Robotsko roko se lahko naučite sestaviti leta 2025 z naslednjimi preprostimi koraki. Mnogi začetniki ustvarjajo robotske roke za šolo, kodiranje in zabavne projekte. Za začetek lahko za učenje in eksperimentiranje uporabite komplete, kot so LEGO Mindstorms, roboti Raspberry Pi ali EZ-Robot. Med priljubljenimi znamkami delov so FANUC, KUKA in Standard Bots.
Načrtujte in pripravite
Določite namen
Preden začnete, se odločite, zakaj želite zgraditi robotsko rokoMnogi ljudje uporabljajo robotske roke za učenje, dvigovanje predmetov ali njihovo upravljanje s telefonom. Razmisliti morate o velikosti, številu želenih členkov in o nalogah, ki jih bo roka opravljala.
Podstavek daje roki stabilnost in omogoča njeno gladko gibanje.
Sklepi določajo, kako se roka upogne in obrne.
Več sklepov pomeni, da se roka lahko premika na več načinov.
Konec roke, imenovan končni efektor, prime ali premakne stvari.
Zapestje omogoča roki sukanje in obračanje za boljši nadzor.
Nasvet: Če se želite naučiti, kako sestaviti robotsko roko za upravljanje prek Bluetootha ali pobiranje predmetov, načrtujte dovolj sklepov in prijemalo.
Izberite Materiali
Za robotsko roko lahko uporabite različne materiale. Vsak material ima svoje prednosti in slabosti.
Material | Prednosti | Proti |
|---|---|---|
Akrilna | Lahka, enostavna za rezanje, izgleda lepo | Lahko se zlomi pod stresom |
Les | Poceni, enostavno oblikovati | Ni tako močan kot kovina |
Natisnjeno 3D | Oblike po meri, lahke | Potrebuje 3D-tiskalnik |
Karton | Zelo poceni, enostavno za najti | Ni trpežen, šibek |
Izberite material, ki ustreza vašemu projektu in proračunu. Lažji materiali omogočajo hitrejše premikanje roke, vendar močnejši materiali trajajo dlje.
Zberite komponente
Za sestavo robotske roke potrebujete več delov. Večina projektov uporablja servo motorje za gibanje in mikrokrmilnik, kot je Arduino, za krmiljenje.
Motorji ali aktuatorji (servo motorji delujejo dobro)
Mikrokrmilnik (Arduino je priljubljen)
Potenciometri, upori, tipke
Žice in napajalnik
Kakovostne dele lahko najdete pri blagovnih znamkah, kot so EVst, Elephant Robotics ali Standard Bots. EVst ponuja komplete in posamezne dele za začetnike in hobiste. Če želite vedeti, kako sestaviti robotsko roko, ki dobro deluje, vedno uporabljajte zanesljive komponente.
Kako zgraditi robotsko roko
Oblikovanje in montaža
Najprej morate načrtujte, kako bo vaša robotska roka bo videti. Narišite svojo idejo na papir ali uporabite brezplačna orodja, kot je Tinkercad. Odločite se, koliko spojev želite. Pomislite, kje se bo vsak del povezal. Mnogi ljudje uporabljajo 3D-tiskanje za izdelavo posebnih delov za svojo roko. Akril ali les lahko režete tudi s preprostimi orodji.
Če želite sestaviti roko, sledite tem korakom:
Vsak kos odrežite na pravo velikost. Pri tem si pomagajte z ravnilom in markerjem.
Spoje pritrdite z vijaki, sorniki in nosilci.
Na vsak spoj namestite najlonske distančnike, podložke in matice. To pomaga, da se roka premika gladko in prepreči drgnjenje.
Servomotorje pritrdite z nosilci in vijaki. Za trdnost se prepričajte, da se matice prilegajo luknjam na ploščadi.
Glavno roko, vrtljive povezave, nagibne roke in prijemalo povežite z isto strojno opremo.
Med dele, ki se ne premikajo, in dele, ki se vrtijo, namestite velike prirobnice. To ustvari prostor in omogoči, da se roka enostavno vrti.
Če ne morete uporabiti orodja, matice privijte ročno. To prepreči tresenje roke.
Na vijake prijemala uporabite varovalne matice. Te omogočajo premikanje prijemala, vendar se ne zrahljajo.
Zgradite močno podlago ali pritrdite roko na mizo. To prepreči, da bi se roka prevrnila.
Mnogi začetniki izdelujejo preproste roke s prijemali za dvigovanje majhnih predmetov. Nekateri ljudje dodajo sisteme umetne inteligence za iskanje predmetov v realnem času. Izberite slog, ki ustreza temu, kar želite početi in kar znate.
Namestitev motorjev in ožičenja
Na vsak spoj morate namestiti motorje. Večina ljudi uporablja servo motorji ker so enostavni za uporabo. Vsak motor pritrdite z nosilci in vijaki. Napeljite servo žice skozi luknje v roki. To bo žice varno nameščene in preprečilo zapletanje.
Za ožičenje sledite tem korakom:
Preverite pozitivni in negativni pol baterije. Rdečo žico priključite na pozitivni pol, črno pa na negativni.
Rdečo napajalno žico napeljite skozi glavno stikalo do razdelilne plošče (PDP).
Priključite vhod napajanja vsakega krmilnika motorja na izhod za visok tok na PDP-ju.
Za pripravo žic uporabite klešče za odstranjevanje izolacije. Vstavite jih v terminale.
Izhode krmilnika motorja priključite na motorje s priključki Wago 221. Povežite rdeče žice z rdečo in črne s črno.
Za dolge žice uporabite podaljške 12 AWG. Varno jih napeljite vzdolž roke.
Vedno preverite povezave tako, da pogledate in nežno povlečete žice. Prepričajte se, da so tesne in varne.
Med ožičenjem in testiranjem postavite robotsko roko na bloke. To prepreči njeno nenadno premikanje.
Krmilniki motorjev so nameščeni med mikrokrmilnikom in motorji. Zagotavljajo pravo količino moči. Vhode napajanja krmilnika priključite na 5V in ozemljitvene pine mikrokrmilnika. Krmilni signali uporabljajo PWM ali UART. Za brezkrtačne motorje morate nastaviti ESC. Knjižnica Arduino Servo vam pomaga pošiljati PWM signale za nadzor hitrosti.
Program in test
Za upravljanje robotske roke uporabljate mikrokrmilnik, kot je Arduino. Napišite kodo za premikanje vsakega sklepa. Mnogi ljudje uporabljajo Python za preproste projekte, ker je preprost in ima veliko knjižnic. C++ je dober za hitro upravljanje in strojno opremo. Java deluje na mnogih računalnikih, MATLAB pa je dober za testiranje in modeliranje.
Programski jezik | Prednosti in tipični primeri uporabe | Omejitve |
|---|---|---|
Python | Preproste besede, veliko knjižnic, hitro preizkušljive ideje | Ni dobro za hitra dela |
C + + | Hitro upravljanje v realnem času, deluje s strojno opremo | Težko za nove uporabnike |
Java | Enostaven za uporabo, deluje na več računalnikih | Ni najboljše za hiter nadzor |
MATLAB | Dobro za testiranje in modeliranje | Se ne uporablja za končno kontrolo |
Načrtovati morate, kako se bodo sklepi premikali. Pri tem vam pomaga Denavit-Hartenbergova konvencija. Vsakemu sklepu določite koordinatni sistem z uporabo štirih pravil. Ta pravila uporabljajo štiri števila: θ (theta), α (alfa), r in d. Ta števila vnesete v tabelo in ustvarite transformacijske matrike. Ko te matrike pomnožite, dobite položaj in smer končnega efektorja. To vam pove, kam bo šla roka na podlagi kotov sklepov in dolžin členov.
Testiranje in kalibracija sta pomembna koraka pri izdelavi robotske roke. Sledite tem korakom:
Načrtujte kinematične številke robota.
Izmerite napake v položaju z povratnimi informacijami ali drugimi napravami.
Poiščite geometrijske napake z matematičnimi metodami.
Popravite kinematični model, da bo natančnejši.
Za kalibracijo v odprti zanki uporabite 3D-merilna orodja, kot so laserski sledilniki ali CMM-ji.
Dotaknite se krogel z znanimi razdaljami in primerjajte izmerjene položaje s pričakovanji.
Premaknite roko na isto mesto na različne načine, da poiščete in popravite odmike sklepov.
Osredotočite se na geometrijske napake, ker povzročajo večino napak.
Če nimate zunanjih naprav, uporabite hitro ponovno kalibracijo s povratnimi informacijami.
Preverite kalibracijo tako, da vidite, ali se natančnost izboljša.
Stroški
Morda se sprašujete, koliko stane izdelava robotske roke. Preproste sodelovalne roke stanejo od 25,000 do 75,000 dolarjev samo za roko. Stroški namestitve znašajo od 40,000 do 150,000 dolarjev. Te roke so varne, enostavne za nastavitev in primerne za začetnike. Napredne industrijske roke stanejo od 50,000 do 200,000 dolarjev za roko. Stroški namestitve lahko znašajo do 500,000 dolarjev. Te roke lahko dvignejo več in so natančnejše, vendar potrebujejo varnostne kletke in strokovno nastavitev.
Vrsta robotske roke | Cenovni razpon (osnovna enota) | Razpon stroškov namestitve | Ključne lastnosti in primeri uporabe |
|---|---|---|---|
Preprosto (sodelovalno) | $ 25,000 - $ 75,000 | $ 40,000 - $ 150,000 | Varno, lahko, enostavno za postavitev, brez ograje, dvigne približno 18–20 kg, programiranje brez kode, prilagodljiva uporaba |
Napredno (industrijsko) | $ 50,000 - $ 200,000 | $ 150,000 - $ 500,000 | Dvigne več, zelo natančno, potrebuje varnostne kletke, uporablja se za varjenje, CNC, zlaganje, težka dela |
Gradnja iz delov lahko stane od 20,000 do 30,000 dolarjev pred programsko opremo in varnostnimi ukrepi. Vzdrževanje stane približno 5–12 % cene letno. Elektrika stane od 500 do 1,000 dolarjev na leto.
Nasvet: Če ste novi v robotiki, začnite s preprosto roko. Nadgradite, ko se boste naučili več o izdelavi robotske roke.
Odpravljanje težav in varnost
Pogosta vprašanja
Ko gradite robotsko roko, se lahko soočite z nekaterimi pogoste težavePoznavanje teh težav vam pomaga, da jih hitro odpravite in ohranite nemoteno delovanje projekta.
Zaradi mehanske nestabilnosti se vam lahko roka trese ali izgubi natančnost. To lahko rešite z uporabo močnejših ležajev in gredi.
Otrdelost sklepov in obraba zobnikov pogosto upočasnita gibanje. Za ponovno vzpostavitev gladkega gibanja namažite sklepe ali zamenjajte obrabljene dele.
Prekinitve napajanja lahko nenadoma ustavijo vašo roko in poškodujejo dele. Regenerativni zavorni tokokrogi pomagajo roki varno upočasniti med izgubo napajanja.
Prah in vlaga lahko poškodujeta elektronske dele. Pokrijte vso elektroniko, da jo zaščitite pred vplivi okolja.
Preveč kablov otežuje nastavitev in popravila. Poskusite uporabiti en sam kabel med robotom in krmilnikom.
Nestabilna napetost ali okvarjena napeljava lahko povzročita, da roka preneha delovati. Vedno preverite napajanje in ožičenje.
varnostni nasveti
Morate slediti varnostna pravila za zaščito sebe in drugih pri delu z robotskimi rokami.
Redno pregledujte ožičenje in dele. Poiščite morebitne poškodbe ali ohlapne povezave.
Postavite varnostne pregrade, kot so ograje ali svetlobne zavese, da preprečite ljudem dostop do gibljivih delov.
Gumbe za zaustavitev v sili namestite na lahko dostopna mesta. Prepričajte se, da vsi vedo, kako jih uporabljati.
Uporabite senzorje za zaznavanje ljudi ali predmetov v bližini roke. To pomaga robotu, da se ustavi, preden pride do nesreče.
Delovno območje naj bo svetlo in čisto. Dobra osvetlitev vam pomaga videti nevarna območja.
Spoznajte varnostne standarde, kot sta ISO 10218 in ANSI/RIA R15.06. Ti standardi vodijo varno načrtovanje in delovanje.
Usposobite vse, ki delajo z robotom. Vadite varnostne vaje in pogosto posodabljajte usposabljanje.