Oggi quasi qualsiasi appassionato di robotica può costruire un braccio robotico automatizzato. Sebbene le soluzioni robotiche per produzione, medicina e ricerca vadano lasciate ai professionisti, qualcosa di semplice per stupire gli amici si può realizzare con mezzi alla portata di tutti. Vuoi scoprire come creare un braccio robotico semplice basato sul microcontrollore Arduino e su servomotori? Continua a leggere!
Significato della tecnologia
Un braccio robotico è un dispositivo meccanico automatizzato controllato tramite un software dedicato installato su un microcontrollore. Può essere un dispositivo autonomo o parte di un robot umanoide. Il funzionamento dipende dal movimento delle giunzioni – ciascuna può avere da uno a tre gradi di libertà. Per esempio, singole giunzioni possono muoversi sia in direzione lineare rispetto alla base del braccio sia in rotazione.
Perché automatizzare
I bracci robotici possono essere realizzati per svolgere compiti con cui un braccio umano avrebbe difficoltà. Possono afferrare e assemblare componenti, saldare, raggiungere aree difficili da raggiungere, ecc. In generale, l’obiettivo principale di questi dispositivi in robotica, perseguito da scienziati e inventori da anni, è imitare il movimento del braccio umano con la massima precisione possibile.
Chi ne trae beneficio?
Un braccio robotico industriale automatizzato può essere molto utile nel lavoro umano, tra le altre cose. I vantaggi più evidenti sono:
- Alta velocità e movimenti precisi;
- Basso consumo energetico e alta affidabilità;
- Capacità di operare per lunghi periodi senza interruzioni;
- Capacità di lavorare in condizioni pericolose, con materiali pericolosi;
- Minore incidenza del fattore umano e riduzione degli infortuni.
Guida: come automatizzare un braccio robotico
Di seguito ti spieghiamo come creare e automatizzare un braccio robotico. Per iniziare, definiamo il tipo di dispositivo su cui lavoreremo.
Tipi di bracci robotici
Attualmente esiste la seguente classificazione dei bracci robotici:
- Cartesiano: Questo tipo si basa sul movimento di tre giunti secondo il sistema di riferimento cartesiano. Può afferrare e trattenere componenti ed è usato soprattutto nella produzione e in medicina per saldare e tagliare oggetti con precisione microscopica;.
- Cilindrico: I bracci di questo tipo sono impiegati per l’assemblaggio di componenti. Si basano sul sistema di coordinate cilindriche.
- Polare: Questi dispositivi, basati sul sistema di coordinate polari, sono usati soprattutto per la saldatura.
- SCARA: Presentano due giunti a cerniera che consentono movimenti rotazionali. Sono particolarmente efficienti nella costruzione di strutture complesse.
- Articolato: Questi dispositivi hanno almeno tre giunti messi in movimento da cerniere rotanti. Hanno un campo d’impiego piuttosto ampio, ma riguardano soprattutto l’ambito produttivo.
- Parallelo: I bracci robotici paralleli possono eseguire sia movimenti rotazionali sia movimenti lineari. Al momento è una delle tipologie di dispositivi automatici più avanzate.
- Antropomorfo: L’ultimo, ma più affascinante tipo di braccio robotico automatizzato: è quasi identico per costruzione e movimento a un braccio umano reale.
Preparazione di hardware e software
Vediamo quali componenti ti serviranno per costruire e automatizzare personalmente un braccio robotico. In particolare, suggeriamo di utilizzare i seguenti componenti:
- 4 servomotori Tower Pro 9g;
- Parti del braccio stampate in 3D (il progetto è nell’immagine sopra);
- Viti e bulloni;
- Arduino Uno microcontrollore;
- Sensor Shield V5 (per collegare i servo alle parti).
Ora, due parole sulla preparazione delle parti. Puoi usare del comune plexiglas: non comprometterà la qualità finale del dispositivo. Tuttavia, la stampa 3D oggi non è così costosa e, sinceramente, ti consigliamo di risparmiare alle mani i possibili danni del taglio manuale dei pezzi. Le parti del nostro esempio sono state modellate con SketchUp.
In seguito, il file è stato esportato con l’aiuto di un’estensione e inviato in stampa. Nota che durante la modellazione è molto importante definire con precisione dimensioni e posizione dei fori per i bulloni che terranno insieme il meccanismo. In caso contrario, dovrai praticare fori aggiuntivi e persino ristampare alcune parti. Per quanto riguarda il software di controllo dei servo, puoi usare la libreria Servo standard. Tieni però presente che le funzioni predefinite della libreria Servo generano movimenti troppo “bruschi”. Inoltre, per impostazione predefinita ciascun motore si muove solo quando gli altri tre sono fermi. Questa limitazione è stata un notevole svantaggio per molti ingegneri. Ecco perché è meglio scrivere funzioni personalizzate per ogni motore – per fortuna non è così difficile. L’algoritmo generale dei movimenti del motore è il seguente: a ogni iterazione nella funzione di base loop() va letta la posizione di un servomotore – la funzione Servo.Read () lo consente; se la posizione non corrisponde all’angolo impostato, deve essere avvicinata all’angolo desiderato di un passo per iterazione. Dovrai anche scrivere a parte le funzioni che definiscono l’interazione con il controller. Alcuni ingegneri preferiscono C#, sebbene Processing sia l’ambiente di sviluppo più raccomandato per gestire l’interazione tra i controller Arduino tramite una porta COM.
Configura l’attrezzatura
I collegamenti sono semplici: dai un’occhiata a questo prototipo di startup – progetto uArm, nella cui costruzione sono stati utilizzati azionamenti servo u-servo us-d150.
Tendenze tecnologiche nel mondo
Qualche parola sulle tendenze della robotica. Sapevi, ad esempio, che i settori più promettenti per l’impiego della robotica sono la medicina e la produzione di tecnologie spaziali? La NASA sta lavorando attivamente alla creazione di robot in grado di imitare completamente, a distanza, le manipolazioni umane per rendere l’esplorazione spaziale più accessibile ed efficiente. Dall’altra parte, molti inventori e scienziati di questo decennio si stanno concentrando nel ridurre i costi della produzione robotica. Così, costruire da solo un braccio robotico (ad esempio basato su controller Arduino) può costare non più di $100. Un progresso sorprendente rispetto a ciò che avevamo solo dieci anni fa.
Perché Progressive Automations?
Ovviamente, per realizzare tutti i processi di automazione di un braccio robotico avrai bisogno di attrezzature specifiche (azionamenti servo, microcontrollori Arduino, ecc.). Offriamo solo componenti e dispositivi collaudati nel nostro assortimento, che i nostri esperti possono anche configurare in base alle tue esigenze. Inoltre, tutti i prodotti disponibili nel nostro negozio online hanno una garanzia di 18 mesi con opzioni di riparazione e sostituzione completa.
Conclusione
Come vedi, non è così difficile costruire un braccio robotico con mezzi minimi. Speriamo che anche i prodotti disponibili sul nostro sito web ti aiutino in questo.