сила върху него и да увеличи напрежението. Той е свързан с лагера с помощта на кръгъл метален вал.

-Две правоъгълни плочи за грайфера са поставени върху мекия материал, за да държат добре клона и да имат триене, така че клонът да не се плъзга.

-Квадратен вал с 8 мм кръгъл отвор, за свързване на плочите на първото рамо, а отворът трябваше да постави 8 мм метален вал, за да направи целия вал здрав и да може да се справи с общия въртящ момент. Кръглите метални валове бяха свързани с лагери и двете страни на рамото, за да завършат въртящата се част.

-Вал с шестоъгълна форма с 8 мм кръгъл отвор по същата причина като квадратния вал

-Скоби за поддържане на ролките и плочите на всяко рамо на техните места.

В трите фигури на CAD можете да разберете добре как е сглобена системата и как валовете са свързани и поддържани. Можете да видите как квадратните и шестоъгълните валове са свързани към рамото и как са свързани към опорите с помощта на металния вал. На тези фигури е даден целият монтаж.

Стъпка 5: Механичен монтаж

Сглобяването на целия робот има 3 основни стъпки, които трябва да бъдат обяснени, първо сглобяваме основата и първото рамо, след това второто рамо към първото и накрая грайфера към второто рамо.

Сглобяване на основата и първото рамо:

Първо, потребителят трябва да сглоби следните части поотделно:

-Двете страни на фугите с лагерите вътре.

-Поддържането на двигателя с двигателя и малката ролка.

-Симетричната опора за малката ролка.

-Квадратният вал, голямата ролка, рамото и скобите.

-Опънатият лагер поддържа носещата плоча. След това добавете лагера и вала.

Сега всеки подкомпонент е на място, за да бъде свързан заедно.

Забележка: за да сме сигурни, че имаме напрежението в колана, който искаме, позицията на двигателя на базата може да се регулира, имаме удължен отвор, така че разстоянието между ролките да може да се увеличи или намали и когато проверим дали напрежението е добро, прикрепяме двигателя към основата с болтове и го фиксираме добре. В допълнение към това, лагерът е фиксиран върху основата на място, където оказва сила върху ремъка, за да увеличи напрежението, така че когато лентата се движи, лагерът се върти и няма проблеми с триенето.

Сглобяване на второто рамо към първото:

Частите трябва да се сглобяват отделно:

-Дясното рамо с двигателя, неговата опора, ролката, както и с лагера и опорните му части. Поставя се и винт за фиксиране на ролката към вала, както в предишния раздел.

-Лявата ръка с двата лагера и техните опори.

-Голямата ролка може да се плъзга по шестоъгълния вал, както и горните рамена, а скобите са проектирани да фиксират позицията им.

След това имаме второто рамо, готово за поставяне в неговото положение, двигателят на второто рамо е поставено върху първото, неговото положение също е регулируемо, за да достигне перфектното напрежение и да избегне подхлъзване на колана, след което моторът се фиксира с колан в това положение.

Сглобяване на грайфера:

Сглобяването на този грайфер е лесно и бързо. Що се отнася до предишния монтаж, частите могат да бъдат сглобени самостоятелно, преди да бъдат прикрепени към пълното рамо:

-Прикрепете движещата се челюст към вала на двигателя, с помощта на пластмасовата част, която се доставя с двигателя.

-Завийте двигателя към опората.

-Завийте опората на сензора в опората на грайфера.

-Поставете сензора в стойката му.

-Поставете мекия материал върху грайфера и фиксирайте 3D отпечатаната част върху тях

Грайферът може лесно да се монтира към второто рамо, само част от лазерен нож поддържа основата на грайфера от рамото.

Най -важното беше настройката на остриетата върху горната част на ръката и на какво разстояние лопатките бяха извън грайфера, така че това беше направено чрез опит и грешка, докато стигнем до най -ефективното място, където можем да режем и захващането трябва да се случи почти по едно и също време.

Стъпка 6: Свързване на електронни компоненти

В тази схема имаме три серво мотора, един ултразвуков сензор, един бутон, Arduino и захранване.

Изходът на захранването може да се регулира, както искаме, и тъй като всички сервоустройства и ултразвукът работят на 5 волта, така че няма нужда от регулатор на напрежението, можем само да регулираме изхода на захранването да бъде 5V.

Всяко серво трябва да бъде свързано към Vcc (+5V), земя и сигнал. Ултразвуковият сензор има 4 пина, единият е свързан към Vcc, един за земята, а другите два пина са задействащи и ехо пинове, те трябва да бъдат свързани към цифрови щифтове. Бутонът е свързан към земята и към цифров извод.

За Arduino той трябва да говори за захранването си от източника на захранване, не може да се захранва от лаптопа или от кабела му, той трябва да има същото заземяване като свързаните към него електронни компоненти.

!!ВАЖНИ БЕЛЕЖКИ!!:

- Трябва да добавите преобразувател на мощност и мощност към Vin със 7V.

-Моля, уверете се, че с тази връзка трябва да премахнете порта Arduino от вашия компютър, за да го запишете, в противен случай не трябва да използвате 5V изходния щифт като вход.

Стъпка 7: Arduino код и диаграма

Целта на тази роботизирана ръка с грайфер е да събере лимон и да го постави някъде другаде, така че когато роботът е включен, трябва да натиснем бутона за стартиране и след това той отива до определена позиция, където се намира лимонът, ако захваща лимона, грайферът ще отиде в крайна позиция, за да постави лимона на мястото му, избрахме крайното положение на хоризонтално ниво, където въртящият момент е максимален, за да докажем, че грайферът е достатъчно здрав.

Как роботът може да достигне лимона:

В проекта, който направихме, просто искаме от робота да премести ръцете в определена позиция, където поставяме лимона. Е, има и друг начин да направите това, можете да използвате обратна кинематика за преместване на ръката, като й дадете координатите (x, y) на лимона и изчислява колко всеки двигател трябва да се върти, така че грайферът да достигне лимона. Където състояние = 0 е, когато бутонът за стартиране не е натиснат, така че рамото е в изходно положение и роботът не се движи, докато състояние = 1 е, когато натиснем бутона за стартиране и роботът стартира.

Обратна кинематика:

На фигурите има пример за изчисляване на обратната кинематика, можете да видите три скици, едната за началната позиция и другите две за крайната позиция. Както виждате, за крайната позиция- независимо къде се намира- има две възможности, лакът нагоре и лакът надолу, можете да изберете каквото искате.

Нека вземем лакътя като пример, за да накараме робота да се премести в своята позиция, трябва да бъдат изчислени два ъгъла, theta1 и theta2, на фигурите също виждате стъпките и уравненията за изчисляване на theta1 и theta2.

Обърнете внимание, че ако препятствието се открие на разстояние по -малко от 10 см, тогава лимонът се хваща и държи от грайфера, накрая трябва да го доставим до крайното положение.

Стъпка 8: Стартирайте робота

След всичко, което направихме преди, ето видеоклипове на робота, работещ със сензора, бутона и всичко останало, което работи както трябва. Направихме и тест за разклащане на робота, за да се уверим, че той е стабилен и окабеляването е добро.

Стъпка 9: Заключение

Този проект ни даде добър опит при справянето с такива проекти. И все пак този робот може да бъде модифициран и да има още някои добавени стойности като откриване на обекти за откриване на лимона или може би трета степен на свобода, за да може да се движи между дървета. Също така можем да го направим контролиран от мобилно приложение или от клавиатурата, така че да го преместваме както искаме. Надяваме се, че нашият проект ви харесва и специални благодарности на ръководителите във Fablab, които ни помогнаха.