რობოტული მკლავი გრიპით: 9 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:15

ლიმონის ხეების მოყვანა მძიმე სამუშაოდ ითვლება, ხეების დიდი ზომის გამო და ასევე იმ რეგიონების ცხელი კლიმატის გამო, სადაც ლიმონის ხეები დარგეს. ამიტომაც გვჭირდება სხვა რამ, რაც სოფლის მეურნეობის მუშაკებს დაეხმარება სამუშაოს უფრო იოლად დასრულებაში. ამრიგად, ჩვენ გაჩნდა იდეა, რომ შეემსუბუქებინათ მათი სამუშაო, რობოტული ხელი სახელურით, რომელიც ამოიღებს ლიმონს ხიდან. მკლავი დაახლოებით 50 სმ სიგრძისაა. მუშაობის პრინციპი მარტივია: ჩვენ ვაძლევთ პოზიციას რობოტს, მაშინ ის წავა სწორ ადგილას, ხოლო თუ ლიმონი იქნება, მისი მჭიდი დაჭრის პედუნუკს და ერთდროულად დაიჭერს ლიმონს. შემდეგ, ლიმონი გათავისუფლდება მიწაზე და რობოტი დაუბრუნდება საწყის მდგომარეობას. თავდაპირველად, პროექტი შეიძლება რთული და რთულად შესასრულებელი ჩანდეს. თუმცა, ეს არც ისე რთულია, მაგრამ მას ბევრი შრომა და კარგი დაგეგმვა სჭირდებოდა. ეს უბრალოდ უნდა აშენდეს ერთი რამ მეორეზე. დასაწყისში, ჩვენ შევეჯახეთ გარკვეულ პრობლემებს Covid-19 სიტუაციისა და დისტანციური მუშაობის გამო, მაგრამ შემდეგ ჩვენ გავაკეთეთ ეს და ეს იყო საოცარი.

ეს ინსტრუქცია მიზნად ისახავს გაგიწიოთ რობოტული ხელის შემქმნელის შექმნის პროცესში. პროექტი შეიქმნა და შეიქმნა ჩვენი Bruface Mechatronics პროექტის ნაწილად; ბრიუსელის ფაბლაბში მუშაობა დასრულდა:

-ჰუსეინ მოსლიმანი

-ეს კასტილიო ფერნანდესი

-ჯაიეშ ჯაგადეშ დეშმუხე

-რაფაელ ბოიტი

ნაბიჯი 1: აუცილებელი უნარები

ამრიგად, აქ არის რამოდენიმე უნარი, რომელიც უნდა გქონდეთ ამ პროექტის განსახორციელებლად:

-ელექტრონიკის საფუძვლები

-მიკროკონტროლერების ძირითადი ცოდნა.

-კოდირება C- ენაზე (არდუინო).

-შეეჩვიეთ CAD პროგრამებს, როგორიცაა SolidWorks ან AutoCAD.

-ლაზერული ჭრა

-3D ბეჭდვა

თქვენ ასევე უნდა გქონდეთ მოთმინება და გულუხვი თავისუფალი დრო, ასევე ჩვენ გირჩევთ იმუშაოთ გუნდში, როგორც ჩვენ გავაკეთეთ, ყველაფერი უფრო ადვილი იქნება.

ნაბიჯი 2: CAD დიზაინი

სხვადასხვა ნიმუშის ცდის შემდეგ, ჩვენ საბოლოოდ გადავწყვიტეთ რობოტის დიზაინი, როგორც ეს მოცემულია ფიგურებში, მკლავი თავისუფლების 2 გრადუსია. ძრავები უკავშირდება თითოეული მხრის ლილვს პულელებითა და ქამრებით. ბორბლების გამოყენების მრავალი უპირატესობა არსებობს, რომელთაგან ერთ -ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანია ბრუნვის გაზრდა. პირველი მკლავის პირველ ქამარს აქვს გადაცემათა კოლოფი 2, ხოლო მეორეს გადაცემათა კოლოფი 1.5.

პროექტის რთული ნაწილი იყო Fablab– ში შეზღუდული დრო. ასე რომ, დიზაინის უმეტესობა ადაპტირებული იყო ლაზერული ნაწილის ნაწილებად და მხოლოდ ზოგიერთი დამაკავშირებელი ნაწილი იყო 3D დაბეჭდილი. აქ ნახავთ თანდართულ CAD დიზაინს.

ნაბიჯი 3: გამოყენებული კომპონენტების სია

აქ მოცემულია კომპონენტები, რომლებიც ჩვენ გამოვიყენეთ ჩვენს პროექტში:

I) ელექტრონული კომპონენტები:

-Arduino Uno: ეს არის მიკროკონტროლის დაფა 14 ციფრული შეყვანის/გამომავალი ქინძისთავით (რომელთაგან 6 შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც PWM გამოსასვლელი), 6 ანალოგური შეყვანა, 16 MHz კვარცის კრისტალი, USB კავშირი, დენის ჯეკი, ICSP სათაური, და გადატვირთვის ღილაკი. ჩვენ გამოვიყენეთ ამ ტიპის მიკროკონტროლი, რადგან მისი გამოყენება ადვილია და შეუძლია შეასრულოს საჭირო სამუშაო.

-ორი დიდი სერვო ძრავა (MG996R): არის დახურული მარყუჟის სერვისმექანიზმი, რომელიც იყენებს პოზიციის უკუკავშირს მისი მოძრაობისა და საბოლოო პოზიციის გასაკონტროლებლად. იგი გამოიყენება იარაღის დასაბრუნებლად მას აქვს კარგი ბრუნვის მომენტი, 11 კგ/სმ -მდე, ხოლო ბორბლებისა და ქამრის მიერ გაკეთებული ბრუნვის შემცირების წყალობით ჩვენ შეგვიძლია მივაღწიოთ უფრო მაღალ ბრუნვას, რაც საკმარისზე მეტია იარაღის დასაკავებლად. და ის ფაქტი, რომ ჩვენ არ გვჭირდება 180 გრადუსზე მეტი ბრუნვა, ეს ძრავა ძალიან კარგად გამოსაყენებელია.

-ერთი პატარა სერვო (E3003): არის დახურული მარყუჟის სერვისმექანიზმი, რომელიც იყენებს პოზიციის უკუკავშირს მისი მოძრაობისა და საბოლოო პოზიციის გასაკონტროლებლად. ეს ძრავა გამოიყენება გრიპერის გასაკონტროლებლად, მას აქვს ბრუნვის მომენტი 2.5 კგ/სმ, და იგი გამოიყენება ლიმონის მოჭრისა და დასაჭერად.

-DC ელექტრომომარაგება: ამ ტიპის ელექტრომომარაგება ხელმისაწვდომი იყო fablab– ში და რადგან ჩვენი ძრავა არ მოძრაობს ადგილზე, ამიტომ ელექტრომომარაგება არ უნდა იყოს გამყარებული ერთმანეთთან. ამ დენის წყაროს მთავარი უპირატესობა ისაა, რომ ჩვენ შეგვიძლია გამოვასწოროთ გამომავალი ძაბვა და დენი ისე, როგორც მოგვწონს, ამიტომ არ გვჭირდება ძაბვის რეგულატორი. თუ ამ ტიპის ელექტრომომარაგება არ არის ხელმისაწვდომი, მაგრამ ძვირია. ამის იაფი ალტერნატივა იქნება ბატარეის დამჭერის გამოყენება 8xAA, ძაბვის მარეგულირებელთან ერთად, როგორიცაა 'MF-6402402', რომელიც არის dc to dc გადამყვანი, თქვენთვის საჭირო ძაბვის მისაღებად. მათი ფასი ასევე ნაჩვენებია კომპონენტების ჩამონათვალში.

-პურის დაფა: პლასტიკური დაფა, რომელიც გამოიყენება ელექტრონული კომპონენტების შესანახად. ასევე, ელექტრონიკის დაკავშირება კვების ბლოკთან.

-სადენები: გამოიყენება ელექტრონული კომპონენტების პურის დაფაზე დასაკავშირებლად.

ღილაკზე დაჭერა: იგი გამოიყენება როგორც დაწყების ღილაკი, ასე რომ როდესაც ჩვენ მას ვაჭერთ რობოტი მუშაობს.

ულტრაბგერითი სენსორი: გამოიყენება მანძილის გასაზომად, ის წარმოქმნის მაღალი სიხშირის ხმას და ითვლის დროის ინტერვალს სიგნალის გაგზავნასა და ექოს მიღებას შორის. იგი გამოიყენება იმის დასადგენად, ლიმონი დაიჭირა თუ არა გრიპერმა თუ ის სრიალებს.

II) სხვა კომპონენტები:

პლასტიკური 3D ბეჭდვისთვის

-3 მმ ხის ფურცლები ლაზერული ჭრისთვის

-მეტალის ლილვი

-პირები

-რბილი მასალა: იგი წებოვანია გრიპერის ორივე მხარეს, ამიტომ დამჭერი დაჭრისას ლიმონის ტოტს შეკუმშავს.

-ხრახნები

-ქამარი, რომელიც აკავშირებს პულებს, სტანდარტული 365 T5 ქამარი

-8 მმ წრიული საკისრები, გარე დიამეტრი 22 მმ.

ნაბიჯი 4: 3D ბეჭდვა და ლაზერული ჭრა

Fablab– ში ნაპოვნი ლაზერული ჭრის და 3D ბეჭდვის მანქანების წყალობით, ჩვენ ვაშენებთ იმ ნაწილებს, რაც გვჭირდება ჩვენი რობოტისთვის.

I- ნაწილები, რომლებიც ჩვენ გვქონდა ლაზერული ჭრის არის:

-რობოტის ბაზა

-მხარს უჭერს პირველი მკლავის ძრავას

-მხარს უჭერს პირველ მკლავს

-ფირფიტები 2 იარაღისა

-მჭიდის ბაზა

-კავშირი მჭიდსა და მკლავს შორის.

-გრიპერის ორი მხარე

-მხარს უჭერს საკისრებს, რათა დარწმუნდეს, რომ ისინი არ გადმოხტება ან გადაადგილდებიან თავიანთი პოზიციიდან, ყველა საყრდენი ორ ფენაშია 3 მმ+4 მმ, ვინაიდან ტარების სისქე 7 მმ იყო.

შენიშვნა: თქვენ დაგჭირდებათ ხის 4 მმ -იანი პატარა ფურცელი, ზოგიერთი პატარა ნაწილისთვის, რომელიც მათ ლაზერულად უნდა გაჭრათ. ასევე, თქვენ ნახავთ CAD დიზაინში სისქეს 6 მმ, ან ნებისმიერ სხვა სისქეს, რომელიც 3 – ზე მეტია, მაშინ გჭირდებათ ლაზერული ჭრის ნაწილების მრავალ ფენა 3 მმ – ზე, ანუ თუ არის 6 მმ სისქე, მაშინ გჭირდებათ 2 ფენა თითოეული 3 მმ.

II- ნაწილები, რომლებიც 3D ბეჭდვისთვის გვქონდა:

-ოთხი პულელი: გამოიყენება თითოეული ძრავის მკლავში დასაკავშირებლად, რომლის გადაადგილებაც აუცილებელია.

-მეორე მხრის ძრავის მხარდაჭერა

-მხარი დაუჭირეთ საყრდენს, რომელიც დაფიქსირებულია ქამრის ქვეშ, რათა მოახდინოს მასზე ძალა და გაზარდოს დაძაბულობა. იგი დაკავშირებულია საკისრთან მრგვალი მეტალის ლილვის გამოყენებით.

-ორი მართკუთხა ფირფიტა გრიპერისთვის, რბილ მასალაზეა მოთავსებული, რომ კარგად დაიჭიროს ტოტი და ჰქონდეს ხახუნები, რათა ტოტი არ გადაიჩეხო.

-კვადრატული ლილვი 8 მმ -იანი მრგვალი ხვრელით, პირველი მკლავის ფირფიტების დასაკავშირებლად, ხოლო ხვრელი უნდა დაეყენებინა 8 მმ -იანი ლითონის შახტი, რათა მთელი ლილვი გამძლე ყოფილიყო და გაეძლო მთლიანი ბრუნვის დამუშავება. მრგვალი მეტალის ლილვები უკავშირდებოდა საკისრებს და მკლავის ორივე მხარეს როტაციის ნაწილის დასასრულებლად.

-ექვსკუთხა ფორმის შახტი 8 მმ -იანი მრგვალი ხვრელით იმავე მიზეზით, როგორც კვადრატული ლილვი

-დამჭერები, რომლებიც მხარს უჭერენ პულებს და თითოეული მკლავის ფირფიტებს კარგად თავიანთ ადგილას.

CAD– ის სამ ფიგურაში თქვენ კარგად გესმით, თუ როგორ არის აწყობილი სისტემა და როგორ ხდება ლილვების შეერთება და მხარდაჭერა. თქვენ ხედავთ, როგორ უკავშირდება კვადრატული და ექვსკუთხა ლილვები მკლავს და როგორ უკავშირდება ისინი საყრდენებს მეტალის ლილვის გამოყენებით. მთელი შეკრება მოცემულია ამ ციფრებში.

ნაბიჯი 5: მექანიკური შეკრება

მთელი რობოტის შეკრებას აქვს 3 ძირითადი ნაბიჯი, რომელიც უნდა აიხსნას, ჯერ ჩვენ ვაგროვებთ საფუძველს და პირველ მკლავს, შემდეგ მეორე მკლავს პირველს და ბოლოს მჭიდს მეორე მკლავზე.

ბაზისა და პირველი მკლავის შეკრება:

პირველ რიგში, მომხმარებელმა უნდა შეკრიბოს შემდეგი ნაწილები ცალკე:

-სახსრების ორი მხარე საკისრებით შიგნით.

-ძრავის მხარდაჭერა ძრავით და პატარა პულე.

-სიმეტრიული საყრდენი პატარა ტალღისთვის.

-კვადრატული ლილვი, დიდი ტალღა, მკლავი და დამჭერები.

-"დაძაბულობის" საყრდენი მხარს უჭერს საყრდენ ფირფიტას. შემდეგ დაამატეთ საყრდენი და ლილვი.

ახლა, ყველა ქვე-შეკრება არის ადგილი ერთმანეთთან დასაკავშირებლად.

შენიშვნა: დავრწმუნდეთ, რომ ჩვენ ვიღებთ დაძაბულობას სარტყელში, ძრავის პოზიცია შეიძლება მორგებული იყოს, ჩვენ გვაქვს მოგრძო ხვრელი ისე, რომ პულებს შორის მანძილი შეიძლება გაიზარდოს ან შემცირდეს და როდესაც ჩვენ ვამოწმებთ, რომ დაძაბულობა კარგია, ჩვენ ძრავას ვამაგრებთ ძირზე ჭანჭიკებით და კარგად ვაფიქსირებთ მას. გარდა ამისა, საყრდენი დაფიქსირდა იმ ადგილას, სადაც ის ახდენს ძალას ქამარზე დაძაბულობის გასაზრდელად, ასე რომ, როდესაც ქამარი მოძრაობს, ტარება ბრუნავს და ხახუნის პრობლემა არ არსებობს.

მეორე მხარის შეკრება პირველისათვის:

ნაწილები ცალკე უნდა იყოს აწყობილი:

-მარჯვენა მკლავი, ძრავით, მისი საყრდენით, საკეტით და ასევე საყრდენით და მისი დამხმარე ნაწილებით. ხრახნი ასევე არის ჩასმული, რათა დაფიქსირდეს პულტი შახტზე, როგორც წინა მონაკვეთზე.

-მარცხენა მკლავი ორი საკისრით და მათი საყრდენებით.

-დიდი მარყუჟი შეიძლება დაიხუროს ექვსკუთხა შახტზე, ისევე როგორც ზედა მკლავებზე და დამჭერები შექმნილია მათი პოზიციის დასაფიქსირებლად.

შემდეგ ჩვენ გვაქვს მეორე მკლავი მზად, რომ მოთავსდეს თავის პოზიციაზე, მეორე მკლავის ძრავა მოთავსებულია პირველზე, მისი პოზიცია ასევე რეგულირდება სრულყოფილი დაძაბულობის მისაღწევად და ქამრის სრიალის თავიდან ასაცილებლად, შემდეგ ძრავა ფიქსირდება ქამარი ამ პოზიციაზე.

გრიპერის შეკრება:

ამ გრიპერის შეკრება ადვილი და სწრაფია. რაც შეეხება წინა შეკრებას, ნაწილები შეიძლება შეიკრიბოს ცალკე, სანამ არ დაიმაგრება მთელ მკლავზე:

-მიამაგრეთ მოძრავი ყბა ძრავის ლილვზე, პლასტიკური ნაწილის დახმარებით, რომელიც მოყვება ძრავას.

-გამახვილეთ ძრავა საყრდენზე.

-დაახვიეთ სენსორის საყრდენი საყრდენის საყრდენში.

-განათავსეთ სენსორი მის საყრდენში.

-განათავსეთ რბილი მასალა საყრდენზე და დააფიქსირეთ მათზე 3D ნაბეჭდი ნაწილი

სამაგრი შეიძლება ადვილად შეიკრიბოს მეორე მკლავში, მხოლოდ ლაზერული საჭრელი ნაწილი უჭერს მხრის საყრდენის ძირს.

ყველაზე მნიშვნელოვანი იყო პირების დალაგება მკლავის თავზე და რა მანძილზეა ის პირები გრიპის გარეთ, ასე რომ, ეს გაკეთდა საცდელი და შეცდომით მანამ, სანამ არ მივაღწევთ ყველაზე ეფექტურ ადგილს, რომელსაც ვიღებთ პირებისთვის, სადაც ჭრა და დაჭერა უნდა მოხდეს თითქმის ერთსა და იმავე დროს.

ნაბიჯი 6: ელექტრონული კომპონენტების კავშირი

ამ წრეში ჩვენ გვაქვს სამი სერვო ძრავა, ერთი ულტრაბგერითი სენსორი, ერთი ღილაკი, არდუინო და კვების ბლოკი.

ელექტროენერგიის მიწოდება შეიძლება მორგებული იყოს როგორც ჩვენ გვინდა, და რადგანაც ყველა სერვერი და ულტრაბგერითი მუშაობს 5 ვოლტზე, ამიტომ არ არის საჭირო ძაბვის მარეგულირებელი, ჩვენ შეგვიძლია მხოლოდ დავადგინოთ ელექტროენერგიის მიწოდება 5 ვ.

თითოეული სერვო უნდა იყოს დაკავშირებული Vcc (+5V), მიწასთან და სიგნალთან. ულტრაბგერითი სენსორი აქვს 4 ქინძისთავს, ერთი დაკავშირებულია Vcc– თან, ერთი მიწასთან, ხოლო მეორე ორი ქინძისთავები არის გამომწვევი და ექოს ქინძისთავები, ისინი უნდა იყოს დაკავშირებული ციფრულ პინებთან. ღილაკი დაკავშირებულია მიწასთან და ციფრულ პინთან.

არდუინოსთვის, მან უნდა ილაპარაკოს თავისი ენერგიის წყაროსგან, მას არ შეუძლია ლეპტოპიდან ან მისი კაბელიდან, მას უნდა ჰქონდეს იგივე საფუძველი, როგორც მასთან დაკავშირებული ელექტრონული კომპონენტები.

!! მნიშვნელოვანი შენიშვნები !!:

- თქვენ უნდა დაამატოთ სიმძლავრის გადამყვანი, ხოლო სიმძლავრე ვინს 7 ვ -ით.

-გთხოვთ დარწმუნდით, რომ ამ კავშირის საშუალებით თქვენ უნდა ამოიღოთ Arduino პორტი თქვენი კომპიუტერიდან მისი დაწვის მიზნით, წინააღმდეგ შემთხვევაში არ უნდა გამოიყენოთ 5V გამომავალი პინი შესასვლელად.

ნაბიჯი 7: Arduino კოდი და ნაკადის სქემა

ამ რობოტიზირებული მკლავის მიზანი არის ლიმონის შეგროვება და სხვაგან დაყენება, ასე რომ როდესაც რობოტი ჩართულია, ჩვენ უნდა დავაჭიროთ დაწყების ღილაკს და შემდეგ ის მიდის გარკვეულ პოზიციაზე, სადაც ლიმონი გვხვდება, თუ იჭერს ლიმონს, დამჭერი წავა საბოლოო პოზიციაზე, რომ ლიმონი თავის ადგილას დააყენოს, ჩვენ შევარჩიეთ საბოლოო პოზიცია ჰორიზონტალურ დონეზე, სადაც ბრუნვის საჭირო მომენტი მაქსიმალურია, რათა დავამტკიცოთ, რომ მჭიდი საკმარისად ძლიერია.

როგორ შეიძლება რობოტმა მიაღწიოს ლიმონს:

ჩვენს მიერ განხორციელებულ პროექტში ჩვენ უბრალოდ ვთხოვთ რობოტს, გადაიტანოს მკლავები გარკვეულ პოზიციაში, სადაც ლიმონს ვდებთ. ამის სხვა გზა არსებობს, თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ შებრუნებული კინემატიკა მკლავის გადასატანად, ლიმნის (x, y) კოორდინატების მიცემით და ის ითვლის, თუ რამდენი ბრუნავს თითოეულ ძრავას, რათა მჭიდი მიაღწიოს ლიმონს. რა სად არის მდგომარეობა = 0, როდესაც დაწყების ღილაკს არ უბიძგებენ, ასე რომ მკლავი საწყის მდგომარეობაშია და რობოტი არ მოძრაობს, ხოლო მდგომარეობა = 1 არის, როდესაც ჩვენ ვაჭერთ დაწყების ღილაკს და რობოტი იწყებს მუშაობას.

ინვერსიული კინემატიკა:

ფიგურებში არის შებრუნებული კინემატიკის გაანგარიშების მაგალითი, თქვენ შეგიძლიათ ნახოთ სამი ესკიზი, ერთი საწყისი პოზიციისთვის და მეორე ორი საბოლოო პოზიციისთვის. როგორც ხედავთ, საბოლოო პოზიციისთვის- არ აქვს მნიშვნელობა სად არის- არსებობს ორი შესაძლებლობა, იდაყვის ზემოთ და იდაყვის ქვემოთ, თქვენ შეგიძლიათ აირჩიოთ რაც გსურთ.

ავიღოთ იდაყვი, როგორც მაგალითი, რომ რობოტი გადავიდეს თავის პოზიციაზე, უნდა გამოითვალოს ორი კუთხე, theta1 და theta2, ფიგურებში ასევე ხედავთ ნაბიჯებს და განტოლებებს theta1 და theta2 გამოსათვლელად.

გაითვალისწინეთ, რომ თუ დაბრკოლება აღმოჩენილია 10 სმ -ზე ნაკლებ მანძილზე, მაშინ ლიმონს იჭერენ და იჭერენ გრიპერს, საბოლოოდ ჩვენ უნდა მივიყვანოთ იგი საბოლოო პოზიციაზე.

ნაბიჯი 8: რობოტის გაშვება

ყოველივე ამის შემდეგ, რაც ადრე გავაკეთეთ, აქ არის რობოტის ამსახველი ვიდეოები, სენსორით, ღილაკით და ყველაფერი დანარჩენი მუშაობს ისე, როგორც უნდა. ჩვენ ასევე ჩავატარეთ შერყევის ტესტი რობოტზე, რათა დავრწმუნდეთ, რომ ის სტაბილურია და გაყვანილობა კარგია.

ნაბიჯი 9: დასკვნა

ამ პროექტმა მოგვცა კარგი გამოცდილება მსგავს პროექტებთან მუშაობისას. მიუხედავად ამისა, ეს რობოტი შეიძლება შეიცვალოს და ჰქონდეს კიდევ რამდენიმე დამატებითი ღირებულება, როგორიცაა ობიექტის ამოცნობა ლიმონის გამოსაძიებლად, ან შესაძლოა თავისუფლების მესამე ხარისხი, რათა ის ხეებს შორის გადაადგილდეს. ასევე, ჩვენ შეგვიძლია ვაკონტროლოთ ის მობილური აპლიკაციით ან კლავიატურით, რათა გადავიტანოთ როგორც გვსურს. ვიმედოვნებთ, რომ მოგწონთ ჩვენი პროექტი და განსაკუთრებული მადლობა Fablab– ის ზედამხედველებს, რომ დაგვეხმარნენ.