Jūs varat iemācīties uzbūvēt robotizētu roku 2025. gadā, veicot vienkāršas darbības. Daudzi iesācēji veido robotizētas rokas skolai, kodēšanai un izklaidējošiem projektiem. Lai sāktu, varat izmantot tādus komplektus kā LEGO Mindstorms, Raspberry Pi robotus vai EZ-Robot, lai mācītos un eksperimentētu. Populāri detaļu zīmoli ir FANUC, KUKA un Standard Bots.
Plānojiet un sagatavojiet
Definējiet mērķi
Pirms sākat, izlemiet, kāpēc vēlaties uzbūvēt robotizētu rokuDaudzi cilvēki izmanto robotizētas rokas mācībām, priekšmetu pacelšanai vai to vadīšanai ar tālruni. Jums vajadzētu padomāt par izmēru, cik locītavu vēlaties un kādus uzdevumus roka veiks.
Pamatne nodrošina rokai stabilitāti un palīdz tai vienmērīgi kustēties.
Locītavas nosaka, kā roka saliecas un pagriežas.
Vairāk locītavu nozīmē, ka roka var kustēties vairākos veidos.
Rokas gals, ko sauc par gala efektoru, satver vai pārvieto lietas.
Plaukstas locītava ļauj rokai pagriezties un savērpties, lai nodrošinātu labāku kontroli.
Padoms. Ja vēlaties uzzināt, kā uzbūvēt robotizētu roku Bluetooth vadībai vai objektu paņemšanai, paredziet pietiekami daudz savienojumu un satvērēju.
Izvēlieties Materiāli
Robotiskās rokas izgatavošanai var izmantot dažādus materiālus. Katram materiālam ir savas stiprās un vājās puses.
materiāls | Plusi | Mīnusi |
|---|---|---|
Akrils | Viegls, viegli griežams, izskatās glīti | Var salūzt stresa ietekmē |
koks | Lēti, viegli veidojami | Nav tik izturīgs kā metāls |
3D izdrukāts | Pielāgotas formas, gaisma | Nepieciešams 3D printeris |
Kartons | Ļoti lēti, viegli atrast | Nav izturīgs, vājš |
Izvēlieties materiālu, kas atbilst jūsu projektam un budžetam. Vieglāki materiāli palīdz rokai kustēties ātrāk, bet izturīgāki materiāli kalpo ilgāk.
Savāc sastāvdaļas
Lai izveidotu robotizēto roku, nepieciešamas vairākas detaļas. Lielākajā daļā projektu kustībai tiek izmantoti servomotori, bet vadībai — mikrokontrolleris, piemēram, Arduino.
Motori vai izpildmehānismi (servomotori darbojas labi)
Mikrokontrolleris (Arduino ir populārs)
Potenciometri, rezistori, spiedpogas
Vadi un barošanas avots
Kvalitatīvas detaļas var atrast no tādiem zīmoliem kā EVst, Elephant Robotics vai Standard Bots. EVst piedāvā komplektus un atsevišķas detaļas iesācējiem un hobijiem. Ja vēlaties uzzināt, kā uzbūvēt labi funkcionējošu robotizētu roku, vienmēr izmantojiet uzticamus komponentus.
Kā uzbūvēt robotizētu roku
Dizains un montāža
Pirmkārt, jums ir nepieciešams plānojiet, kā jūsu robotizētā roka izskatīsies. Uzzīmējiet savu ideju uz papīra vai izmantojiet bezmaksas rīkus, piemēram, Tinkercad. Izlemiet, cik savienojumu vēlaties. Padomājiet par to, kur katra detaļa savienosies. Daudzi cilvēki izmanto 3D drukāšanu, lai izgatavotu īpašas detaļas savai rokai. Varat arī griezt akrilu vai koku ar vienkāršiem instrumentiem.
Lai saliktu roku kopā, veiciet tālāk norādītās darbības.
Izgrieziet katru gabalu pareizajā izmērā. Izmantojiet lineālu un marķieri.
Piestipriniet savienojumus ar skrūvēm, bultskrūvēm un kronšteiniem.
Katrā savienojumā ievietojiet neilona starplikas, paplāksnes un uzgriežņus. Tas palīdzēs rokai kustēties vienmērīgi un apturs berzi.
Nostipriniet servodzinējus vietā ar montāžas kronšteiniem un skrūvēm. Pārliecinieties, vai uzgriežņi iederas platformas caurumos, lai nodrošinātu izturību.
Savienojiet galveno sviru, šarnīrsavienojumus, noliekšanas sviras un satvērēju ar vienādiem stiprinājumiem.
Starp nekustīgajām un griežamajām detaļām novietojiet lielus atlokus. Tas nodrošinās vietu un ļaus rokai viegli pagriezties.
Ja nevarat izmantot instrumentu, pievelciet uzgriežņus ar roku. Tas neļaus rokai trīcēt.
Izmantojiet fiksācijas uzgriežņus uz satvērēja skrūvēm. Tie ļauj satvērējam kustēties, bet neatbrīvojas.
Izveidojiet stingru pamatni vai piestipriniet roku pie galda ar skavām. Tas neļaus tai nokrist.
Daudzi iesācēji izgatavo vienkāršas rokas ar satvērējiem, lai paceltu mazus priekšmetus. Daži cilvēki pievieno mākslīgā intelekta redzes sistēmas, lai atrastu objektus reāllaikā. Izvēlieties stilu, kas atbilst jūsu vēlmēm un zināšanām.
Motoru un elektroinstalācijas uzstādīšana
Jums ir jāievieto motori katrā savienojumā. Lielākā daļa cilvēku izmanto servodzinēji jo tos ir viegli lietot. Piestipriniet katru motoru ar kronšteiniem un skrūvēm. Izvelciet servo vadus caur caurumiem svirā. Tas pasargā vadus un novērš to sapīšanos.
Veiciet šīs darbības, lai izveidotu vadu:
Pārbaudiet akumulatora pozitīvo un negatīvo polu. Pievienojiet sarkano vadu pozitīvajam polam, bet melno vadu - negatīvajam.
Izvelciet sarkano strāvas vadu caur galveno drošinātāju uz strāvas sadales paneli (PDP).
Pievienojiet katra motora regulatora barošanas ieeju PDP augstas strāvas izejai.
Izmantojiet vadu noņēmējus, lai sagatavotu vadus. Ievietojiet tos spailēs.
Pievienojiet motora regulatora izejas motoriem, izmantojot Wago 221 spailes. Savienojiet sarkanos vadus ar sarkano un melnos ar melno.
Gariem vadiem izmantojiet 12 AWG pagarinātāju. Droši novietojiet tos gar sviru.
Vienmēr pārbaudiet savienojumus, apskatot un uzmanīgi pavelkot vadus. Pārliecinieties, vai tie ir cieši un droši.
Vadu savienojuma un testēšanas laikā novietojiet robotizēto roku uz blokiem. Tas neļaus tai pēkšņi kustēties.
Motoru kontrolieri atrodas starp mikrokontrolleri un motoriem. Tie nodrošina pareizo jaudas daudzumu. Savienojiet kontroliera barošanas ieejas ar mikrokontrollera 5 V un zemējuma kontaktiem. Vadības signāliem tiek izmantots PWM vai UART. Bezkontaktu motoriem ir jāiestata ESC. Arduino Servo bibliotēka palīdz sūtīt PWM signālus ātruma kontrolei.
Programmēšana un pārbaude
Jūs izmantojat mikrokontrolleri, piemēram, Arduino, lai vadītu savu robotizēto roku. Uzrakstiet kodu, lai pārvietotu katru locītavu. Daudzi cilvēki izmanto Python vienkāršiem projektiem, jo tas ir vienkāršs un tam ir daudz bibliotēku. C++ ir labs ātrai vadībai un aparatūrai. Java darbojas daudzos datoros, un MATLAB ir labs testēšanai un modelēšanai.
Programmēšanas valoda | Stiprās puses un tipiski lietošanas gadījumi | Ierobežojumi |
|---|---|---|
Pitons | Vienkārši vārdi, daudzas bibliotēkas, ātri izmēģināmas idejas | Nav piemērots ātriem darbiem |
C + + | Ātra, reāllaika vadība, darbojas ar aparatūru | Grūti jaunajiem lietotājiem |
Java | Viegli lietojams, darbojas daudzos datoros | Nav vislabāk piemērots ātrai vadībai |
MATLAB | Piemērots testēšanai un modelēšanai | Netiek izmantots galīgajai kontrolei |
Jums ir jāplāno, kā locītavas kustēsies. To palīdz izdarīt Denavita-Hartenberga konvencija. Katrai locītavai tiek piešķirta koordinātu sistēma, izmantojot četrus noteikumus. Šie noteikumi izmanto četrus skaitļus: θ (teta), α (alfa), r un d. Jūs tos ievietojat tabulā un izveidojat transformācijas matricas. Sareizinot šīs matricas, jūs atrodat efektora pozīciju un virzienu. Tas ļauj jums zināt, kurp virzīsies roka, pamatojoties uz locītavu leņķiem un posmu garumiem.
Testēšana un kalibrēšana ir svarīgi soļi, veidojot robotizētu roku. Veiciet šīs darbības:
Plānojiet robota kinemātiskos skaitļus.
Izmēriet pozas kļūdas, izmantojot atgriezenisko saiti vai citas ierīces.
Atrodiet ģeometriskās kļūdas, izmantojot matemātikas metodes.
Labojiet kinemātisko modeli, lai padarītu to precīzāku.
Atvērtās cilpas kalibrēšanai izmantojiet 3D mērīšanas rīkus, piemēram, lāzera sekotājus vai CMMM.
Pieskarieties sfērām ar zināmiem attālumiem un salīdziniet izmērītās pozas ar to, ko sagaidāt.
Pārvietojiet roku uz vienu un to pašu vietu dažādos veidos, lai atrastu un labotu locītavu nobīdes.
Pievērsiet uzmanību ģeometriskām kļūdām, jo tās rada lielāko daļu kļūdu.
Ja jums nav ārēju ierīču, izmantojiet ātro atkārtoto kalibrēšanu ar atgriezenisko saiti.
Pārbaudiet kalibrēšanu, lai pārliecinātos, vai precizitāte uzlabojas.
Izmaksu apsvērumi
Jūs varētu interesēt, cik maksā robotizētas rokas izgatavošana. Vienkāršas sadarbības rokas maksā no 25,000 75,000 līdz 40,000 150,000 ASV dolāru tikai par vienu roku. Uzstādīšanas izmaksas ir no 50,000 200,000 līdz 500,000 XNUMX ASV dolāru. Šīs rokas ir drošas, viegli uzstādāmas un piemērotas iesācējiem. Uzlabotas rūpnieciskās rokas maksā no XNUMX XNUMX līdz XNUMX XNUMX ASV dolāru par vienu roku. Uzstādīšanas izmaksas var sasniegt pat XNUMX XNUMX ASV dolāru. Šīs rokas var pacelt vairāk un ir precīzākas, taču tām ir nepieciešami drošības karkasi un ekspertu uzstādīšana.
Robotiskās rokas tips | Cenu diapazons (bāzes vienība) | Uzstādīšanas izmaksu diapazons | Galvenās funkcijas un lietošanas gadījumi |
|---|---|---|---|
Vienkāršs (sadarbības) | $ 25,000 - $ 75,000 | $ 40,000 - $ 150,000 | Drošs, viegls, viegli uzstādāms, bez žoga, var pacelt aptuveni 18–20 kg, programmēšana bez koda, elastīga lietošana |
Augstākā (rūpnieciskā) līmeņa | $ 50,000 - $ 200,000 | $ 150,000 - $ 500,000 | Paceļ vairāk, ļoti precīzs, nepieciešami drošības karkasi, izmanto metināšanai, CNC, kraušanai, smagiem darbiem. |
Būvēšana no detaļām var izmaksāt no 20,000 30,000 līdz 5 12 ASV dolāru pirms programmatūras un drošības ieviešanas. Uzturēšana izmaksā aptuveni 500–1,000 % no cenas katru gadu. Elektrība izmaksā XNUMX–XNUMX ASV dolāru gadā.
Padoms: Ja robotika jums ir jaunums, sāciet ar vienkāršu roku. Uzlabojiet rokas modeli, kad uzzināsiet vairāk par robotizētas rokas būvēšanu.
Traucējummeklēšana un drošība
Bieži sastopamās problēmas
Veidojot robotizētu roku, jūs varat saskarties ar dažām problēmām kopīgas problēmasZinot šīs problēmas, jūs varēsiet tās ātri novērst un nodrošināt projekta netraucētu norisi.
Mehāniskā nestabilitāte var izraisīt rokas trīcēšanu vai precizitātes zudumu. To var atrisināt, izmantojot izturīgākus gultņus un vārpstas.
Locītavu stīvums un zobratu nodilums bieži vien palēnina kustību. Ieeļļojiet locītavas vai nomainiet nolietotās detaļas, lai atjaunotu vienmērīgu kustību.
Strāvas padeves pārtraukumi var pēkšņi apturēt jūsu roku un sabojāt detaļas. Reģeneratīvās bremzēšanas ķēdes palīdz rokai droši palēnināties strāvas padeves pārtraukuma laikā.
Putekļi un mitrums var sabojāt elektroniskās detaļas. Nosedziet visu elektroniku, lai pasargātu to no apkārtējās vides ietekmes.
Pārāk daudz kabeļu apgrūtina iestatīšanu un remontu. Centieties izmantot vienu kabeli starp robotu un vadības ierīci.
Nestabils spriegums vai bojāta elektroinstalācija var izraisīt rokas darbības pārtraukšanu. Vienmēr pārbaudiet barošanas avotu un elektroinstalācijas savienojumus.
Drošības padomi
Jums jāievēro drošības noteikumi lai aizsargātu sevi un citus, strādājot ar robotizētām rokām.
Regulāri pārbaudiet vadus un detaļas. Meklējiet bojājumus vai vaļīgus savienojumus.
Uzstādiet drošības barjeras, piemēram, žogus vai gaismas aizkarus, lai cilvēki neatrastos kustīgo daļu tuvumā.
Novietojiet avārijas apturēšanas pogas viegli sasniedzamās vietās. Pārliecinieties, ka visi zina, kā tās lietot.
Izmantojiet sensorus, lai noteiktu cilvēkus vai objektus rokas tuvumā. Tas palīdz robotam apstāties, pirms notiek negadījums.
Uzturiet savu darba zonu gaišu un tīru. Labs apgaismojums palīdz saskatīt bīstamās zonas.
Uzziniet par drošības standartiem, piemēram, ISO 10218 un ANSI/RIA R15.06. Šie standarti nosaka drošu projektēšanu un ekspluatāciju.
Apmāciet visus, kas strādā ar robotu. Regulāri veiciet drošības vingrinājumus un atjauniniet apmācību.