Σήμερα, σχεδόν κάθε φίλος της ρομποτικής μπορεί να κατασκευάσει έναν αυτοματοποιημένο ρομποτικό βραχίονα. Ενώ οι ρομποτικές λύσεις για παραγωγή, ιατρική και επιστημονική εργασία είναι καλύτερο να μένουν στους επαγγελματίες, κάτι μικρό για να εντυπωσιάσετε τους φίλους σας μπορεί να κατασκευαστεί με διαθέσιμα μέσα. Θέλετε να μάθετε πώς να δημιουργήσετε έναν απλό ρομποτικό βραχίονα βασισμένο στον μικροελεγκτή Arduino και σε σερβοκινητήρες; Διαβάστε παρακάτω!
Η σημασία της τεχνολογίας
Ένας ρομποτικός βραχίονας είναι μια αυτοματοποιημένη μηχανική συσκευή που ελέγχεται μέσω ειδικού λογισμικού εγκατεστημένου στον αφιερωμένο μικροελεγκτή. Μπορεί να είναι είτε αυτόνομη συσκευή είτε στοιχείο ενός ανθρωπόμορφου ρομπότ. Η λειτουργία μιας τέτοιας συσκευής εξαρτάται από την κίνηση των αρθρώσεων – καθεμία μπορεί να έχει από έναν έως τρεις βαθμούς ελευθερίας. Για παράδειγμα, ξεχωριστές αρθρώσεις μπορούν να κινούνται τόσο γραμμικά σε σχέση με τη βάση του βραχίονα όσο και περιστροφικά.
Λόγοι για αυτοματοποίηση
Ρομποτικοί βραχίονες μπορούν να δημιουργηθούν για να χειρίζονται εργασίες που ένας ανθρώπινος βραχίονας θα δυσκολευόταν να κάνει μόνος του. Μπορούν να συγκρατούν και να συναρμολογούν επιμέρους εξαρτήματα, να συγκολλούν, να φτάνουν σε δυσπρόσιτα σημεία κ.λπ. Γενικά, ο κύριος στόχος τέτοιων συσκευών στη ρομποτική –τον οποίο επιστήμονες και εφευρέτες επιδιώκουν εδώ και αρκετά χρόνια– είναι να μιμούνται όσο το δυνατόν ακριβέστερα την κίνηση του ανθρώπινου χεριού.
Ποιος ωφελείται;
Ένας αυτοματοποιημένος βιομηχανικός ρομποτικός βραχίονας μπορεί, μεταξύ άλλων, να είναι ιδιαίτερα χρήσιμος στην ανθρώπινη εργασία. Τα πιο προφανή πλεονεκτήματα που προσφέρει είναι:
- Υψηλή ταχύτητα και ακριβείς κινήσεις·
- Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και υψηλή αξιοπιστία·
- Δυνατότητα λειτουργίας για μεγάλες χρονικές περιόδους χωρίς διακοπή·
- Ικανότητα λειτουργίας σε επικίνδυνες συνθήκες, με επικίνδυνα υλικά·
- Μείωση της επίδρασης του ανθρώπινου παράγοντα και του ποσοστού τραυματισμών.
Οδηγός αυτοματοποίησης ρομποτικού βραχίονα
Παρακάτω θα σας δείξουμε πώς να δημιουργήσετε και να αυτοματοποιήσετε έναν ρομποτικό βραχίονα. Αρχικά, ας ορίσουμε τον τύπο της συσκευής με την οποία θα εργαστούμε.
Τύποι ρομποτικού βραχίονα
Σήμερα, υπάρχει η ακόλουθη ταξινόμηση ρομποτικών βραχιόνων:
- Καρθησιανός: Αυτός ο τύπος βασίζεται στην κίνηση τριών αρθρώσεων σύμφωνα με το καρτεσιανό σύστημα αναφοράς. Μπορεί να πιάνει και να συγκρατεί εξαρτήματα και χρησιμοποιείται κυρίως στην παραγωγή και την ιατρική για συγκολλήσεις και κοπές αντικειμένων με μικροσκοπική ακρίβεια·
- Κυλινδρικός: Βραχίονες αυτού του τύπου χρησιμοποιούνται για την κατασκευή εξαρτημάτων. Βασίζονται στο σύστημα κυλινδρικών συντεταγμένων.
- Πολικός: Συσκευές που βασίζονται στο σύστημα πολικών συντεταγμένων και χρησιμοποιούνται κυρίως για συγκολλήσεις.
- SCARA: Διαθέτουν δύο αρθρώσεις-μεντεσέδες που επιτρέπουν περιστροφικές κινήσεις. Είναι πιο αποδοτικοί στην κατασκευή σύνθετων κατασκευών.
- Αρθρωτός: Διαθέτουν τουλάχιστον τρεις αρθρώσεις που τίθενται σε κίνηση από περιστρεφόμενους μεντεσέδες. Έχουν αρκετά ευρύ φάσμα χρήσεων, αλλά αφορούν κυρίως την παραγωγή.
- Παράλληλος: Παράλληλοι ρομποτικοί βραχίονες μπορούν να κάνουν τόσο περιστροφικές όσο και γραμμικές κινήσεις. Επί του παρόντος, είναι από τους πιο εξελιγμένους τύπους αυτοματοποιημένων συσκευών κατασκευής.
- Ανθρωπομορφικός: Ο τελευταίος αλλά πιο συναρπαστικός τύπος αυτοματοποιημένων ρομποτικών βραχιόνων – είναι σχεδόν ταυτόσημος σε κατασκευή και δράση με ένα πραγματικό ανθρώπινο χέρι.
Προετοιμασία υλικού και λογισμικού
Ας δούμε ποια εξαρτήματα θα χρειαστείτε για να κατασκευάσετε και να αυτοματοποιήσετε μόνοι σας έναν ρομποτικό βραχίονα. Συγκεκριμένα, προτείνουμε τα εξής:
- 4 σερβοκινητήρες Tower Pro 9g·
- 3D-τυπωμένα μέρη του βραχίονα (το σχέδιο φαίνεται στην παραπάνω εικόνα)·
- βίδες και μπουλόνια·
- Arduino Uno μικροελεγκτής·
- Sensor Shield V5 (για τη σύνδεση των servos στα εξαρτήματα).
Και τώρα μερικά λόγια για την προετοιμασία κατασκευής των εξαρτημάτων. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε κοινό πλεξιγκλάς – δεν θα επηρεάσει καθόλου την τελική ποιότητα της συσκευής. Ωστόσο, ο 3D εκτυπωτής πλέον δεν είναι τόσο ακριβός και, ειλικρινά, θα σας συνιστούσαμε να «προστατέψετε» τα χέρια σας από ζημιές που προκαλεί η χειροκίνητη κοπή. Τα εξαρτήματα στο παράδειγμά μας μοντελοποιήθηκαν με SketchUp.
Στη συνέχεια, το αρχείο έγινε export, πάλι με τη βοήθεια επέκτασης, και στάλθηκε για εκτύπωση. Σημειώστε ότι κατά τη μοντελοποίηση είναι πολύ σημαντικό να ορίσετε ακριβείς διαστάσεις και θέσεις για τις οπές των μπουλονιών που θα συγκρατούν τον μηχανισμό. Διαφορετικά, θα χρειαστεί να ανοίξετε επιπλέον οπές και ίσως να ξανατυπώσετε ορισμένα κομμάτια. Όσο για το λογισμικό ελέγχου των σερβοκινητήρων, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη στάνταρ βιβλιοθήκη Servo. Θα θέλαμε να σημειώσουμε ότι οι προεπιλεγμένες δυνατότητες της Servo library ορίζουν κινήσεις που είναι αρκετά «κοφτές» και απότομες. Επιπλέον, κάθε κινητήρας κινείται από προεπιλογή μόνο όταν οι υπόλοιποι τρεις είναι σταματημένοι. Αυτή η διαπίστωση ήταν αρκετά σημαντικό μειονέκτημα για πολλούς μηχανικούς. Γι’ αυτό είναι καλύτερο να γράψετε προσαρμοσμένες συναρτήσεις για κάθε κινητήρα – ευτυχώς, δεν είναι τόσο δύσκολο. Ο γενικός αλγόριθμος των κινήσεων μοτέρ έχει ως εξής: η θέση ενός σερβοκινητήρα πρέπει να διαβάζεται σε κάθε επανάληψη στη βασική συνάρτηση loop() – η Servo.Read() επιτρέπει αυτό· αν η θέση δεν αντιστοιχεί στη ζητούμενη γωνία, πρέπει να προσεγγίζεται προς την απαιτούμενη γωνία κατά ένα βήμα ανά επανάληψη. Θα χρειαστεί επίσης να γράψετε ξεχωριστές συναρτήσεις που ορίζουν την αλληλεπίδραση του ελεγκτή. Κάποιοι μηχανικοί προτιμούν C#, παρότι το Processing είναι το πιο συχνά προτεινόμενο περιβάλλον ανάπτυξης για την αλληλεπίδραση μεταξύ Arduino controllers μέσω θύρας COM.
Ρύθμιση εξοπλισμού
Τα εξαρτήματα συνδέονται εύκολα – ρίξτε μια ματιά σε αυτό το πρωτότυπο startup – το project uArm, στην κατασκευή του οποίου χρησιμοποιήθηκαν σερβοκινητήρες u-servo us-d150.
Τεχνολογικές τάσεις στον κόσμο
Λίγα λόγια για τις τάσεις στη ρομποτική. Γνωρίζατε, για παράδειγμα, ότι τα πιο υποσχόμενα επαγγελματικά πεδία απασχόλησης στη ρομποτική είναι η ιατρική και η κατασκευή διαστημικών τεχνολογιών; Η NASA εργάζεται ενεργά στη δημιουργία ρομπότ που μπορούν να μιμούνται πλήρως, εξ αποστάσεως, τις ανθρώπινες κινήσεις, ώστε να γίνει η εξερεύνηση του διαστήματος πιο προσιτή και αποδοτική. Από την άλλη, πολλοί εφευρέτες και επιστήμονες αυτής της δεκαετίας επικεντρώνονται στο να καταστήσουν την κατασκευή ρομποτικής φθηνότερη. Έτσι, η κατασκευή ενός ρομποτικού βραχίονα από εσάς τους ίδιους (π.χ. βασισμένου σε Arduino controllers) μπορεί να κοστίσει όχι πάνω από $100. Εντυπωσιακή πρόοδος σε σχέση με ό,τι είχαμε πριν από μόλις δέκα χρόνια.
Γιατί η Progressive Automations;
Προφανώς, για να υλοποιήσετε όλες τις διαδικασίες αυτοματοποίησης ενός ρομποτικού βραχίονα, θα χρειαστείτε ειδικό εξοπλισμό (σερβοκινητήρες, μικροελεγκτές Arduino κ.λπ.). Στη γκάμα μας προσφέρουμε μόνο δοκιμασμένα και αξιόπιστα μέρη και συσκευές, που μπορούν επιπλέον να ρυθμιστούν από τους ειδικούς μας σύμφωνα με τις απαιτήσεις σας. Επιπλέον, όλα τα προϊόντα που είναι διαθέσιμα στο ηλεκτρονικό μας κατάστημα διαθέτουν εγγύηση 18 μηνών με επιλογές επισκευής και πλήρους αντικατάστασης.
Συμπέρασμα
Όπως βλέπετε, δεν είναι ιδιαίτερα δύσκολο να φτιάξετε έναν ρομποτικό βραχίονα με ελάχιστα μέσα. Ελπίζουμε τα προϊόντα που είναι διαθέσιμα στον ιστότοπό μας να σας βοηθήσουν σε αυτό.