Robotkar markolattal: 9 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

A citromfák betakarítása kemény munkának minősül, a fák nagy mérete és a citromfák ültetésének régiói forró éghajlata miatt. Ezért kell valami más, hogy segítsük a mezőgazdasági dolgozókat, hogy könnyebben elvégezhessék munkájukat. Tehát ötletünk támadt, hogy megkönnyítsük a munkájukat, egy robotkar fogóval, amely leszedi a citromot a fáról. A kar körülbelül 50 cm hosszú. A működési elv egyszerű: pozíciót adunk a robotnak, akkor a megfelelő helyre fog menni, és ha van citrom, akkor a fogója elvágja a kocsányt, és egyszerre megragadja a citromot. Ezután a citrom felszabadul a talajra, és a robot visszatér eredeti helyzetébe. Elsőre a projekt bonyolultnak és nehéznek tűnhet. Ez azonban nem olyan bonyolult, mégis sok kemény munkát és jó tervezést igényelt. Csak fel kell építeni egyik dolgot a másik fölé. Kezdetben néhány problémával szembesültünk a covid-19 helyzet és a távmunka miatt, de aztán megtettük, és elképesztő volt.

Ez az oktatható útmutató célja, hogy végigvezesse a robotkar és a markoló létrehozásának folyamatán. A projektet a Bruface Mechatronics projektünk részeként terveztük és terveztük; a munkát Fablab Brüsszelben végezte el:

-Huszein Moszlimani

-Inès Castillo Fernandez

-Jayesh Jagadesh Deshmukhe

-Raphaël Boitte

1. lépés: Szükséges készségek

Tehát itt van néhány készség, amellyel rendelkeznie kell a projekt végrehajtásához:

-Az elektronika alapjai

-A mikrovezérlők alapismerete.

-Kódolás C-nyelven (Arduino).

-Szokjon a CAD szoftverekhez, mint például a SolidWorks vagy az AutoCAD.

-Lézervágás

-3D nyomtatás

Türelemmel és bő szabadidővel is rendelkeznie kell, azt is javasoljuk, hogy dolgozzon csapatban, mint mi, minden könnyebb lesz.

2. lépés: CAD tervezés

A különböző minták kipróbálása után végül úgy döntöttünk, hogy a robotot az ábrák szerint tervezzük, a kar 2 szabadságfok. A motorokat szíjak és szíjtárcsák kötik össze az egyes karok tengelyével. A szíjtárcsák használatának számos előnye van, az egyik legfontosabb a nyomaték növelése. Az első kar első szíjtárcsájának szíja 2, a másodiké 1,5.

A projekt nehéz része a Fablab korlátozott ideje volt. Tehát a tervek nagy részét lézervágott alkatrészekhez igazították, és csak néhány összekötő részt 3D -ben nyomtattak. Itt találja a mellékelt CAD tervezést.

3. lépés: A felhasznált összetevők listája

Íme az összetevők, amelyeket a projektünkben használtunk:

I) Elektronikus alkatrészek:

-Arduino Uno: Ez egy mikrovezérlő kártya 14 digitális bemeneti/kimeneti tűvel (ebből 6 használható PWM kimenetként), 6 analóg bemenettel, 16 MHz -es kvarckristály, USB -csatlakozó, hálózati csatlakozó, ICSP fejléc, és egy reset gombot. Ezt a típusú mikrovezérlőt használtuk, mivel könnyen használható és elvégezheti a szükséges munkát.

-Két nagy szervomotor (MG996R): egy zárt hurkú szervomechanizmus, amely helyzetvisszajelzést használ a mozgásának és a végső helyzetének szabályozására. A karok forgatására használják. Jó nyomatéka van, akár 11 kg/cm, és a szíjtárcsák és a szíj által végzett nyomatékcsökkentésnek köszönhetően nagyobb nyomatékot érhetünk el, ami több mint elegendő a karok tartásához. És az a tény, hogy nincs szükségünk 180 foknál nagyobb fordulatra, ez a motor nagyon jól használható.

-Egy kis szervó (E3003): egy zárt hurkú szervomechanizmus, amely helyzetvisszajelzést használ a mozgásának és a végső helyzetének szabályozására. Ez a motor a fogó vezérlésére szolgál, nyomatéka 2,5 kg/cm, és a citrom vágására és megragadására szolgál.

-DC tápegység: Ez a fajta tápegység kapható volt a fablabnál, és mivel motorunk nem mozog a talajon, így a tápegységnek nem kell egymáshoz ragaszkodnia. Ennek a tápegységnek a fő előnye, hogy tetszés szerint beállíthatjuk a kimeneti feszültséget és áramot, így nincs szükség feszültségszabályozóra. Ha ilyen típusú tápegységek nem állnak rendelkezésre, de drágák. Ennek olcsó alternatívája lehet, ha 8xAA elemtartót használ egy feszültségszabályzóval, például „MF-6402402”, amely egyenáramú egyenáramú átalakító, hogy megkapja a szükséges feszültséget. Az áruk az alkatrészek listájában is megjelenik.

-Kenyértábla: Műanyag tábla elektronikus alkatrészek tartására. Ezenkívül az elektronika csatlakoztatása a tápegységhez.

-Vezetékek: Az elektronikus alkatrészek csatlakoztatására szolgál a kenyértáblához.

-Nyomógomb: Indítógombként használják, így amikor megnyomjuk, a robot működik.

-Ultrahangos érzékelő: A távolság mérésére szolgál, nagyfrekvenciás hangot generál, és kiszámítja a jelküldés és a visszhang fogadása közötti időintervallumot. Annak megállapítására szolgál, hogy a citromot a fogó tartotta -e, vagy elcsúszik -e.

II) Egyéb összetevők:

-Műanyag 3D nyomtatáshoz

-3 mm -es falapok lézeres vágáshoz

-Fém tengely

-Pengék

-Lágy anyag: A fogó mindkét oldalára van ragasztva, így a markolat összenyomja a citromágat vágás közben.

-Csavarok

-szíj a szíjtárcsák csatlakoztatásához, szabványos 365 T5 öv

-8 mm -es körcsapágyak, külső átmérője 22 mm.

4. lépés: 3D nyomtatás és lézervágás

A Fablabban található lézervágó és 3D nyomtatógépeknek köszönhetően megépítjük a robotunkhoz szükséges alkatrészeket.

I- A lézerrel vágott alkatrészek a következők:

-A robot alapja

-Támogatja az első kar motorját

-Az első kar alátámasztása

-A 2 kar tányérjai

-A fogó alapja

-Kapcsolat a fogó és a kar között.

-A fogó két oldala

-Támogatja a csapágyakat, hogy ne csússzanak el vagy mozduljanak el a helyzetükből, minden csapágy illeszkedik két rétegből, 3 mm+4 mm, mivel a csapágy vastagsága 7 mm volt.

Megjegyzés: szüksége lesz egy kis, 4 mm -es falapra, néhány apró részhez, amelyeket lézerrel kell vágni. Ezenkívül a CAD kivitelben 6 mm vastagságot vagy bármilyen más vastagságot talál, amely 3 -szoros, akkor több réteg lézervágott alkatrészre van szüksége 3 mm -nél, azaz ha 6 mm vastagságú, akkor 2 rétegre van szüksége Egyenként 3 mm.

II- A 3D nyomtatáshoz szükséges alkatrészek:

-A négy szíjtárcsa: minden egyes motort a karhoz kell csatlakoztatni, amelyet mozgatni kell.

-A második kar motorjának támogatása

-a csapágy alapja, amely az öv alá van rögzítve, hogy erőt gyakoroljon rá és növelje a feszültséget. Egy kerek fém tengely segítségével csatlakozik a csapágyhoz.

-Két téglalap alakú lemez a fogó számára, amelyeket a puha anyagra helyeznek, hogy jól megtartsák az ágat és súrlódjanak, hogy az ág ne csússzon.

-Négyzet alakú tengely, 8 mm -es kerek lyukkal, az első kar lemezeinek összekapcsolásához, és a lyuk egy 8 mm -es fém tengely beillesztése volt, hogy az egész tengely erős legyen és képes legyen kezelni a teljes nyomatékot. A kerek fém tengelyeket a csapágyakhoz és a kar mindkét oldalához kötötték, hogy befejezzék a forgó részt.

-Hatszög alakú tengely, 8 mm -es kerek lyukkal, ugyanazon okból, mint a négyzet alakú tengely

-Bilincsek a tárcsák és az egyes karok lemezeinek megfelelő rögzítésére.

A CAD három ábrájában jól megértheti a rendszer összeszerelését, valamint a tengelyek csatlakoztatását és támogatását. Láthatja, hogy a négyszögletes és hatszögletű tengelyek hogyan kapcsolódnak a karhoz, és hogyan kapcsolódnak a tartókhoz a fém tengely segítségével. A teljes szerelvényt ezek az ábrák tartalmazzák.

5. lépés: Mechanikus összeszerelés

Az egész robot összeszerelése 3 fő lépésből áll, amelyeket el kell magyarázni: először összeszereljük az alapot és az első kart, majd a második kart az elsőhöz, végül a fogót a második karhoz.

Az alap és az első kar összeszerelése:

Először a felhasználónak külön kell összeszerelnie a következő alkatrészeket:

-Az ízületek két oldala a csapágyakkal belül.

-A motor támogatása a motorral és a kis szíjtárcsa.

-A kis szíjtárcsa szimmetrikus támasza.

-A négyzet alakú tengely, a nagy szíjtárcsa, a kar és a bilincsek.

-A "feszítő" csapágy támogatja a tartólemezt. Ezután hozzáadjuk a csapágyat és a tengelyt.

Most minden alszerelvény a helyén van, hogy össze lehessen kötni.

Megjegyzés: Annak érdekében, hogy megkapjuk a kívánt öv feszességét, a motor alaphelyzete állítható legyen, hosszúkás lyuk van, hogy a szíjtárcsák közötti távolság növelhető vagy csökkenthető, és amikor ellenőrizzük, hogy a a feszültség jó, csavarokkal rögzítjük a motort az alaphoz, és jól rögzítjük. Ezenkívül egy csapágyat olyan helyre rögzítettek, ahol erőt gyakorol a szíjra, hogy növelje a feszültséget, így amikor az öv mozog, a csapágy forog, és nincs súrlódási probléma.

A második kar felszerelése az elsőhöz:

Az alkatrészeket külön kell összeszerelni:

-A jobb kar, a motorral, annak tartójával, a szíjtárcsával, valamint a csapágyakkal és a tartóelemekkel. Egy csavart is rögzítenek, amely rögzíti a szíjtárcsát a tengelyhez, mint az előző részben.

-A bal kar a két csapággyal és támaszaikkal.

-A nagy tárcsa csúsztatható a hatszögletű tengelyen, valamint a felkarokon, és a bilincsek a helyzetük rögzítésére szolgálnak.

Ezután készen állunk arra, hogy a második kart a helyére tegyük, a második kar motorját az elsőre helyezzük, helyzete is állítható, hogy elérje a tökéletes feszültséget és elkerülje az öv elcsúszását, majd a motort rögzítik öv ebben a helyzetben.

A fogó összeszerelése:

A fogó összeszerelése egyszerű és gyors. Ami az előző szerelést illeti, az alkatrészek összeszerelhetők egyedül, mielőtt a teljes karhoz rögzítenék:

-Rögzítse a mozgó pofát a motor tengelyéhez a motorhoz mellékelt műanyag rész segítségével.

-Csavarja a motort a tartóhoz.

-Csavarja be az érzékelő tartóját a fogó tartójába.

-Tegye az érzékelőt a tartójába.

-Tegye a puha anyagot a fogóra, és rögzítse rájuk a 3D nyomtatott részt

A fogó könnyen összeszerelhető a második karra, csak egy lézervágó rész támogatja a fogó alját a karnál fogva.

A legfontosabb a kar tetején lévő pengék hangolása volt, és milyen távolságra voltak a pengék a fogón kívül, tehát próba -szerencse módszerrel történt mindaddig, amíg el nem érjük a leghatékonyabb helyet, amelyet a vágó- és a megfogásnak szinte egyszerre kell történnie.

6. lépés: Elektronikus alkatrészek csatlakoztatása

Ebben az áramkörben három szervomotor van, egy ultrahangos érzékelő, egy nyomógomb, Arduino és egy tápegység.

A tápegység kimenete tetszés szerint állítható, és mivel az összes szervó és az ultrahangos 5 V -on működik, így nincs szükség feszültségszabályozóra, csak a tápegység kimenetét tudjuk szabályozni 5 V -ra.

Minden szervót csatlakoztatni kell Vcc (+5V), földeléshez és jelhez. Az ultrahangos érzékelőnek 4 érintkezője van, az egyik a Vcc -hez van csatlakoztatva, az egyik a földhöz, a másik két érintkező pedig kioldó- és visszhangcsap, ezeket digitális tüskékhez kell csatlakoztatni. A nyomógomb a földhöz és egy digitális csaphoz van csatlakoztatva.

Az Arduino számára az áramforrásról kell beszélnie, nem tud laptopról vagy kábeléről táplálni, ugyanolyan földeléssel kell rendelkeznie, mint a hozzá csatlakoztatott elektronikus alkatrészek.

!!FONTOS JEGYZETEK!!:

- Hozzá kell adnia egy teljesítményátalakítót és teljesítményt a Vin -hez 7 V -os feszültséggel.

-Kérjük, győződjön meg arról, hogy ezzel a kapcsolattal el kell távolítania az Arduino portot a számítógépről annak égetése érdekében, különben ne használja az 5 V -os kimeneti tűt bemenetként.

7. lépés: Arduino kód és folyamatábra

Ennek a markolatos robotkarnak az a célja, hogy összegyűjtsön egy citromot, és máshová tegye, így amikor a robot be van kapcsolva, meg kell nyomnunk a start gombot, majd egy bizonyos pozícióba megy, ahol a citrom megtalálható, ha megfogja a citromot, a fogó végső helyzetbe kerül, hogy a citromot a helyére tegye, a végső helyzetet vízszintes szinten választottuk, ahol a szükséges nyomaték maximális, hogy bizonyítsuk, hogy a fogó elég erős.

Hogyan juthat el a robot a citromhoz:

A projekt során egyszerűen megkérjük a robotot, hogy mozgassa a karokat egy bizonyos helyzetbe, ahová a citromot tesszük. Nos, ennek van egy másik módja is: fordított kinematikával mozgathatja a kart, megadva a citrom (x, y) koordinátáit, és kiszámítja, hogy az egyes motoroknak mennyit kell forogniuk, hogy a fogó elérje a citromot. Ahol az állapot = 0, amikor a start gombot nem nyomja meg, tehát a kar a kiindulási helyzetben van, és a robot nem mozog, míg az állapot = 1, amikor megnyomjuk a start gombot, és a robot elindul.

Fordított kinematika:

Az ábrákon egy példa az inverz kinematikai számításra, három vázlat látható, az egyik a kezdeti helyzethez, a másik kettő a végső helyzethez. Tehát, ahogy látja, a végső pozícióhoz- függetlenül attól, hogy hol van- két lehetőség van, könyök felfelé és könyök lefelé, bármit választhat.

Vegyük példaként a könyök felfelé emelését, hogy a robot a helyzetébe mozduljon, két szöget kell kiszámítani, a theta1 és theta2, az ábrákon is láthatja a theta1 és theta2 kiszámításának lépéseit és egyenleteit.

Ne feledje, hogy ha az akadályt 10 cm -nél kisebb távolságban találja, akkor a citromot megfogja és fogja a fogó, végül a végső helyzetbe kell szállítanunk.

8. lépés: A robot futtatása

Mindazok után, amiket korábban csináltunk, itt vannak videók a robot működéséről, az érzékelővel, a nyomógombbal és minden mással, ahogy kell. Rázó tesztet is végeztünk a roboton, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy stabil és jó a vezetékezés.

9. lépés: Következtetés

Ez a projekt jó tapasztalatokat adott nekünk az ilyen projektek kezelésében. Ez a robot azonban módosítható, és további hozzáadott értékekkel rendelkezik, mint például a citrom észlelésére szolgáló tárgyérzékelés, vagy talán egy harmadik fokú szabadság, hogy mozoghasson a fák között. Ezenkívül egy mobilalkalmazással vagy a billentyűzettel vezérelhetjük, így úgy mozgathatjuk, ahogy akarjuk. Reméljük tetszeni fog a projektünk, és külön köszönet a Fablab felügyelőinek, hogy segítettek nekünk.