Nykyään lähes kuka tahansa robotiikasta innostunut voi rakentaa automatisoidun robottikäsivarren. Vaikka tuotannon, lääketieteen ja tieteellisen työn robottiratkaisut on parempi jättää ammattilaisille, jotain pientä, millä tehdä vaikutus ystäviin, voi rakentaa saatavilla olevin keinoin. Haluatko selvittää, miten teet yksinkertaisen robottikäsivarren Arduino-mikrokontrollerin ja servomoottorien pohjalta? Jatka lukemista!
Teknologian merkitys
Robottikäsivarsi on automatisoitu mekaaninen laite, jota ohjataan erityisellä mikrokontrolleriin asennetulla ohjelmistolla. Se voi olla joko itsenäinen laite tai ihmismäisen robotin osa. Tällaisen laitteen toiminta perustuu nivelten liikkeeseen – jokaisella voi olla yksi, kaksi tai kolme vapausastetta. Esimerkiksi erilliset nivelet voivat liikkua sekä lineaarisesti suhteessa varren runkoon että kiertyvästi.
Syitä automatisointiin
Robottikäsivarsia voidaan rakentaa tehtäviin, joista ihmiskäsi selviäisi yksin vaivalloisesti. Se voi pitää ja yhdistää osia, hitsata, yltää ahtaisiin paikkoihin jne. Yleisesti ottaen tällaisten laitteiden tärkein tavoite robotiikassa – jota tutkijat ja keksijät ovat tavoitelleet jo vuosia – on jäljitellä ihmiskäden liikettä mahdollisimman tarkasti.
Kenelle siitä on hyötyä?
Automaattinen teollinen robottikäsivarsi voi olla erittäin hyödyllinen ihmistyössä monin tavoin. Ilmeisimpiä etuja ovat:
- Suuri nopeus ja tarkat liikkeet;
- Pieni energiankulutus ja korkea luotettavuus;
- Kyky työskennellä pitkiä aikoja keskeytyksettä;
- Kyky toimia vaarallisissa olosuhteissa ja vaarallisten materiaalien kanssa;
- Inhimillisen virheen vaikutuksen ja tapaturmien väheneminen.
Ohje: miten robottikäsivarsi automatisoidaan
Kerroemme alla, miten robottikäsivarsi luodaan ja automatisoidaan. Määritellään ensin laitetyyppi, jonka parissa aiomme työskennellä.
Robottikäsivarsien tyypit
Tällä hetkellä robottikäsivarsista on seuraava luokittelu:
- Kartesiolainen: Tyyppi perustuu kolmen nivelen liikkeeseen kartesiolaisen koordinaatiston mukaan. Se voi tarttua ja pitää osia ja sitä käytetään enimmäkseen valmistuksessa ja lääketieteessä hitsaukseen ja kappaleiden leikkaukseen mikroskooppisella tarkkuudella.
- Lieriömäinen: Tämän tyypin varsia käytetään osien rakentamiseen. Ne perustuvat lieriökoordinaatistoon.
- Polaarinen: Nämä laitteet perustuvat polaarikoordinaatistoon ja niitä käytetään enimmäkseen hitsaukseen.
- SCARA: Näissä on kaksi sarana-niveltä, jotka mahdollistavat kiertoliikkeet. Ne ovat tehokkaimpia monimutkaisten rakenteiden rakentamisessa.
- Nivelellinen (articulated): Näissä on vähintään kolme niveltä, jotka liikkuvat pyörivien sarananivelten avulla. Käyttökohteita on laajasti, mutta pääosin valmistuksessa.
- Rinnakkaisvarsi: Rinnakkaiset robottivarret pystyvät sekä kierto- että lineaariliikkeisiin. Tällä hetkellä se on yksi edistyneimmistä automatisoiduista rakentamislaitteista.
- Antropomorfinen: Viimeinen, mutta ehkä kiinnostavin tyyppi – rakenteeltaan ja toiminnaltaan lähes ihmiskäden kaltainen.
Laitteiston ja ohjelmiston valmistelu
Selvitetään, mitä komponentteja tarvitset rakentaaksesi ja automatisoidaksesi robottikäsivarren itse. Suosittelemme erityisesti seuraavia osia:
- 4 kpl Tower Pro 9g -servomoottoreita;
- 3D-tulostetut varren osat (piirros on yllä olevassa kuvassa);
- Ruuvit ja pultit;
- Arduino Uno -mikrokontrolleri;
- Sensor Shield V5 (servojen liittämiseen osiin).
Muutama sana osien valmistelusta. Voit käyttää tavallista pleksiä – se ei heikennä lopputuotteen laatua. 3D-tulostus ei kuitenkaan nykyisin ole kallista ja rehellisesti sanoen suosittelemme säästämään käsiäsi manuaalisen leikkauksen vaivoilta. Esimerkissämme osat mallinnettiin SketchUpilla.
Tiedosto vietiin sitten ulos ja lähetettiin lisäosan avulla tulostettavaksi. Huomaa, että mallinnuksen aikana on erittäin tärkeää määrittää tarkat mitat ja pulttien reikien sijainnit, joilla mekanismi pysyy koossa. Muussa tapauksessa joudut tekemään lisäreikiä ja jopa tulostamaan joitakin osia uudestaan. Ohjelmistosta servokäyttöjen ohjaukseen – voit käyttää vakiota Servo-kirjastoa. Huomautamme kuitenkin, että Servo-kirjaston oletusominaisuudet tekevät liikkeistä turhan ‘jyrkkiä’ ja äkillisiä. Lisäksi oletuksena kukin moottori liikkuu vain, kun muut kolme ovat paikallaan. Monille insinööreille tämä on ollut merkittävä puute. Siksi on parasta kirjoittaa kullekin moottorille omat funktiot – onneksi se ei ole kovin vaikeaa. Moottoriliikkeiden yleinen algoritmi on seuraava: servomoottorin sijainti tulee lukea jokaisessa loop()-pääsilmukan iteraatiossa – Servo.Read() -funktio mahdollistaa tämän; jos sijainti ei vastaa asetettua kulmaa, sitä tulee lähentää haluttuun kulmaan yksi pykälä per iteraatio. Sinun tulee myös kirjoittaa erikseen funktiot, jotka määrittävät ohjaimen välisen vuorovaikutuksen. Jotkut insinöörit suosivat C#:ää, vaikka Processing on useimmiten suositeltu kehitysympäristö Arduinon ohjaimien välisen COM-porttiyhteyden toteuttamiseen.
Laitteiston käyttöönotto
Osat on helppo liittää – katso tätä startup-prototyyppiä, uArm-projektia, jonka rakentamisessa käytettiin u-servo us-d150 -servokäyttöjä.
Tekniikkatrendit maailmalla
Muutama sana robotiikan trendeistä. Tiesitkö, että lupaavimmat ammattialat robotiikan työllistymiselle ovat lääketiede ja avaruusteknologioiden valmistus? NASA kehittää aktiivisesti robotteja, jotka pystyvät jäljittelemään ihmismäisiä käsittelyjä etäyhteydellä, jotta avaruuden tutkiminen olisi helpompaa ja tehokkaampaa. Toisaalta monet viime vuosien keksijät ja tutkijat ovat keskittyneet robotiikan valmistuksen halpuuttamiseen. Niinpä robottikäsivarren rakentaminen itse (esim. Arduino-ohjaimilla) voi maksaa enintään noin 100 $. Huikea harppaus verrattuna tilanteeseen kymmenen vuotta sitten.
Miksi Progressive Automations?
Robottikäsivarren automaation toteuttamiseen tarvitset luonnollisesti erityislaitteita (servokäyttöjä, Arduino-mikrokontrollereita jne.). Tarjoamme valikoimassamme vain hyvin testattuja osia ja laitteita, jotka asiantuntijamme voivat lisäksi konfiguroida vaatimustesi mukaan. Lisäksi kaikki tuotteet, jotka ovat saatavillaverkkokaupassamme, sisältävät 18 kuukauden takuun sekä korjaus- ja täydellisen vaihtomahdollisuuden.
Yhteenveto
Kuten huomaat, robottikäsivarren rakentaminen vähin resurssein ei ole kovin vaikeaa. Toivomme, että verkkosivustoltamme löytyvät tuotteet auttavat sinua siinä.