V súčasnosti si takmer každý nadšenec robotiky môže postaviť automatizované robotické rameno. Hoci riešenia pre výrobu, medicínu a vedeckú prácu je lepšie prenechať profesionálom, niečo menšie na ohúrenie priateľov sa dá zostrojiť aj z dostupných prostriedkov. Chcete zistiť, ako vytvoriť jednoduché robotické rameno založené na Arduino microcontroller a servomotoroch? Čítajte ďalej!
Význam technológie
Robotické rameno je automatizované mechanické zariadenie riadené špeciálnym softvérom nainštalovaným na dedikovanom mikrokontroléri. Môže ísť o samostatné zariadenie alebo o prvok humanoidného robota. Činnosť takého zariadenia závisí od pohybu kĺbov – každý môže mať od jedného do troch stupňov voľnosti. Napríklad jednotlivé kĺby sa môžu pohybovať lineárne vzhľadom na základňu ramena aj rotačne.
Dôvody automatizácie
Robotické ramená možno vytvárať na vykonávanie úloh, s ktorými by si ľudská ruka sama ťažko poradila. Dokážu držať a skladať jednotlivé diely, zvárať, dosiahnuť do ťažko prístupných miest atď. Vo všeobecnosti je hlavným cieľom takýchto zariadení v robotike – o ktorý sa vedci a vynálezcovia usilujú už roky – čo najpresnejšie napodobniť pohyb ľudskej ruky.
Kto z toho ťaží?
Automatizované priemyselné robotické rameno môže byť okrem iného pri ľudskej práci veľmi užitočné. Najzrejmejšie výhody sú:
- Vysoká rýchlosť a presné pohyby;
- Nízka spotreba energie a vysoká spoľahlivosť;
- Schopnosť pracovať dlhé časové úseky bez prestávky;
- Schopnosť pracovať v nebezpečných podmienkach a s nebezpečnými materiálmi;
- Zníženie vplyvu ľudského faktora a miery úrazov.
Ako automatizovať robotické rameno – sprievodca
Nižšie vám vysvetlíme, ako robotické rameno vytvoriť a automatizovať. Najprv si určme typ zariadenia, s ktorým budeme pracovať.
Typy ramena robota
V súčasnosti sa robotické ramená zvyknú klasifikovať takto:
- Kartézsky: Tento typ vychádza z pohybu troch kĺbov podľa kartézskej súradnicovej sústavy. Dokáže uchopiť a držať diely a najčastejšie sa používa vo výrobe a medicíne na zváranie a rezanie objektov s mikroskopickou presnosťou.
- Cylindrický: Ramená tohto typu sa používajú na konštrukciu dielov. Vychádzajú z cylindrickej súradnicovej sústavy.
- Polárny: Tieto zariadenia založené na polárnej súradnicovej sústave sa používajú najmä na zváranie.
- SCARA: Majú dva kĺbové spoje, ktoré umožňujú rotačné pohyby. Najefektívnejšie sú pri stavbe zložitých konštrukcií.
- Kĺbové: Tieto zariadenia majú aspoň tri kĺby s rotačnými kĺbovými spojmi. Majú pomerne široké využitie, prevažne však vo výrobe.
- Paralelné: Paralelné robotické ramená zvládajú rotačné aj lineárne pohyby. V súčasnosti patria medzi najpokročilejšie typy automatizovaných konštrukčných zariadení.
- Antropomorfné: Posledný, no najzaujímavejší typ automatizovaných robotických ramien – svojou konštrukciou a pohybom sa takmer zhoduje s ľudskou rukou.
Príprava hardvéru a softvéru
Pozrime sa, aké komponenty budete potrebovať na vlastnú stavbu a automatizáciu ramena robota. Odporúčame najmä tieto komponenty:
- 4 servomotory Tower Pro 9 g;
- 3D tlačené diely ramena (výkres je na obrázku vyššie);
- Skrutky a matice;
- Arduino Uno mikrokontrolér;
- Sensor Shield V5 (na pripojenie servomotorov k dielom).
Teraz pár slov k príprave výroby dielov. Môžete použiť obyčajné plexisklo – konečnú kvalitu zariadenia to vôbec nezhorší. 3D tlač však dnes nie je taká drahá a úprimne odporúčame ušetriť si ruky pred poraneniami pri ručnom vyrezávaní dielov. Diely v našej ukážke boli modelované v SketchUpe.
Následne bol súbor exportovaný pomocou rozšírenia a odoslaný do tlače. Všimnite si, že pri modelovaní je veľmi dôležité presne určiť rozmery a polohy otvorov pre skrutky, ktoré budú držať mechanizmus pokope. Inak budete musieť robiť dodatočné otvory a dokonca niektoré diely vytlačiť znova. Čo sa týka softvéru na riadenie servopohonov – môžete použiť štandardnú knižnicu Servo. Upozorňujeme, že predvolené funkcie knižnice Servo nastavujú pohyby, ktoré sú príliš „ostré“ a prudké. Navyše, každý motor sa v predvolenom nastavení hýbe iba vtedy, keď ostatné tri motory stoja. Toto zistenie bolo pre mnohých inžinierov dosť výrazným nedostatkom. Preto je najlepšie napísať pre každý motor vlastné funkcie – našťastie to nie je zložité. Všeobecný algoritmus pohybov motorov vyzerá takto: v každej iterácii základnej funkcie loop() je potrebné prečítať polohu servomotora – na to slúži funkcia Servo.Read (); ak poloha nezodpovedá nastavenému uhlu, musí sa v každej iterácii priblížiť k požadovanému uhlu o jeden krok. Taktiež budete musieť samostatne napísať funkcie, ktoré definujú interakciu kontroléra. Niektorí inžinieri uprednostňujú C#, hoci najčastejšie odporúčaným vývojovým prostredím na zabezpečenie komunikácie medzi Arduino kontrolérmi cez COM port je Processing.
Nastavenie zariadenia
Diely sa prepájajú jednoducho – pozrite si tento prototyp startupu – projekt uArm, pri ktorého konštrukcii sa použili servopohony u-servo us-d150.
Technologické trendy vo svete
Pár slov k trendom v robotike. Vedeli ste napríklad, že medzi najperspektívnejšie profesijné oblasti pre zamestnanie v robotike patria medicína a výroba kozmických technológií? NASA aktívne pracuje na tvorbe robotov, ktorí dokážu na diaľku plne napodobniť ľudské manipulácie, aby sa prieskum vesmíru stal dostupnejším a efektívnejším. Na druhej strane sa mnohí vynálezcovia a vedci tejto dekády sústreďujú na zlacnenie výroby robotiky. Vďaka tomu vás stavba robotického ramena svojpomocne (napr. na báze Arduino kontrolérov) môže vyjsť na najviac $100. Úžasný pokrok v porovnaní s tým, čo sme mali ešte pred desiatimi rokmi.
Prečo Progressive Automations?
Je zrejmé, že na realizáciu všetkých procesov automatizácie robotického ramena budete potrebovať špeciálne vybavenie (servopohony, Arduino mikrokontroléry atď.). V našej ponuke nájdete iba overené a otestované diely a zariadenia, ktoré môžu naši odborníci dodatočne nakonfigurovať podľa vašich požiadaviek. Navyše, všetky produkty dostupné v našom online obchode majú 18-mesačnú záruku s možnosťou opravy aj úplnej výmeny.
Záver
Ako vidíte, postaviť robotické rameno s minimálnymi prostriedkami nie je vôbec zložité. Veríme, že vám s tým pomôžu aj produkty dostupné na našej webovej stránke.