זרוע רובוטית עם אחיזה: 9 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:11

קצירת עצי לימון נחשבת לעבודה קשה, בשל גודלם הגדול של העצים וגם בשל האקלים החם של האזורים בהם נטועים עצי לימון. לכן אנו זקוקים למשהו אחר שיעזור לעובדים החקלאיים להשלים את עבודתם ביתר קלות. לכן, הגענו לרעיון להקל על עבודתם, זרוע רובוטית עם אחיזת קולף את הלימון מהעץ. אורך הזרוע כ- 50 ס מ. עקרון העבודה פשוט: אנו נותנים עמדה לרובוט, ואז הוא ילך למקום הנכון, ואם יש לימון, התופס שלו יחתוך את הפדון ויחטוף את הלימון בו זמנית. לאחר מכן, הלימון ישוחרר על הקרקע והרובוט יחזור למיקומו הראשוני. בהתחלה הפרויקט עשוי להיראות מורכב וקשה לביצוע. עם זאת, זה לא כל כך מורכב, אבל זה היה צריך הרבה עבודה קשה ותכנון טוב. צריך רק לבנות דבר אחד על פני דבר אחר. בהתחלה, התמודדנו עם כמה בעיות עקב המצב covid-19 והעבודה מרחוק, אבל אז עשינו את זה, וזה היה מדהים.

מטרת מדריך זה היא להדריך אותך בתהליך יצירת זרוע רובוטית עם תופס. הפרויקט תוכנן והונדס כחלק מפרויקט Bruface Mechatronics שלנו; העבודה בוצעה ב- Fablab בריסל על ידי:

-הוסין מוסלמני

-אינס קסטילו פרננדז

-ג'ייש ג'גדש דשמוש

-רפאל בויט

שלב 1: כישורים נדרשים

אז, הנה כמה מיומנויות שאתה צריך כדי לבצע את הפרויקט הזה:

-יסודות האלקטרוניקה

-ידע בסיסי של בקרי מיקרו.

-קידוד בשפת C (Arduino).

-היה רגיל לתוכנות CAD, כגון SolidWorks או AutoCAD.

-חיתוך בלייזר

הדפסה בתלת מימד

אתה צריך גם להיות בעל סבלנות וכמות נדיבה של זמן פנוי, כמו כן אנו ממליצים לך לעבוד בצוות כפי שעשינו, הכל יהיה קל יותר.

שלב 2: עיצוב CAD

לאחר שניסינו דוגמאות שונות, החלטנו סוף סוף לעצב את הרובוט כפי שמוצג באיורים, הזרוע היא 2 דרגות חופש. המנועים מחוברים לפיר של כל זרוע באמצעות גלגלות וחגורות. ישנם יתרונות רבים בשימוש בגלגלות, אחד החשובים שבהם הוא הגדלת המומנט. לחגורת הגלגלת הראשונה של הזרוע הראשונה יש יחס הילוכים של 2, והשנייה עם יחס הילוך של 1.5.

החלק הקשה בפרויקט היה זמן מוגבל ב- Fablab. אז, רוב העיצובים הותאמו להיות חלקים חתוכים בלייזר ורק חלקים מחוברים הודפסו בתלת מימד. כאן תוכלו למצוא את עיצוב ה- CAD המצורף.

שלב 3: רשימת הרכיבים המשמשים

להלן הרכיבים בהם השתמשנו בפרויקט שלנו:

ט) רכיבים אלקטרוניים:

-ארדואינו אונו: זהו לוח מיקרו -בקר עם 14 סיכות קלט/פלט דיגיטליות (מתוכן 6 יכולות לשמש כפלט PWM), 6 כניסות אנלוגיות, קריסטל קוורץ 16 מגה -הרץ, חיבור USB, שקע חשמל, כותרת ICSP, וכפתור איפוס. השתמשנו בבקר מסוג זה מכיוון שהוא קל לשימוש ויכול לבצע את העבודה הנדרשת.

-שני מנוע סרוו גדול (MG996R): הוא מנגנון סרוו של לולאה סגורה שמשתמש במשוב מיקום כדי לשלוט בתנועתו ובמיקום הסופי שלו. הוא משמש לסיבוב הזרועות יש לו מומנט טוב, עד 11 ק"ג/ס"מ, ובזכות הפחתת המומנט שנעשית על ידי הגלגלות והחגורה נוכל להגיע למומנט גבוה יותר וזה מספיק להספיק את הזרועות. והעובדה שאנחנו לא צריכים יותר מ -180 מעלות סיבובים, המנוע הזה טוב מאוד לשימוש.

סרוו קטן אחד (E3003): הוא מנגנון סרוו של לולאה סגורה שמשתמש במשוב מיקום כדי לשלוט בתנועתו ובמיקומו הסופי. מנוע זה משמש לשליטה באוחז, יש לו מומנט של 2.5 ק"ג/ס"מ, והוא משמש לחיתוך ותפיסה של הלימון.

אספקת חשמל DC: סוג זה של ספק כוח היה זמין ב- fablab, ומכיוון שהמנוע שלנו לא זז על הקרקע, כך שאספקת החשמל לא צריכה להיצמד זה לזה. היתרון העיקרי של ספק הכוח הזה הוא שנוכל להתאים את מתח היציאה והזרם כרצוננו, כך שאין צורך בווסת מתח. אם ספק כוח זה אינו זמין, אך הוא יקר. אלטרנטיבה זולה לכך תהיה שימוש במחזיק סוללות 8xAA, יחד עם ווסת מתח כגון 'MF-6402402' שהוא ממיר DC ל- DC, כדי להשיג את המתח הדרוש לך. המחיר שלהם מוצג גם ברשימת הרכיבים.

-קרש: לוח פלסטיק המשמש לאחיזת רכיבים אלקטרוניים. כמו כן, כדי לחבר את האלקטרוניקה לספק הכוח.

-חוטים: משמש לחיבור הרכיבים האלקטרוניים ללוח הלחם.

כפתור לחיצה: הוא משמש ככפתור ההתחלה, כך שכאשר אנו לוחצים עליו הרובוט עובד.

חיישן אולטראסוני: משמש למדידת מרחק, הוא מייצר צליל בתדירות גבוהה ומחשב את מרווח הזמן בין שליחת האות לבין קבלת הד. הוא משמש כדי לזהות אם הלימון הוחזק בידי הגריפר או שהוא מחליק.

II) רכיבים אחרים:

-פלסטיק להדפסה תלת מימדית

-3 מ מ עץ לחיתוך בלייזר

-פיר מתכתי

-בלדים

-חומר רך: הוא מודבק לשני צידי האחיזה, כך שהאוחז דוחס את ענף הלימון תוך חיתוך שלו.

-ברגים

-חגורה לחיבור גלגלות, חגורת 365 T5 רגילה

מיסבים עגולים -8 מ"מ, הקוטר החיצוני הוא 22 מ"מ.

שלב 4: הדפסה תלת מימדית וחיתוך בלייזר

הודות למכונות חיתוך הלייזר והדפסה תלת מימדית שנמצאו ב- Fablab, אנו בונים את החלקים הדרושים לנו עבור הרובוט שלנו.

חלקים שחייבים לחתוך בלייזר הם:

-בסיס הרובוט

-תומך במנוע הזרוע הראשונה

-תמיכה בזרוע הראשונה

-לוחות של 2 הזרועות

-בסיס התופס

-חיבור בין האוחז לזרוע.

-שני צדי האחיזה

-תומכים במיסבים, כדי לוודא שהם לא מחליקים או זזים ממיקומם, כל ההתאמות של המיסבים הן בשתי שכבות 3 מ"מ+4 מ"מ, מכיוון שעובי המיסב היה 7 מ"מ.

הערה: תזדקק לדף עץ קטן בגודל 4 מ"מ, לכמה חלקים קטנים שהם צריכים לחתוך בלייזר. כמו כן, תמצא בעיצוב CAD עובי שהוא 6 מ"מ, או כל עובי אחר שהוא מרובה של 3, אז אתה צריך מספר שכבות של חלקים חתוכים בלייזר בגודל 3 מ"מ, כלומר אם יש עובי של 6 מ"מ, אז אתה צריך 2 שכבות 3 מ"מ כל אחד.

II- חלקים שהיינו צריכים להדפיס בתלת מימד:

-ארבע הגלגלות: משמשות לחיבור כל מנוע לזרוע שהיא אחראית להזיז.

-תמיכה במנוע הזרוע השנייה

-תמיכה עבור הנושא על בסיס, שהוא קבוע מתחת לחגורה בכדי לכפות עליו ולהגביר את המתח. הוא מחובר למיסב באמצעות פיר מתכתי עגול.

-שתי צלחות מלבניות לתופס, מונחות על החומר הרך כדי להחזיק היטב את הענף ולחיות חיכוך כך שהענף לא יחליק.

פיר מרובע עם חור עגול 8 מ"מ, לחיבור צלחות הזרוע הראשונה, והחור היה להכניס פיר מתכתי 8 מ"מ כדי להפוך את הפיר כולו לחזק ויכול להתמודד עם המומנט הכולל. הפירים המתכתיים העגולים היו מחוברים למסבים ולשני צידי הזרוע להשלמת החלק הסיבובי.

פיר צורה משושה עם חור עגול 8 מ מ מאותה סיבה כמו הפיר המרובע

מהדקים לתמיכת הגלגלות והצלחות של כל זרוע היטב במקומותיהם.

בשלוש הדמויות של CAD, אתה יכול להבין היטב כיצד המערכת מורכבת וכיצד המחברים מחוברים ותומכים. אתה יכול לראות כיצד הפירים המרובעים והמשושים מחוברים לזרוע וכיצד הם מחוברים לתומכים באמצעות הפיר המתכתי. האסיפה כולה מופיעה באיורים אלה.

שלב 5: הרכבה מכנית

להרכבת הרובוט כולו יש 3 שלבים עיקריים שיש להסביר, ראשית, אנו מרכיבים את הבסיס ואת הזרוע הראשונה, אחר כך את הזרוע השנייה לראשונה, ולבסוף את האוחז בזרוע השנייה.

הרכבת הבסיס והזרוע הראשונה:

ראשית, על המשתמש להרכיב את החלקים הבאים בנפרד:

-שני צדי המפרקים עם המסבים בפנים.

-תמיכת המנוע עם המנוע, והגלגלת הקטנה.

-התמיכה הסימטרית של הגלגלת הקטנה.

הפיר המרובע, הגלגלת הגדולה, הזרוע והמהדקים.

מיסב "המתח" תומך בלוח התומך. לאחר מכן הוספת המיסב והפיר.

כעת, כל מכלול משנה קיים כדי להתחבר יחד.

הערה: כדי לוודא שאנו מקבלים את המתח בחגורה שאנו רוצים, ניתן להתאים את מיקום המנוע על בסיס, יש לנו חור מוארך כך שניתן להגדיל או להקטין את המרחק בין הגלגלות וכאשר אנו בודקים כי המתח טוב, אנו מחברים את המנוע לבסיס באמצעות ברגים ומתקנים אותו היטב. בנוסף לכך, מיסב היה קבוע על בסיס במקום בו הוא גורם לכוח על החגורה כדי להגביר את המתח, כך שכאשר החגורה נעה המסב מסתובב, ואין בעיות חיכוך.

הרכבה של הזרוע השנייה לזרועה הראשונה:

יש להרכיב את החלקים בנפרד:

-הזרוע הימנית, עם המנוע, התמיכה שלה, הגלגלת, כמו גם עם המסב וחלקי התמיכה שלו. בורג מוכנס גם לתיקון הגלגלת לפיר כמו לסעיף הקודם.

זרוע שמאל עם שני המסבים ותמיכותיהם.

-הגלגלת הגדולה יכולה להיות החלקה על הציר המשושה כמו גם על הזרועות העליונות, והמהדקים שנועדו לתקן את מיקומם.

אז יש לנו את הזרוע השנייה מוכנה להצבה במיקומה, המנוע של הזרוע השנייה מונח על הראשונה, גם מיקומה מתכוונן כדי להגיע למתח המושלם ולהימנע מהחלקה של החגורה, ואז המנוע קבוע עם חגורה במצב זה.

הרכבה של האוחז:

ההרכבה של האוחז היא קלה ומהירה. באשר להרכבה הקודמת, ניתן להרכיב את החלקים לבד לפני שהם מחוברים לזרוע המלאה:

-חבר את הלסת הנעת לפיר המנוע, בעזרת החלק הפלסטי שמגיע עם המנוע.

-הברג את המנוע לתמיכה.

-הברג את תמיכת החיישן לתמיכת האחיזה.

-הכנס את החיישן לתמיכה שלו.

-שים את החומר הרך על האוחז, ותקן מעליהם את החלק המודפס בתלת מימד

ניתן להרכיב את האוחז בקלות לזרוע השנייה, רק חלק חותך לייזר תומך בבסיס האוחז ביד.

הדבר החשוב ביותר היה כוונון הלהבים על גבי הזרוע ובאיזה מרחק הלהבים נמצאים מחוץ לתפס, כך שנעשה על ידי ניסוי וטעייה עד שנגיע למקום היעיל ביותר שנוכל להשיג עבור הלהבים בהם חיתוך ו אחיזה צריכה להתרחש כמעט באותו הזמן.

שלב 6: חיבור רכיבים אלקטרוניים

במעגל זה, יש לנו שלושה מנועי סרוו, חיישן קולי אחד, כפתור לחיצה אחד, ארדואינו ואספקת חשמל.

ניתן להתאים את תפוקת אספקת החשמל כרצוננו, ומכיוון שכל הסרווואים והקולי פועלים על 5 וולט, כך שאין צורך בווסת מתח, אנו יכולים רק לווסת את תפוקת אספקת החשמל להיות 5V.

כל סרוו צריך להיות מחובר ל- Vcc (+5V), לאדמה ולאות. לחיישן הקולי יש 4 סיכות, אחת מחוברת ל- Vcc, אחת לקרקע ושני הסיכות האחרות הן סיכות הדק והד, הן צריכות להיות מחוברות לסיכות דיגיטליות. כפתור הלחיצה מחובר לקרקע ולסיכה דיגיטלית.

עבור הארדואינו, הוא צריך לדבר על כוחו ממקור החשמל, הוא לא יכול להפעיל מהמחשב הנייד או מהכבל שלו, הוא צריך להיות בעל אותו הקרקע כמו הרכיבים האלקטרוניים המחוברים אליו.

!!הערות חשובות!!:

- עליך להוסיף ממיר כוח והספק ל- Vin עם 7V.

-אנא ודא שעם חיבור זה, עליך להסיר את יציאת ה- Arduino מהמחשב שלך על מנת לשרוף אותו, אחרת אל תשתמש בסיכת הפלט 5V כקלט.

שלב 7: קוד Arduino ותרשים זרימה

מטרת הזרוע הרובוטית הזו עם אחיזה היא לאסוף לימון ולשים אותו במקום אחר, כך שכאשר הרובוט דולק, עלינו ללחוץ על כפתור ההתחלה ואז הוא עובר למיקום מסוים בו נמצא הלימון, אם הוא נמצא אוחז בלימון, הלוחץ יגיע למיקום סופי כדי לשים את הלימון במקומו, בחרנו את המיקום הסופי ברמה האופקית, שם המומנט הדרוש הוא מקסימלי, כדי להוכיח שהלוחט חזק מספיק.

כיצד יכול הרובוט להגיע ללימון:

בפרויקט שעשינו, אנו פשוט מבקשים מהרובוט להזיז את הזרועות למיקום מסוים בו אנו שמים את הלימון. ובכן, יש דרך נוספת לעשות זאת, אתה יכול להשתמש בקינמטיקה הפוכה כדי להזיז את הזרוע, על ידי מתן לה את הקואורדינטות (x, y) של הלימון, והיא מחשבת כמה כל מנוע צריך לסובב כדי שהאוחז יגיע ללימון. איפה מצב = 0 הוא כאשר כפתור ההתחלה לא נלחץ ולכן הזרוע נמצאת במיקום ההתחלתי והרובוט לא זז, ואילו מצב = 1 הוא כאשר אנו לוחצים על כפתור ההתחלה והרובוט מתחיל.

קינמטיקה הפוכה:

בדמויות יש דוגמה לחישוב קינמטיקה הפוכה, ניתן לראות שלוש סקיצות, אחת למיקום ההתחלתי ושתי האחרות למיקום הסופי. אז כפי שאתה רואה, לעמדה הסופית- לא משנה היכן היא- יש שתי אפשרויות, מרפק למעלה ומרפק למטה, אתה יכול לבחור מה שאתה רוצה.

בואו ניקח את המרפק למעלה כדוגמה, כדי לגרום לרובוט לנוע למיקומו, יש לחשב שתי זוויות, theta1 ו- theta2, בדמויות גם אתה רואה את השלבים והמשוואות לחישוב theta1 ו- theta2.

שים לב שאם המכשול נמצא במרחק של פחות מ -10 ס מ, אז הלימון אוחז ומוחזק בידי האוחז, לבסוף עלינו להעביר אותו למיקום הסופי.

שלב 8: הפעלת הרובוט

אחרי כל מה שעשינו קודם, להלן סרטונים של הרובוט שעובד, עם החיישן, הלחצן וכל השאר עובד כמו שצריך. עשינו גם בדיקת רעד על הרובוט, כדי לוודא שהוא יציב והחיווט טוב.

שלב 9: מסקנה

פרויקט זה נתן לנו ניסיון טוב בהתמודדות עם פרויקטים כאלה. עם זאת, ניתן לשנות את הרובוט הזה ולתת לו עוד כמה ערכים נוספים כגון זיהוי אובייקטים לזיהוי הלימון, או אולי דרגה שלישית של חופש כדי שינוע בין עצים. כמו כן, אנו יכולים להפוך אותו לשליט על ידי אפליקציה לנייד או על ידי המקלדת, כך שנזיז אותו כרצוננו. אנו מקווים שאהבתם את הפרויקט שלנו ותודה מיוחדת למפקחים ב- Fablab שעזרו לנו.