بازوی روباتیک با گریپر: 9 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:51

برداشت درختان لیمو به دلیل بزرگ بودن درختان و همچنین به دلیل آب و هوای گرم مناطقی که درختان لیمو در آن کاشته می شود ، کار سختی محسوب می شود. به همین دلیل ما به چیز دیگری نیاز داریم تا به کارگران کشاورزی کمک کنیم تا کار خود را راحت تر انجام دهند. بنابراین ، ما به ایده ای برای سهولت کار آنها رسیدیم ، یک بازوی روباتیک با چنگک که لیمو را از درخت می چیند. طول بازو حدود 50 سانتی متر است. اصل کار ساده است: ما موقعیتی را به ربات می دهیم ، سپس در محل مناسب قرار می گیرد ، و اگر لیمو وجود داشته باشد ، چنگال آن دمگل را بریده و لیمو را همزمان می گیرد. سپس لیمو روی زمین رها شده و ربات به موقعیت اولیه خود باز می گردد. در ابتدا ، این پروژه ممکن است پیچیده به نظر برسد و انجام آن دشوار است. با این حال ، این چندان پیچیده نیست ، اما به سختی و برنامه ریزی خوب نیاز دارد. فقط باید یک چیز را بر دیگری ایجاد کرد. در ابتدا ، ما به دلیل شرایط کووید -19 و کار از راه دور با مشکلاتی روبرو شدیم ، اما بعداً این کار را انجام دادیم ، و این شگفت انگیز بود.

هدف این دستورالعمل این است که شما را در روند ایجاد بازوی Robotic با یک گیرنده راهنمایی کند. این پروژه به عنوان بخشی از پروژه Bruface Mechatronics ما طراحی و مهندسی شده است. کار در Fablab بروکسل توسط:

-حسین مسلمانی

-اینس کاستیلو فرناندز

-جایش جاگادش دشموخه

-رافائل بوئیت

مرحله 1: مهارت های مورد نیاز

بنابراین ، در اینجا برخی از مهارتهایی که برای انجام این پروژه باید داشته باشید آورده شده است:

-اصول الکترونیک

-آگاهی اساسی از کنترل کننده های میکرو.

-کدگذاری به زبان C (آردوینو).

-از نرم افزارهای CAD مانند SolidWorks یا AutoCAD استفاده کنید.

-برش لیزری

-چاپ سه بعدی

شما همچنین باید صبر و مقدار زیادی از وقت آزاد خود را داشته باشید ، همچنین ما به شما توصیه می کنیم مانند ما در یک تیم کار کنید ، همه چیز راحت تر خواهد بود.

مرحله 2: طراحی CAD

پس از آزمایش نمونه های مختلف ، در نهایت تصمیم گرفتیم که ربات را همانطور که در شکل ها نشان داده شده است طراحی کنیم ، بازو 2 درجه آزادی است. موتورها توسط قرقره و تسمه به شافت هر بازو متصل می شوند. استفاده از قرقره مزایای زیادی دارد ، یکی از مهمترین آنها افزایش گشتاور است. تسمه قرقره اول بازوی اول دارای نسبت دنده 2 و دومی ضریب دنده 1.5 است.

قسمت دشوار این پروژه زمان محدودی در Fablab بود. بنابراین ، اکثر طرح ها به صورت قطعات برش لیزری اقتباس شده اند و فقط برخی از قطعات متصل به چاپ سه بعدی انجام شده است. در اینجا می توانید طرح CAD پیوست شده را بیابید.

مرحله 3: لیست اجزای مورد استفاده

در اینجا اجزای مورد استفاده در پروژه ما آمده است:

I) قطعات الکترونیکی:

-Arduino Uno: این یک برد میکروکنترلر با 14 پین ورودی/خروجی دیجیتال است (از این تعداد 6 پین می تواند به عنوان خروجی PWM استفاده شود) ، 6 ورودی آنالوگ ، کریستال کوارتز 16 مگاهرتز ، اتصال USB ، پریز برق ، هدر ICSP ، و یک دکمه تنظیم مجدد ما از این نوع میکروکنترلر استفاده کردیم زیرا استفاده از آن آسان است و می تواند کارهای مورد نیاز را انجام دهد.

-دو سروو موتور بزرگ (MG996R): یک سرومکانیسم حلقه بسته است که از بازخورد موقعیت برای کنترل حرکت و موقعیت نهایی خود استفاده می کند. از آن برای چرخاندن بازوها استفاده می شود گشتاور مناسبی تا 11 کیلوگرم بر سانتی متر دارد و به لطف کاهش گشتاور قرقره ها و کمربند می توانیم به گشتاور بالاتری برسیم که برای نگه داشتن بازوها بیش از اندازه کافی است. و این واقعیت که ما به بیش از 180 درجه چرخش نیاز نداریم ، استفاده از این موتور بسیار خوب است.

-یک سروو کوچک (E3003): یک سرومکانیسم حلقه بسته است که از بازخورد موقعیت برای کنترل حرکت و موقعیت نهایی خود استفاده می کند. این موتور برای کنترل گریپر استفاده می شود ، دارای گشتاور 2.5 کیلوگرم بر سانتی متر است و از آن برای برش و گرفتن لیمو استفاده می شود.

منبع تغذیه DC: این نوع منبع تغذیه در fablab موجود بود و چون موتور ما روی زمین حرکت نمی کند ، بنابراین لازم نیست منبع تغذیه به یکدیگر بچسبد. مزیت اصلی این منبع تغذیه این است که ما می توانیم ولتاژ و جریان خروجی را همانطور که دوست داریم تنظیم کنیم ، بنابراین نیازی به تنظیم کننده ولتاژ نیست. اگر این نوع منبع تغذیه در دسترس نیست ، اما گران است. یک جایگزین ارزان برای این استفاده از نگهدارنده باتری 8xAA ، همراه با تنظیم کننده ولتاژ مانند 'MF-6402402' که مبدل DC به DC است ، برای دریافت ولتاژ مورد نیاز است. قیمت آنها نیز در لیست قطعات نشان داده شده است.

-Breadboard: تخته پلاستیکی که برای نگهداری قطعات الکترونیکی استفاده می شود. همچنین ، برای اتصال قطعات الکترونیکی به منبع تغذیه.

-سیم: برای اتصال قطعات الکترونیکی به تخته نان استفاده می شود.

-Push-button: از آن به عنوان دکمه شروع استفاده می شود ، بنابراین وقتی آن را فشار می دهیم ربات کار می کند.

-سنسور اولتراسونیک: برای اندازه گیری فاصله استفاده می شود ، صدایی با فرکانس بالا تولید می کند و فاصله زمانی بین ارسال سیگنال و دریافت اکو را محاسبه می کند. برای تشخیص اینکه لیمو در دستگیره نگه داشته شده است یا می لغزد استفاده می شود.

II) سایر اجزا:

پلاستیک برای چاپ سه بعدی

ورق های چوبی 3 میلی متری برای برش لیزری

-شفت فلزی

تیغه ها

-ماده نرم: به دو طرف گریپر چسبانده می شود ، بنابراین گریپر هنگام بریدن شاخه لیمو را فشرده می کند.

-پیچ ها

-کمربند برای اتصال قرقره ، تسمه استاندارد 365 T5

یاتاقان های دایره ای -8 میلی متر ، قطر خارجی 22 میلی متر است.

مرحله 4: چاپ سه بعدی و برش لیزری

به لطف دستگاه های برش لیزری و چاپ سه بعدی که در Fablab یافت می شود ، ما قطعات مورد نیاز ربات خود را می سازیم.

I- قسمتهایی که باید برش لیزری می دادیم عبارتند از:

-پایه ربات

-پشتیبانی از موتور بازوی اول

-پشتیبانی از بازوی اول

-صفحات 2 بازو

-پایه گریپر

-اتصال بین گریپر و بازو.

-دو طرف گریپر

-برای یاتاقان ها پشتیبانی می شود ، برای اطمینان از لغزش یا حرکت از موقعیت خود ، همه اتصالات بلبرینگ دو لایه 3mm+4mm هستند ، زیرا ضخامت بلبرینگ 7 میلی متر بود.

توجه: شما به یک ورق چوبی کوچک 4 میلی متری احتیاج دارید ، برای برخی از قطعات کوچک که نیاز به برش لیزری دارند. همچنین ، در طراحی CAD ضخامت 6 میلی متر یا هر ضخامت دیگری که مضاعف 3 باشد ، پیدا خواهید کرد ، سپس به چندین لایه قطعات برش لیزری با ضخامت 3 میلی متر نیاز دارید ، یعنی اگر ضخامت 6 میلی متر وجود داشته باشد ، به 2 لایه نیاز دارید. هر کدام 3 میلی متر

II- قسمتهایی که برای چاپ سه بعدی داشتیم:

-چهار قرقره: برای اتصال هر موتور به بازویی که وظیفه حرکت آن را بر عهده دارد استفاده می شود.

-پشتیبانی از موتور بازوی دوم

-پشتیبانی از یاتاقان بر اساس ، که در زیر کمربند ثابت شده است تا به آن فشار وارد کند و کشش را افزایش دهد. با استفاده از یک شفت فلزی گرد به بلبرینگ متصل می شود.

-دو صفحه مستطیلی برای گریپر ، روی مواد نرم گذاشته می شود تا شاخه را خوب نگه دارد و اصطکاکی داشته باشد تا شاخه سر نخورد.

-شفت مربع با یک سوراخ گرد 8 میلی متری ، برای اتصال صفحات بازوی اول ، و سوراخ قرار دادن یک شفت فلزی 8 میلی متری بود تا کل شفت محکم شود و بتواند گشتاور کلی را تحمل کند. شفت های فلزی گرد به بلبرینگ و هر دو طرف بازو متصل می شوند تا قسمت چرخشی را تکمیل کنند.

-شفت شش ضلعی با سوراخ گرد 8 میلی متری به همان دلیل شفت مربعی

-گیره هایی که قرقره ها و صفحات هر بازو را به خوبی در جای خود نگه می دارد.

در سه شکل CAD ، می توانید نحوه مونتاژ سیستم و نحوه اتصال و پشتیبانی شفت ها را به خوبی درک کنید. می توانید نحوه اتصال شفت های مربع و شش ضلعی به بازو و نحوه اتصال آنها به تکیه گاه ها با استفاده از شفت فلزی را مشاهده کنید. کل مجموعه در این ارقام آورده شده است.

مرحله 5: مونتاژ مکانیکی

مونتاژ کل ربات دارای 3 مرحله اصلی است که باید توضیح داده شود ، ابتدا ما پایه و اولین بازو را مونتاژ می کنیم ، سپس بازوی دوم را به اولین و در نهایت گریپر را به بازوی دوم مونتاژ می کنیم.

مونتاژ پایه و بازوی اول:

ابتدا ، کاربر باید قطعات زیر را جداگانه مونتاژ کند:

-دو طرف اتصالات با یاتاقان های داخل.

-پشتیبانی موتور با موتور و قرقره کوچک.

-پشتیبانی متقارن از قرقره کوچک.

-شفت مربع ، قرقره بزرگ ، بازو و گیره ها.

-برینگ "کششی" از صفحه نگهدارنده پشتیبانی می کند. سپس بلبرینگ و شفت را اضافه کنید.

اکنون ، هر زیر مجموعه ای برای اتصال به یکدیگر آماده است.

توجه: برای اطمینان از اینکه در کمربند موردنظر ما کشش ایجاد می شود ، می توان موقعیت موتور را بر اساس آن تنظیم کرد ، ما حفره ای طولانی داریم تا فاصله بین قرقره ها افزایش یا کاهش یابد و هنگامی که بررسی می کنیم که تنش خوب است ، ما موتور را با پیچ و مهره به پایه متصل می کنیم و آن را به خوبی ثابت می کنیم. علاوه بر این ، یک یاتاقان بر اساس جایی که در آن نیروی کمربند را برای افزایش کشش ایجاد می کند ، ثابت شد ، بنابراین هنگام حرکت تسمه ، بلبرینگ می چرخد و هیچ مشکلی در اصطکاک ایجاد نمی کند.

مونتاژ بازوی دوم به اول:

قطعات باید جداگانه مونتاژ شوند:

بازوی راست ، همراه با موتور ، تکیه گاه ، قرقره و همچنین یاتاقان و قسمتهای نگهدارنده آن. یک پیچ نیز برای ثابت کردن قرقره به شفت مانند قسمت قبل قرار داده شده است.

-دست چپ با دو بلبرینگ و تکیه گاه آنها.

-قرقره بزرگ می تواند بر روی شفت شش ضلعی و همچنین روی بازوها کشیده شود و گیره ها برای ثابت نگه داشتن موقعیت خود طراحی شده اند.

سپس بازوی دوم را آماده قرار دادن در موقعیت خود داریم ، موتور بازوی دوم بر روی دسته اول قرار می گیرد ، موقعیت آن نیز قابل تنظیم است تا به کشش کامل برسد و از لغزش کمربند جلوگیری کند ، سپس موتور با کمربند در این موقعیت

مونتاژ گریپر:

مونتاژ این گریپر آسان و سریع است. در مورد مونتاژ قبلی ، قطعات را می توان به تنهایی قبل از اتصال به بازوی کامل مونتاژ کرد:

-فک متحرک را به محور موتور وصل کنید ، به کمک قسمت پلاستیکی که همراه موتور است.

-موتور را به تکیه گاه پیچ کنید.

-پشتی سنسور را به پشتی گیر گیر پیچ کنید.

-حسگر را در پشتیبانی خود قرار دهید.

-مواد نرم را روی گیره قرار دهید و قسمت چاپ شده سه بعدی را روی آنها ثابت کنید

گیربکس را می توان به راحتی روی بازوی دوم مونتاژ کرد ، فقط یک قسمت برش لیزری پایه بازو را در بازو پشتیبانی می کند.

مهمترین چیز تنظیم تیغه ها در بالای بازو و فاصله آنها در خارج از گریپر بود ، بنابراین با آزمایش و خطا انجام شد تا زمانی که به کارآمدترین نقطه ای که برای تیغه هایی که برش و چنگ زدن باید تقریباً همزمان اتفاق بیفتد.

مرحله 6: اتصال قطعات الکترونیکی

در این مدار ، ما سه موتور سروو ، یک سنسور اولتراسونیک ، یک دکمه فشاری ، آردوینو و منبع تغذیه داریم.

خروجی منبع تغذیه را می توان مطابق میل خود تنظیم کرد و از آنجا که همه سرووها و اولتراسونیک روی 5 ولت کار می کنند ، بنابراین نیازی به تنظیم کننده ولتاژ نیست ، ما فقط می توانیم خروجی منبع تغذیه را 5 ولت تنظیم کنیم.

هر سروو باید به Vcc (+5V) ، زمین و سیگنال متصل شود. سنسور اولتراسونیک دارای 4 پین است ، یکی به Vcc متصل است ، یکی برای زمین ، و دو پین دیگر پین ماشه و اکو هستند ، باید به پین های دیجیتال متصل شوند. دکمه فشاری به زمین و یک پین دیجیتالی متصل است.

برای آردوینو ، باید قدرت خود را از منبع تغذیه صحبت کند ، نمی تواند از لپ تاپ یا کابل آن تغذیه کند ، باید دارای زمینه مشابه قطعات الکترونیکی متصل به آن باشد.

!!یادداشت های مهم!!:

- شما باید یک مبدل قدرت و قدرت را به Vin با 7 ولت اضافه کنید.

لطفاً مطمئن شوید که با این اتصال ، باید پورت آردوینو را از رایانه خود بردارید تا آن را بسوزانید ، در غیر این صورت نباید از پین خروجی 5 ولت به عنوان ورودی استفاده کنید.

مرحله 7: کد Arduino و نمودار جریان

هدف این بازوی رباتیک با یک چنگک جمع آوری یک لیمو و قرار دادن آن در جای دیگری است ، بنابراین وقتی روبات روشن است ، ما باید دکمه شروع را فشار دهیم و سپس به موقعیت خاصی می رود که لیمو در آن یافت می شود ، اگر لیمو را در دست می گیرد ، چنگک به موقعیت نهایی می رود تا لیمو را در جای خود قرار دهد ، ما موقعیت نهایی را در سطح افقی ، جایی که گشتاور مورد نیاز حداکثر است ، انتخاب کردیم تا ثابت کنیم که گریپ به اندازه کافی قوی است.

چگونه ربات می تواند به لیمو برسد:

در پروژه ای که انجام دادیم ، ما به سادگی از ربات می خواهیم که بازوها را در موقعیت خاصی قرار دهد که لیمو را در آن قرار می دهیم. خوب ، راه دیگری برای انجام این کار وجود دارد ، می توانید از حرکت های معکوس برای حرکت دادن بازو استفاده کنید ، با دادن مختصات (x ، y) لیمو ، و محاسبه می کند که هر موتور چقدر باید بچرخد تا گریپر به لیمو برسد. به هنگامی که دکمه شروع فشار داده نمی شود ، بنابراین بازو در موقعیت اولیه قرار دارد و ربات حرکت نمی کند ، وضعیت = 0 است ، در حالی که حالت = 1 زمانی است که ما دکمه شروع را فشار می دهیم و ربات شروع به کار می کند.

سینماتیک معکوس:

در شکل ها یک مثال از محاسبه سینماتیک معکوس وجود دارد ، می توانید سه طرح را ببینید ، یکی برای موقعیت اولیه و دو مورد دیگر برای موقعیت نهایی. بنابراین همانطور که می بینید ، برای موقعیت نهایی- مهم نیست که کجا باشد- دو امکان وجود دارد ، آرنج بالا و آرنج پایین ، شما می توانید هر آنچه را که می خواهید انتخاب کنید.

بیایید به عنوان مثال آرنج را بالا ببریم ، برای حرکت روبات به موقعیت خود ، دو زاویه محاسبه می شود ، theta1 و theta2 ، در شکل ها نیز مراحل و معادلات محاسبه theta1 و theta2 را مشاهده می کنید.

توجه داشته باشید که اگر مانع در فاصله کمتر از 10 سانتی متر یافت شود ، لیمو را گرفته و توسط گریپر نگه داشته می شود ، در نهایت ما باید آن را به موقعیت نهایی تحویل دهیم.

مرحله 8: اجرای ربات

بعد از همه کارهایی که قبلاً انجام دادیم ، در اینجا فیلم هایی از کارکرد ربات با سنسور ، دکمه فشاری و سایر مواردی که باید کار می کنند را مشاهده می کنید. ما همچنین آزمایش لرزش روی ربات را انجام دادیم تا از پایداری و سیم کشی خوب آن مطمئن شویم.

مرحله 9: نتیجه گیری

این پروژه تجربه خوبی در برخورد با چنین پروژه هایی به ما داد. با این وجود ، می توان این ربات را تغییر داد و دارای مقادیر بیشتری مانند تشخیص شیء برای تشخیص لیمو یا شاید درجه سوم آزادی باشد تا بتواند بین درختان حرکت کند. همچنین ، می توانیم آن را توسط یک برنامه تلفن همراه یا صفحه کلید کنترل کنیم تا بتوانیم آن را آنطور که می خواهیم حرکت دهیم. امیدواریم از پروژه ما خوشتان آمده باشد و از سرپرستان در Fablab که به ما کمک کردند تشکر ویژه ای داشته باشیم.