Tutuculu Robotik Kol: 9 Adım (Resimli)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:16

Ağaçların büyüklüğü ve limon ağaçlarının dikildiği bölgelerin sıcak iklimi nedeniyle limon ağaçlarının hasadı zor bir iş olarak kabul edilir. Bu yüzden tarım işçilerinin işlerini daha kolay tamamlamalarına yardımcı olacak başka bir şeye ihtiyacımız var. Böylece, onların işini kolaylaştıracak bir fikir bulduk, ağaçtan limonu alan kıskaçlı robotik bir kol. Kol yaklaşık 50 cm uzunluğundadır. Çalışma prensibi basit: Robota bir pozisyon veriyoruz, o zaman doğru yere gidecek ve eğer bir limon varsa, kıskacı aynı anda sapı kesecek ve limonu kavrayacaktır. Ardından limon yere bırakılacak ve robot ilk konumuna geri dönecektir. İlk başta, proje karmaşık ve yapılması zor görünebilir. Ancak, o kadar karmaşık değil, yine de çok sıkı çalışma ve iyi bir planlama gerektiriyordu. Sadece bir şeyin diğerinin üzerine inşa edilmesi gerekiyor. Başlangıçta covid-19 durumu ve uzaktan çalışma nedeniyle bazı sorunlarla karşılaştık ama sonra başardık ve inanılmazdı.

Bu Eğitilebilirlik, kavrayıcılı bir Robotik kol oluşturma sürecinde size rehberlik etmeyi amaçlamaktadır. Proje, Bruface Mekatronik projemizin bir parçası olarak tasarlandı ve üretildi; iş Fablab Brüksel'de yapıldı:

-Hüseyin Müslimani

-Inès Castillo Fernandez

-Jayesh Jagadesh Deshmukhe

-Raphaël Boitte

Adım 1: Gerekli Beceriler

İşte bu projeyi yapabilmek için sahip olmanız gereken bazı beceriler:

-Elektronik temelleri

-Mikro denetleyiciler hakkında temel bilgiler.

-C dilinde kodlama (Arduino).

-SolidWorks veya AutoCAD gibi CAD yazılımlarına alışın.

-Lazer kesim

-3D baskı

Ayrıca sabrınız ve bolca boş zamanınız olmalı, ayrıca bizim yaptığımız gibi bir ekip halinde çalışmanızı tavsiye ediyoruz, her şey daha kolay olacak.

Adım 2: CAD Tasarımı

Farklı örnekleri denedikten sonra nihayet robotu şekillerde görüldüğü gibi tasarlamaya karar verdik, kol 2 derece serbesttir. Motorlar her bir kolun miline kasnak ve kayışlarla bağlanmıştır. Kasnak kullanmanın birçok avantajı vardır, en önemlilerinden biri torku arttırmaktır. Birinci kolun birinci kasnak kayışı 2 dişli oranına, ikincisi ise 1,5 dişli oranına sahiptir.

Projenin zor kısmı Fablab'da kısıtlı zamandı. Bu nedenle, tasarımların çoğu lazerle kesilmiş parçalar olacak şekilde uyarlandı ve yalnızca bazı bağlantı parçaları 3D basıldı. Ekli CAD tasarımını burada bulabilirsiniz.

Adım 3: Kullanılan Bileşenlerin Listesi

İşte projemizde kullandığımız bileşenler:

I)Elektronik Bileşenler:

-Arduino Uno: 14 adet dijital giriş/çıkış pini (6 tanesi PWM çıkışı olarak kullanılabilir), 6 adet analog giriş, 16 MHz kuvars kristali, USB bağlantısı, güç girişi, ICSP başlığı, ve bir sıfırlama düğmesi. Kullanımı kolay ve gerekli işi yapabildiğinden bu tip mikro denetleyici kullandık.

-İki büyük servo motor (MG996R): hareketini ve son konumunu kontrol etmek için konum geri beslemesini kullanan kapalı döngü bir servo mekanizmadır. Kolları döndürmek için kullanılır 11kg/cm'ye kadar iyi bir torku vardır ve kasnaklar ve kayış tarafından yapılan tork azaltma sayesinde kolları tutmak için fazlasıyla yeterli olan daha yüksek torka ulaşabiliriz. Ve 180 dereceden fazla dönüşe ihtiyacımız olmadığı gerçeği, bu motorun kullanımı çok iyi.

-Bir küçük servo (E3003): hareketini ve son konumunu kontrol etmek için konum geri beslemesini kullanan kapalı döngü bir servo mekanizmadır. Bu motor tutucuyu kontrol etmek için kullanılır, 2,5 kg/cm torku vardır ve limonu kesip almak için kullanılır.

-DC güç kaynağı: Bu tür bir güç kaynağı fabrikada mevcuttu ve motorumuz yerde hareket etmediği için güç kaynağının birbirine yapışması gerekmiyor. Bu güç kaynağının en büyük avantajı çıkış voltajını ve akımını istediğimiz gibi ayarlayabilmemiz, böylece voltaj regülatörüne ihtiyaç duymamamızdır. Bu tür güç kaynakları mevcut değilse, ancak pahalıdır. Buna ucuz bir alternatif, ihtiyacınız olan voltajı elde etmek için dc'den dc'ye dönüştürücü olan 'MF-6402402' gibi bir voltaj regülatörü ile birleştirilmiş 8xAA pil tutucu kullanmak olacaktır. Fiyatı da bileşen listesinde gösterilir.

-Breadboard: Elektronik bileşenleri tutmak için kullanılan plastik tahta. Ayrıca, elektroniği güç kaynağına bağlamak için.

-Wires: Elektronik bileşenleri breadboard'a bağlamak için kullanılır.

-Buton: Başlat butonu olarak kullanılır, bu yüzden bastığımızda robot çalışır.

-Ultrasonik sensör: Mesafeyi ölçmek için kullanılır, yüksek frekanslı ses üretir ve sinyalin gönderilmesi ile yankının alınması arasındaki zaman aralığını hesaplar. Limonun kıskaç tarafından tutulup tutulmadığını veya kaydığını tespit etmek için kullanılır.

II) Diğer bileşenler:

-3d baskı için plastik

-3mm lazer kesim için ahşap levhalar

-Metalik mil

-Bıçaklar

-Yumuşak malzeme: Kavrayıcının her iki tarafına yapıştırılır, böylece tutucu limon dalını keserken sıkıştırır.

-Vidalar

-Kasnakları bağlamak için kayış, standart 365 T5 kayış

-8mm dairesel rulmanlar, dış çap 22mm'dir.

Adım 4: 3D Baskı ve Lazer Kesim

Fablab'da bulunan lazer kesim ve 3d baskı makineleri sayesinde robotumuz için ihtiyacımız olan parçaları üretiyoruz.

I- Lazerle kesmemiz gereken parçalar:

-Robotun tabanı

-Birinci kolun motoru için destekler

-İlk kol destekleri

-2 kol plakaları

-Tutucunun tabanı

-Kavrama ve kol arasındaki bağlantı.

-Tutucunun iki tarafı

-Rulmanlar için destekler, kayma veya konumlarından hareket etmemelerini sağlamak için, tüm rulman bağlantıları, yatağın kalınlığı 7 mm olduğundan, 3mm + 4mm olmak üzere iki katmandan yapılmıştır.

Not: Lazerle kesilmesi gereken bazı küçük parçalar için 4 mm'lik küçük bir tahtaya ihtiyacınız olacaktır. Ayrıca, CAD tasarımında 6 mm'lik bir kalınlık veya 3'ün katları olan herhangi bir kalınlık bulacaksınız, o zaman 3 mm'de birden fazla lazer kesim parçasına ihtiyacınız var, yani 6 mm kalınlık varsa, o zaman 2 katmana ihtiyacınız var. her biri 3 mm.

II- 3D yazdırmamız gereken parçalar:

-Dört makara: Her bir motoru hareket ettirmekle yükümlü olduğu kola bağlamak için kullanılır.

-İkinci kol motorunun desteği

- Kayışın altına sabitlenen, üzerine kuvvet uygulamak ve gerilimi artırmak için yatak için destek. Yuvarlak metal bir mil kullanılarak yatağa bağlanır.

-Tutucu için iki adet dikdörtgen plaka, dalı iyi tutmak ve sürtünmeyi sağlamak için yumuşak malzeme üzerine dalın kaymaması için konur.

-İlk kolun plakalarını bağlamak için 8 mm'lik yuvarlak delikli kare şaft ve delik, tüm şaftı güçlü kılmak ve toplam torku işleyebilmek için 8 mm'lik bir metalik şaft yerleştirecekti. Yuvarlak metal miller, döner kısmı tamamlamak için yataklara ve kolun her iki tarafına bağlanmıştır.

- Kare şaftla aynı sebepten dolayı 8 mm yuvarlak delikli altıgen şekilli şaft

- Makaraları ve her bir kolun plakalarını yerlerinde iyi desteklemek için kelepçeler.

CAD'in üç figüründe sistemin nasıl monte edildiğini ve millerin nasıl bağlandığını ve desteklendiğini iyi anlayabilirsiniz. Kare ve altıgen millerin kola nasıl bağlandığını ve metal mil kullanılarak desteklere nasıl bağlandığını görebilirsiniz. Bütün montaj bu şekillerde verilmiştir.

Adım 5: Mekanik Montaj

Tüm robotun montajının açıklanması gereken 3 ana adımı vardır, ilk önce tabanı ve ilk kolu, ardından ikinci kolu birinci kola ve son olarak da kıskacı ikinci kola monte ediyoruz.

Tabanın ve ilk kolun montajı:

İlk olarak, kullanıcının aşağıdaki parçaları ayrı ayrı monte etmesi gerekir:

- Mafsalların içindeki yataklarla iki tarafı.

-Motorun motorla desteği ve küçük kasnak.

-Küçük kasnak için simetrik destek.

- Kare mil, büyük kasnak, kol ve kelepçeler.

-"Germe" yatağı, destek plakasını destekler. Ardından yatağı ve mili ekleyin.

Şimdi, her alt montaj birbirine bağlanacak şekilde yerinde.

Not: Kayışta istediğimiz gerilimi elde ettiğimizden emin olmak için motorun baza göre konumu ayarlanabiliyor, kasnaklar arası mesafenin arttırılıp azaltılabilmesi için uzatılmış deliğe sahibiz ve kontrol ettiğimizde gerginlik iyidir, motoru tabana cıvatalarla tutturuyoruz ve iyice sabitliyoruz. Buna ek olarak, kayış üzerine kuvvet uygulayarak gerilimi artırmak için bir yere baza bir yatak sabitlendi, böylece kayış hareket ettiğinde yatak dönüyor ve sürtünme sorunu yok.

İkinci kolun birinciye montajı:

Parçalar ayrı ayrı monte edilmelidir:

-Sağ kol, motor, desteği, kasnak ve ayrıca yatak ve destek parçaları ile. Bir önceki bölümde olduğu gibi kasnağı mile sabitlemek için de bir vida konur.

-İki yataklı sol kol ve destekleri.

-Büyük kasnak, altıgen mil üzerinde kaydırılabileceği gibi, üst kollar ve konumlarını sabitlemek için tasarlanmış kelepçeler.

Daha sonra ikinci kolu yerine yerleştirilmeye hazır hale getiriyoruz, ikinci kolun motoru birincisine yerleştirilir, konumu da mükemmel gerginliğe ulaşmak ve kayışın kaymasını önlemek için ayarlanabilir, ardından motor ile sabitlenir. kemeri bu konumda

Tutucunun montajı:

Bu tutucunun montajı kolay ve hızlıdır. Önceki montaja gelince, parçalar tam kola takılmadan önce tek başına monte edilebilir:

-Motor ile birlikte gelen plastik parça yardımıyla hareketli çeneyi motorun miline takın.

-Motoru desteğe vidalayın.

-Sensörün desteğini tutucunun desteğine vidalayın.

- Sensörü desteğine yerleştirin.

-Yumuşak malzemeyi tutucunun üzerine koyun ve 3d baskılı kısmı üzerlerine sabitleyin

Kavrayıcı ikinci kola kolayca monte edilebilir, sadece bir lazer kesici parça kol tarafından tutucunun tabanını destekler.

En önemli şey, bıçakların kolun üst kısmındaki ve bıçakların tutucunun dışında ne kadar uzakta olduğuydu, bu yüzden bıçaklar için alabildiğimiz en verimli yere ulaşana kadar deneme yanılma ile yapıldı. kavrama neredeyse aynı anda gerçekleşmelidir.

Adım 6: Elektronik Bileşenlerin Bağlantısı

Bu devrede üç adet servo motorumuz, bir adet ultrasonik sensör, bir adet buton, Arduino ve bir adet güç kaynağımız bulunmaktadır.

Güç kaynağı çıkışı istediğimiz gibi ayarlanabiliyor ve tüm servolar ve ultrasonik 5 Voltta çalıştığı için voltaj regülatörüne gerek yok, sadece güç kaynağının çıkışını 5V olacak şekilde ayarlayabiliyoruz.

Her servo Vcc(+5V), toprağa ve sinyale bağlanmalıdır. Ultrasonik sensörün 4 pini vardır, biri Vcc'ye, biri toprak için, diğer iki pin ise trigger ve eko pinleridir, dijital pinlere bağlanmaları gerekir. Basmalı buton toprağa ve dijital bir pime bağlanmıştır.

Arduino için gücünü güç kaynağından konuşması gerekiyor, laptoptan veya kablosundan güç alamıyor, ona bağlı elektronik bileşenlerle aynı toprağa sahip olması gerekiyor.

!!ÖNEMLİ NOTLAR!!:

- Bir güç dönüştürücü ve 7V ile Vin'e güç eklemelisiniz.

-Lütfen bu bağlantı ile Arduino portunu yakmak için PC'nizden çıkardığınızdan emin olun, aksi takdirde 5V çıkış pinini giriş olarak kullanmamalısınız.

Adım 7: Arduino Kodu ve Akış Şeması

Kıskaçlı bu robotik kolun amacı, bir limonu alıp başka bir yere koymaktır, yani robot açıkken başlat düğmesine basmalıyız ve sonra limonun bulunduğu belirli bir konuma giderse, limonun bulunduğu yere gider. limonu kavrar, tutucu limonu yerine koymak için son bir konuma gidecektir, tutucunun yeterince güçlü olduğunu kanıtlamak için gereken torkun maksimum olduğu yatay seviyedeki son konumu seçtik.

Robot limona nasıl ulaşabilir:

Yaptığımız projede sadece robottan limonu koyduğumuz yere kolları belli bir pozisyona getirmesini istiyoruz. Pekala, bunu yapmanın başka bir yolu var, kolu hareket ettirmek için ters kinematik kullanabilirsin, ona limonun (x, y) koordinatlarını vererek ve bu, kavrayıcının limona ulaşması için her motorun ne kadar dönmesi gerektiğini hesaplar.. Burada durum=0 başlat düğmesine basılmadığında kol başlangıç konumundayken robot hareket etmezken durum=1 ise başlat düğmesine bastığımız ve robotun başladığı zamandır.

Ters Kinematik:

Şekillerde bir ters kinematik hesaplama örneği vardır, biri ilk konum için, diğeri de son konum için olmak üzere üç çizim görebilirsiniz. Gördüğünüz gibi, son pozisyon için - nerede olursa olsun - iki olasılık var, dirsek yukarı ve dirsek aşağı, istediğinizi seçebilirsiniz.

Örnek olarak dirseği ele alalım, robotun konumuna hareket etmesi için iki açının hesaplanması gerekiyor, teta1 ve teta2, şekillerde de teta1 ve teta2'yi hesaplamak için adımları ve denklemleri görüyorsunuz.

Unutmayın, eğer engel 10 cm'den daha az bir mesafede bulunursa, limon kavrar ve kıskaç tarafından tutulur, son olarak onu son konuma getirmemiz gerekir.

Adım 8: Robotu Çalıştırmak

Daha önce yaptığımız her şeyden sonra, işte robotun sensörlü, basmalı düğmeli ve diğer her şeyin olması gerektiği gibi çalıştığı videoları. Ayrıca kararlı olduğundan ve kablolamanın iyi olduğundan emin olmak için robot üzerinde bir sallama testi yaptık.

9. Adım: Sonuç

Bu proje bize bu tür projelerle başa çıkma konusunda iyi bir deneyim verdi. Yine de, bu robot değiştirilebilir ve limonu algılamak için nesne algılama veya belki ağaçlar arasında hareket edebilmesi için üçüncü bir serbestlik derecesi gibi bazı ek değerlere sahip olabilir. Ayrıca bir mobil uygulama veya klavye ile kontrol edebiliyoruz, böylece istediğimiz gibi hareket ettiriyoruz. Projemizi beğeneceğinizi umuyoruz ve bize yardımcı oldukları için Fablab'daki süpervizörlere özel teşekkürler.