Robotarm med griber: 9 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:25

Høstning af citrontræer betragtes som hårdt arbejde på grund af træernes store størrelse og også på grund af det varme klima i de regioner, hvor citrontræer plantes. Derfor har vi brug for noget andet for at hjælpe landbrugsarbejdere til lettere at afslutte deres arbejde. Så vi fik en idé til at lette deres job, en robotarm med griber, der plukker citronen fra træet. Armen er cirka 50 cm lang. Arbejdsprincippet er enkelt: vi giver robotten en position, så vil den gå det rigtige sted, og hvis der er en citron, vil dens griber skære pedunclen og gribe citronen på samme tid. Derefter frigives citronen på jorden, og robotten vender tilbage til sin oprindelige position. I første omgang kan projektet virke komplekst og svært at gennemføre. Det er dog ikke så komplekst, men alligevel krævede det meget hårdt arbejde og god planlægning. Det skal bare bygges den ene ting frem for den anden. I begyndelsen stod vi over for nogle problemer på grund af covid-19-situationen og fjernt arbejde, men så gjorde vi det, og det var fantastisk.

Denne instruerbare har til formål at guide dig gennem processen med at oprette en robotarm med en grabber. Projektet blev designet og konstrueret som en del af vores Bruface Mechatronics -projekt; arbejdet blev udført i Fablab Bruxelles af:

-Hussein Moslimani

-Inès Castillo Fernandez

-Jayesh Jagadesh Deshmukhe

-Raphaël Boitte

Trin 1: Påkrævede færdigheder

Så her er nogle færdigheder, du skal have for at udføre dette projekt:

-Grundlæggende om elektronik

-Grundviden om mikro-controllere.

-Kodning på C-sprog (Arduino).

-Vær vant til CAD -software, f.eks. SolidWorks eller AutoCAD.

-Laserskæring

-3D udskrivning

Du skal også have tålmodighed og en generøs mængde fritid, også vi råder dig til at arbejde i et team, som vi gjorde, alt bliver lettere.

Trin 2: CAD -design

Efter at have prøvet forskellige prøver besluttede vi endelig at designe robotten som vist på figurerne, armen er 2 frihedsgrader. Motorerne er forbundet til akslen på hver arm med remskiver og remme. Der er mange fordele ved at bruge remskiver, en af de vigtigste er at øge drejningsmomentet. Det første remskive på den første arm har et udvekslingsforhold på 2, og den anden har et gearforhold på 1,5.

Den vanskelige del for projektet var begrænset tid hos Fablab. Så de fleste designs blev tilpasset til laserskårne dele, og bare nogle forbindelsesdele blev 3D -printet. Her kan du finde det vedhæftede CAD -design.

Trin 3: Liste over brugte komponenter

Her er de komponenter, vi brugte i vores projekt:

I) Elektroniske komponenter:

-Arduino Uno: Dette er et mikrokontrolkort med 14 digitale ind-/udgangsstifter (hvoraf 6 kan bruges som PWM -udgange), 6 analoge indgange, en 16 MHz kvartskrystal, en USB -forbindelse, et strømstik, et ICSP -header, og en nulstillingsknap. Vi brugte denne type mikrokontroller, da den er let at bruge og kan udføre det nødvendige arbejde.

-To stor servomotor (MG996R): er en servomekanisme med lukket sløjfe, der bruger positionsfeedback til at styre dens bevægelse og slutposition. Det bruges til at rotere armene. Det har et godt moment, op til 11 kg/cm, og takket være momentreduktionen fra remskiverne og remmen kan vi nå et højere drejningsmoment, hvilket er mere end nok til at holde armene. Og det faktum, at vi ikke har brug for mere end 180 graders rotationer, denne motor er meget god at bruge.

-En lille servo (E3003): er en servomekanisme med lukket kredsløb, der bruger positionsfeedback til at styre dens bevægelse og slutposition. Denne motor bruges til at styre griberen, den har et drejningsmoment på 2,5 kg/cm, og den bruges til at skære og få fat i citronen.

-DC strømforsyning: Denne type strømforsyning var tilgængelig på fablab, og fordi vores motor ikke bevæger sig på jorden, så strømforsyningen ikke behøver at være klæbet til hinanden. Den største fordel ved denne strømforsyning er, at vi kan justere udgangsspændingen og strømmen, som vi vil, så der er ikke behov for en spændingsregulator. Hvis denne type strømforsyninger ikke er tilgængelig, men det er dyrt. Et billigt alternativ til dette ville være at bruge en batteriholder 8xAA, kombineret med en spændingsregulator som 'MF-6402402', der er DC til DC-omformer, for at få den spænding, du har brug for. Deres pris er også vist på listen over komponenter.

-Breadboard: Plastbræt, der bruges til at holde elektroniske komponenter. Også at tilslutte elektronikken til strømforsyningen.

-Wires: Bruges til at forbinde de elektroniske komponenter til brødbrættet.

-Push-knap: Den bruges som startknap, så når vi trykker på den, fungerer robotten.

-Ultrasonic sensor: Bruges til at måle afstand, den genererer højfrekvent lyd og beregner tidsintervallet mellem afsendelse af signal og modtagelse af ekko. Det bruges til at opdage, om citronen blev holdt i griberen, eller om den glider.

II) Andre komponenter:

-Plast til 3D -print

-3 mm træplader til laserskæring

-Metallisk skaft

-Blade

-Blødt materiale: Det limes til begge sider af griberen, så griberen komprimerer citrongrenen, mens den skæres.

-Skruer

-Bælte til tilslutning af remskiver, standard 365 T5 bælte

-8mm cirkulære lejer, den ydre diameter er 22mm.

Trin 4: 3D -udskrivning og laserskæring

Takket være laserskærings- og 3d -printere, der findes på Fablab, bygger vi de dele, vi har brug for til vores robot.

I- Dele, vi skulle laserskære, er:

-Robotens base

-Understøtter motoren i den første arm

-Støtter den første arm

-Plader af de 2 arme

-Griberens bund

-Forbindelse mellem griberen og armen.

-To sider af griberen

-Understøtter lejer, for at sikre, at de ikke glider eller bevæger sig fra deres position, er alle lejemål passer til to lag 3 mm+4 mm, da tykkelsen på lejet var 7 mm.

Bemærk: du skal bruge en lille 4 mm træplade til nogle små dele, som de skal laserskåret. Du finder også i CAD -designet en tykkelse, der er 6 mm, eller enhver anden tykkelse, der er flere på 3, så har du brug for flere lag laserskårne dele på 3 mm, det vil sige, hvis der er 6 mm tykkelse, så har du brug for 2 lag 3 mm hver.

II- Dele, vi skulle 3D-udskrive:

-De fire remskiver: bruges til at forbinde hver motor til den arm, den er ansvarlig for at flytte.

-Støtte til motoren i den anden arm

-støtte til lejet på basis, der er fastgjort under bæltet for at gøre kraft på det og øge spændingen. Det er forbundet til lejet ved hjælp af en rund metallisk aksel.

-To rektangulære plader til griberen sættes på det bløde materiale for at holde grenen godt og have friktion, så grenen ikke glider.

-Kvadratskaft med et 8 mm rundt hul, for at forbinde pladerne på den første arm, og hullet skulle isætte en 8 mm metallisk aksel for at gøre hele akslen stærk og kan klare det samlede drejningsmoment. De runde metalliske aksler var forbundet med lejer og begge sider af armen for at fuldføre rotationsdelen.

-Sekskantet aksel med et 8 mm rundt hul af samme grund som det firkantede skaft

-Klemmer til at understøtte remskiverne og pladerne på hver arm godt på deres steder.

I de tre figurer i CAD kan du godt forstå, hvordan systemet er samlet, og hvordan akslerne er forbundet og understøttet. Du kan se, hvordan de firkantede og sekskantede aksler er forbundet til armen, og hvordan de er forbundet til understøtningerne ved hjælp af det metalliske skaft. Hele forsamlingen er angivet i disse figurer.

Trin 5: Mekanisk samling

Samlingen af hele robotten har 3 hovedtrin, der skal forklares, først samler vi grundlaget og den første arm, derefter den anden arm til den første og til sidst griberen til den anden arm.

Montering af basen og første arm:

Først skal brugeren samle følgende dele separat:

-De to sider af leddene med lejerne indeni.

-Støtten til motoren med motoren og den lille remskive.

-Den symmetriske støtte til den lille remskive.

-Det firkantede skaft, den store remskive, armen og klemmerne.

-Det "spændende" leje understøtter støttepladen. Tilføj derefter lejet og akslen.

Nu er hver undersamling på plads for at blive forbundet med hinanden.

Bemærk: For at sikre, at vi får spændingen i det bælte, vi ønsker, kan motorens position på basis justeres, vi har et aflangt hul, så afstanden mellem remskiverne kan øges eller reduceres, og når vi kontrollerer, at spændingen er god, vi fastgør motoren til basen med bolte og fastgør den godt. Ud over dette blev et leje fastgjort på basis på et sted, hvor det gør en kraft på bæltet for at øge spændingen, så når bæltet bevæger sig roterer lejet, og der er ingen problemer med friktion.

Samling af den anden arm til den første:

Delene skal samles separat:

-Højre arm, med motoren, dens støtte, remskiven og såvel som lejet og dets støttedele. En skrue sættes også til at fastgøre remskiven til akslen som for det foregående afsnit.

-Den venstre arm med de to lejer og deres understøtninger.

-Den store remskive kan glides på den sekskantede aksel såvel som overarmene, og klemmerne er designet til at fastgøre deres position.

Så har vi den anden arm klar til at blive placeret i sin position, motoren i den anden arm er placeret på den første, dens position er også justerbar for at nå den perfekte spænding og undgå at glide af bæltet, så er motoren fastgjort med bælte i denne position.

Montering af griberen:

Monteringen af denne griber er let og hurtig. Hvad angår den forrige samling, kan delene samles alene, før de sættes på hele armen:

-Fast den bevægelige kæbe til motorens aksel ved hjælp af den plastdel, der følger med motoren.

-Skru motoren fast på støtten.

-Skru sensorens støtte ind i griberens støtte.

-Sæt sensoren i sin støtte.

-Sæt det bløde materiale på griberen, og fastgør den 3d -udskrevne del over dem

Griberen kan let samles til den anden arm, bare en laserskærerdel understøtter griberens bund ved armen.

Det vigtigste var justering af knivene oven på armen og i hvilken afstand knivene var uden for griberen, så det blev gjort ved forsøg og fejl, indtil vi når det mest effektive sted, vi kan få til knivene, hvor der skal skæres og gribende skal ske på næsten samme tid.

Trin 6: Tilslutning af elektroniske komponenter

I dette kredsløb har vi tre servomotorer, en ultralydssensor, en trykknap, Arduino og en strømforsyning.

Strømforsyningsudgangen kan justeres, som vi vil, og da alle servoer og ultralyd arbejder på 5 volt, så der ikke er behov for en spændingsregulator, kan vi kun regulere strømforsyningens output til 5V.

Hver servo skal tilsluttes Vcc (+5V), jord og signal. Ultralydssensoren har 4 ben, den ene er forbundet til Vcc, den ene til jorden, og de to andre ben er udløser- og ekkostifter, de skal forbindes til digitale ben. Trykknappen er forbundet til jorden og til en digital pin.

For Arduino skal den tale sin strøm fra strømkilden, den kan ikke strøm fra den bærbare computer eller dens kabel, den skal have samme jord som de elektroniske komponenter, der er forbundet til den.

!! VIGTIGE NOTER !!:

- Du skal tilføje en effektomformer og strøm til Vin med 7V.

-Sørg for, at du med denne forbindelse skal fjerne Arduino -porten fra din pc for at brænde den, ellers bør du ikke bruge 5V -udgangsstiften som input.

Trin 7: Arduino -kode og flowdiagram

Målet med denne robotarm med en griber er at samle en citron og lægge den et andet sted, så når robotten er tændt, skal vi trykke på startknappen, og derefter går den til en bestemt position, hvor citronen findes, hvis den griber citronen, griberen griber til en endelig position for at sætte citronen på plads, vi valgte den endelige position på vandret niveau, hvor det nødvendige moment er maksimalt, for at bevise, at griberen er stærk nok.

Hvordan kan robotten nå citronen:

I det projekt, vi lavede, beder vi simpelthen robotten om at flytte armene til en bestemt position, hvor vi putter citronen. Nå, der er en anden måde at gøre det på, du kan bruge invers kinematik til at flytte armen ved at give den (x, y) koordinaterne for citronen, og den beregner, hvor meget hver motor skal rotere, så griberen når citronen. Hvor tilstand = 0 er, når startknappen ikke trykkes, så armen er i udgangspositionen, og robotten ikke bevæger sig, mens tilstand = 1 er, når vi trykker på startknappen, og robotten starter.

Omvendt kinematik:

I figurerne er der et eksempel på invers kinematikberegning, du kan se tre skitser, en for den oprindelige position og de to andre for den endelige position. Så som du ser, for den endelige position- uanset hvor den er- er der to muligheder, albue op og albue ned, du kan vælge, hvad du vil.

Lad os tage albuen op som et eksempel, for at få robotten til at flytte til sin position, skal to vinkler beregnes, theta1 og theta2, i figurerne ser du også trinene og ligningerne for at beregne theta1 og theta2.

Bemærk, at hvis forhindringen findes i en afstand på mindre end 10 cm, så bliver citronen grebet og holdt af griberen, endelig skal vi levere den til den endelige position.

Trin 8: Kørsel af robotten

Efter alt det, vi gjorde før, er her videoer af robotten, der arbejder, med sensoren, trykknappen og alt andet, der fungerer, som det skal. Vi lavede også en rystetest på robotten for at sikre, at den er stabil og ledningerne er gode.

Trin 9: Konklusion

Dette projekt gav os en god oplevelse i håndteringen af sådanne projekter. Alligevel kan denne robot ændres og have nogle flere tilføjede værdier, f.eks. Objektdetektering for at opdage citronen, eller måske en tredje grad af frihed, så den kan bevæge sig mellem træer. Vi kan også få det styret af en mobilapplikation eller af tastaturet, så vi flytter det, som vi vil. Vi håber, at du kan lide vores projekt og en særlig tak til vejlederne på Fablab for at hjælpe os.