Heutzutage kann fast jeder Robotik-Enthusiast einen automatisierten Roboterarm bauen. Während robotische Lösungen für die Fertigung, Medizin und wissenschaftliche Arbeiten besser den Fachleuten überlassen werden, kann etwas Kleines, um Ihre Freunde zu beeindrucken, mit den verfügbaren Mitteln konstruiert werden. Möchten Sie erfahren, wie man einen einfachen Roboterarm basierend auf dem Arduino-Mikrocontroller und Servomotoren erstellt? Lesen Sie weiter!
Bedeutung der Technologie
Ein Roboterarm ist ein automatisiertes mechanisches Gerät, das über spezielle Software gesteuert wird, die auf dem dedizierten Mikrocontroller installiert ist. Es kann entweder ein eigenständiges Gerät oder ein Element eines menschenähnlichen Roboters sein. Die Arbeit eines solchen Geräts hängt von der Bewegung der Gelenke ab – jedes kann von einem bis drei Freiheitsgraden haben. Zum Beispiel können separate Gelenke sowohl in linearer Richtung in Bezug auf die Basis des Arms als auch in rotatorischer Richtung bewegt werden.
Gründe für die Automatisierung
Roboterarme können geschaffen werden, um Aufgaben zu erledigen, die ein menschlicher Arm alleine nur schwer bewältigen kann. Er kann separate Teile halten und zusammenfügen, schweißen, schwer zugängliche Bereiche erreichen usw. Im Allgemeinen ist das Hauptziel solcher Geräte in der Robotik, das menschliche Armbewegung so präzise wie möglich zu imitieren, was Wissenschaftler und Erfinder seit vielen Jahren erreichen.
Wer profitiert?
Ein automatisierter industrieller Roboterarm kann unter anderem in der menschlichen Arbeit sehr nützlich sein. Die offensichtlichsten Vorteile, die er mit sich bringt, sind:
- Hohe Geschwindigkeit und präzise Bewegungen;
- Geringer Energieverbrauch und hohe Zuverlässigkeit;
- Fähigkeit, über längere Zeiträume ohne Unterbrechung zu arbeiten;
- Fähigkeit, unter gefährlichen Bedingungen mit gefährlichen Materialien zu arbeiten;
- Verringerung des Einflusses des menschlichen Faktors und der Verletzungsrate.
Wie man einen Roboterarm automatisiert
Wir werden Ihnen unten erzählen, wie Sie einen Roboterarm erstellen und automatisieren können. Zunächst definieren wir den Typ des Geräts, an dem wir arbeiten werden.
Typen des Roboterarms
Derzeit gibt es die folgende Klassifizierung für Roboterarme:
- Kartesisch: Dieser Typ basiert auf der Bewegung von drei Gelenken gemäß dem kartesischen Bezugssystem. Er kann Details greifen und halten und wird hauptsächlich in der Fertigung und Medizin zum Schweißen und Schneiden von Objekten mit mikroskopischer Präzision verwendet.
- Zylindrisch: Arme dieses Typs werden für den Bau von Details verwendet. Sie basieren auf dem System der zylindrischen Koordinaten.
- Polar: Diese Geräte, die auf dem System der polar Koordinaten basieren, werden hauptsächlich zum Schweißen verwendet.
- SCARA: Diese verfügen über zwei Scharniergelenke, die rotatorische Bewegungen ermöglichen. Sie sind am effizientesten beim Bau komplexer Konstruktionen.
- Gelenkig: Diese Geräte haben mindestens drei Gelenke, die durch drehbare Scharniergelenke in Bewegung gesetzt werden. Sie haben ein recht breites Anwendungsspektrum, beziehen sich aber hauptsächlich auf die Fertigung.
- Parallel: Parallele Roboterarme können sowohl rotatorische als auch lineare Bewegungen ausführen. Derzeit ist es einer der fortschrittlichsten Typen automatisierter Baugeräte.
- Anthropomorph: Der letzte, aber interessanteste Typ automatisierter Roboterarme: Er ist in Konstruktion und Aktion fast identisch mit einem echten menschlichen Arm.
Vorbereitung von Hardware und Software
Lassen Sie uns herausfinden, welche Komponenten Sie benötigen, um persönlich einen Roboterarm zu konstruieren und zu automatisieren. Insbesondere empfehlen wir die Verwendung der folgenden Komponenten:
- 4 Tower Pro 9g Servomotoren;
- 3D-gedruckte Armteile (der Plan befindet sich im Bild oben);
- Schrauben und Bolzen;
- Arduino Uno Mikrocontroller;
- Sensor Shield V5 (zum Anschließen von Servos an Details).
Jetzt ein paar Worte zur Vorbereitung der Erstellung von Details. Sie können normales Plexiglas verwenden – es würde die Endqualität des Geräts nicht im Geringsten beeinträchtigen. Allerdings ist 3D-Druck heutzutage nicht so teuer und, um ehrlich zu sein, empfehlen wir, Ihre Hände vor den Schäden zu schützen, die das manuelle Schneiden von Details mit sich bringt. Die Details in unserem Beispiel wurden mit SketchUp modelliert.
Dann wurde die Datei exportiert. Immer noch mit Hilfe einer Erweiterung und zum Drucken gesendet. Beachten Sie, dass es während des Modellierungsprozesses sehr wichtig ist, die genauen Abmessungen und Positionen der Öffnungen für die Bolzen zu definieren, die den Mechanismus zusammenhalten würden. Andernfalls müssen Sie zusätzliche Öffnungen machen und sogar einige Details neu drucken. Was die Software zur Steuerung der Servoantriebe betrifft – Sie können die Standard-Servo-Bibliothek verwenden. Wir möchten darauf hinweisen, dass die Standardfunktionen der Servo-Bibliothek Bewegungen festlegen, die zu „scharf“ und plötzlich sind. Darüber hinaus bewegt sich jeder Motor standardmäßig nur, wenn die anderen drei Motoren stillstehen. Diese Entdeckung war für viele Ingenieure ein ziemlich bedeutender Nachteil. Genau deshalb ist es am besten, benutzerdefinierte Funktionen für jeden Motor zu schreiben – glücklicherweise ist das nicht so schwierig. Der allgemeine Algorithmus der Motorbewegungen sieht folgendermaßen aus: Die Position eines Servomotors muss in jeder Iteration in der grundlegenden Funktion loop() gelesen werden – eine Funktion Servo.Read() ermöglicht dies; wenn die Position nicht mit dem festgelegten Winkel übereinstimmt, muss sie in jeder Iteration auf den benötigten Winkel angenähert werden. Sie müssen auch separat Funktionen schreiben, die die Interaktion des Controllers definieren. Einige Ingenieure bevorzugen C#, obwohl Processing die am häufigsten empfohlene Entwicklungsumgebung ist, um die Interaktion zwischen Arduino-Controllern über einen COM-Port bereitzustellen.
Ausrüstung einrichten
Die Details sind leicht zu verbinden – werfen Sie einen Blick auf dieses Prototyp-Startup – das Projekt uArm, bei dessen Konstruktion die Servoantriebe u-servo us-d150 verwendet wurden.
Technologietrends in der Welt
Ein paar Worte zu den Trends in der Robotik. Wussten Sie zum Beispiel, dass die vielversprechendsten Berufsfelder für die Beschäftigung in der Robotik die Medizin und die Herstellung von Raumtechnologien sind? Die NASA arbeitet aktiv an der Schaffung von Robotern, die in der Lage sind, menschliche Manipulationen vollständig aus der Ferne zu imitieren, um die Raumforschung zugänglicher und effizienter zu gestalten. Auf der anderen Seite haben sich viele Erfinder und Wissenschaftler dieser Dekade darauf konzentriert, die Herstellung von Robotik günstiger zu machen. Daher kann der Bau eines Roboterarms durch Sie selbst (z. B. basierend auf Arduino-Controllern) nicht mehr als 100 Dollar kosten. Ein erstaunlicher Fortschritt im Vergleich zu dem, was wir vor nur zehn Jahren hatten.
Warum Progressive Automations?
Offensichtlich benötigen Sie, um alle Automatisierungsprozesse des Roboterarms umzusetzen, spezielle Ausrüstung (Servoantriebe, Arduino-Mikrocontroller usw.). In unserem Produktsortiment bieten wir nur gut erprobte und getestete Teile und Geräte an, die von unseren Experten zusätzlich nach Ihren Anforderungen konfiguriert werden können. Darüber hinaus haben alle in unserem Online-Shop verfügbaren Produkte eine 18-monatige Garantie mit Reparatur- und vollständigen Austauschmöglichkeiten.
Fazit
Wie Sie sehen, ist es nicht so schwierig, mit minimalen Mitteln einen Roboterarm zu bauen. Wir hoffen, dass Ihnen die auf unserer Website verfügbaren Produkte dabei ebenfalls helfen werden.