V dnešní době si téměř každý nadšenec do robotiky dokáže postavit automatizované robotické rameno. Zatímco robotická řešení pro výrobu, medicínu a vědeckou práci je lepší nechat na profesionálech, něco malého, co ohromí vaše přátele, lze vyrobit dostupnými prostředky. Chcete zjistit, jak vytvořit jednoduché robotické rameno na základě Mikrokontrolér Arduino a servomotory? Čtěte dál!
Význam technologie
Robotické rameno je automatizované mechanické zařízení ovládané speciálním softwarem instalovaným na vyhrazeném mikrokontroléru. Může se jednat buď o samostatné zařízení, nebo o prvek robota podobného člověku. Práce takového zařízení závisí na pohybu kloubů – každý z nich může mít jeden až tři stupně volnosti. Například jednotlivé klouby se mohou pohybovat jak lineárně vzhledem k základně ramene, tak i rotačně.
Důvody pro automatizaci
Robotická ramena mohou být vytvořena pro zvládání úkolů, které by lidská paže sama o sobě zvládla jen s obtížemi. Dokážou držet a skládat jednotlivé detaily, svařovat, dosáhnout na těžko dostupná místa atd. Obecně řečeno, hlavním cílem takových zařízení v robotice, kterého se vědci a vynálezci již řadu let snaží dosáhnout, je co nejpřesněji napodobit pohyb lidské paže.
Kdo získává výhody?
Automatizované průmyslové robotické rameno může být mimo jiné velmi užitečné i pro lidskou práci. Mezi nejzřejmější výhody, které přináší, patří:
- Vysoká rychlost a přesné pohyby;
- Nízká spotřeba energie a vysoká spolehlivost;
- Schopnost vykonávat činnost po delší dobu bez přerušení;
- Schopnost pracovat v nebezpečných podmínkách s nebezpečnými materiály;
- Snížený vliv lidského faktoru a míra úrazovosti.
Jak automatizovat navádění robotického ramene
Níže vám ukážeme, jak vytvořit a automatizovat robotické rameno. Pro začátek si definujme typ zařízení, se kterým budeme pracovat.
Typy robotického ramene
V současné době existuje následující klasifikace robotických ramen:
- Kartézský: Tento typ je založen na pohybu tří kloubů v souladu s kartézským vztažným systémem. Dokáže uchopit a držet detaily a používá se nejčastěji v výrobní a lék pro svařování a řezání předmětů s mikroskopickou přesností;
- Válcový: Ramena tohoto typu se používají pro konstrukci detailů. Jsou založena na válcovém souřadnicovém systému.
- Polární: Tato zařízení založená na polárním souřadnicovém systému se většinou používají pro svařování.
- SCARA: Tyto prvky mají dva kloubové klouby, které umožňují rotační pohyby. Jsou nejúčinnější při stavbě složitých konstrukcí.
- Kloubové: Tato zařízení mají nejméně tři klouby, které se uvádějí do pohybu otáčením kloubů. Mají poměrně široké využití, ale většinou se týkají výroby.
- Paralelní: Paralelní robotická ramena mohou provádět jak rotační, tak lineární pohyby. V současné době se jedná o jeden z nejmodernějších typů automatizovaných stavebních zařízení.
- Antropomorfní: Poslední, ale nejzajímavější typ automatizovaných robotických paží – je konstrukčně a funkční téměř identický se skutečnou lidskou paží.
Příprava hardwaru a softwaru
Pojďme zjistit, které komponenty budete potřebovat k vlastní konstrukci a automatizaci robotického ramene. Zejména doporučujeme použít následující komponenty:
- 4 servomotory Tower Pro 9g;
- Detaily paže vytištěné na 3D tiskárně (nákres je na obrázku výše);
- Šrouby a vruty;
- Arduino Uno mikrokontrolér;
- Štít senzoru V5 (pro připevnění serv k detailům).
Nyní pár slov k přípravě na tvorbu detailů. Můžete použít obyčejné plexisklo – výsledné kvalitě zařízení by to trochu neuškodilo. 3D tisk ale dnes není tak drahý a upřímně řečeno, doporučujeme si šetřit ruce před poškozením při ručním řezání detailů. Detaily v našem vzorku byly modelovány pomocí SketchUp.
Soubor byl poté exportován do . Stále s pomocí rozšíření a odeslán do tisku. Všimněte si, že během procesu modelování je velmi důležité definovat přesné rozměry a umístění otvorů pro šrouby, které by držely mechanismus pohromadě. Jinak budete muset vytvořit další otvory a dokonce znovu vytisknout některé detaily. Pokud jde o software pro ovládání servopohonů – můžete použít standardní knihovnu Servo. Rádi bychom poznamenali, že výchozí funkce knihovny Servo nastavují pohyby, které jsou příliš „ostré“ a náhlé. Navíc se každý motor standardně pohybuje pouze tehdy, když zbývající tři motory stojí. Toto zjištění bylo pro mnoho inženýrů poměrně značným nedostatkem. Právě proto je nejlepší psát vlastní funkce pro každý motor – naštěstí to není tak obtížné. Obecný algoritmus pohybů motoru vypadá následovně: v základní funkci loop() musí být pro každou iteraci přečtena poloha servomotoru – to umožňuje funkce Servo.Read(); pokud poloha neodpovídá nastavenému úhlu, musí být aproximována na potřebný úhel o jeden bod za iteraci. Budete také muset samostatně napsat funkce, které definují interakci s řadiči. Někteří inženýři preferují C#, přestože je Processing nejčastěji doporučovaným vývojovým prostředím pro zajištění interakce mezi řadiči Arduina prostřednictvím COM portu.
Nastavení vybavení
Detaily se snadno spojují – podívejte se na tento jeden startup prototyp – projekt uArm, při jehož konstrukci byly použity servopohony u-servo us-d150.
Technologické trendy ve světě
Pár slov o trendech v robotice. Věděli jste například, že nejslibnějšími profesními oblastmi pro uplatnění v robotice jsou medicína a výroba kosmických technologií? NASA aktivně pracuje na vývoji robotů schopných plně napodobit lidské manipulace na dálku, aby byl průzkum vesmíru dostupnější a efektivnější. Na druhou stranu se mnoho vynálezců a vědců v tomto desetiletí zaměřuje na zlevnění výroby robotů. Konstrukce robotického ramene svépomocí (např. na základě řadičů Arduino) vás tak může stát maximálně 100 dolarů. Ohromující pokrok oproti tomu, co jsme měli teprve před deseti lety.
Proč progresivní automatizace?
Je zřejmé, že k implementaci všech procesů automatizace robotického ramene budete potřebovat speciální vybavení (servopohony, mikrokontroléry Arduino atd.). V naší nabídce produktů nabízíme pouze osvědčené díly a zařízení, které mohou naši odborní pracovníci dodatečně nakonfigurovat dle vašich požadavků. Navíc všechny produkty dostupné v našem internetový obchod mají 18měsíční záruku s možností opravy a úplné výměny.
Závěr
Jak vidíte, není tak těžké postavit robotické rameno s minimálními prostředky. Doufáme, že vám s tím pomohou i produkty dostupné na našich webových stránkách.