الذراع الروبوتية مع القابض: 9 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:35

يعتبر قطع أشجار الليمون عملاً شاقًا نظرًا لكبر حجم الأشجار وأيضًا بسبب المناخ الحار في المناطق التي تزرع فيها أشجار الليمون. لهذا السبب نحتاج إلى شيء آخر لمساعدة العمال الزراعيين على إكمال عملهم بسهولة أكبر. لذلك ، توصلنا إلى فكرة لتسهيل عملهم ، ذراع آلية مع قابض يقطف الليمون من الشجرة. يبلغ طول الذراع حوالي 50 سم. مبدأ العمل بسيط: نمنح الروبوت مكانًا ، ثم يذهب في المكان الصحيح ، وإذا كان هناك ليمون ، فإن القابض سيقطع السويقة ويقلب الليمون في نفس الوقت. بعد ذلك ، سيتم إطلاق الليمون على الأرض وسيعود الروبوت إلى موضعه الأولي. في البداية ، قد يبدو المشروع معقدًا ويصعب تنفيذه. ومع ذلك ، فهو ليس بهذا التعقيد ، ولكنه يحتاج إلى الكثير من العمل الجاد والتخطيط الجيد. إنه يحتاج فقط إلى بناء شيء على الآخر. في البداية ، واجهنا بعض المشكلات بسبب حالة كوفيد -19 والعمل عن بُعد ، لكننا فعلنا ذلك بعد ذلك ، وكان الأمر رائعًا.

يهدف هذا Instructable إلى إرشادك خلال عملية إنشاء ذراع آلية بمقبض. تم تصميم المشروع وهندسته كجزء من مشروع Bruface Mechatronics ؛ تم العمل في Fablab Brussels بواسطة:

- حسين مسلماني

-ينيس كاستيلو فرنانديز

-جايش جاغاديش ديشموخ

-رفائيل بويت

الخطوة 1: المهارات المطلوبة

إذن ، إليك بعض المهارات التي تحتاجها للقيام بهذا المشروع:

- أساسيات الإلكترونيات

-معرفة أساسية بوحدات التحكم الدقيقة.

- الترميز بلغة C (اردوينو).

- كن معتادًا على برامج CAD ، مثل SolidWorks أو AutoCAD.

- القطع بالليزر

-3D الطباعة

كما يجب أن تتحلى بالصبر ووقت فراغ كبير ، كما ننصحك بالعمل في فريق كما فعلنا ، كل شيء سيكون أسهل.

الخطوة 2: تصميم CAD

بعد تجربة عينات مختلفة ، قررنا أخيرًا تصميم الروبوت كما هو موضح في الأشكال ، الذراع 2 درجة من الحرية. المحركات متصلة بعمود كل ذراع بواسطة بكرات وأحزمة. هناك العديد من المزايا لاستخدام البكرات ، ومن أهمها زيادة عزم الدوران. حزام البكرة الأول للذراع الأول له نسبة تروس 2 ، والثاني له نسبة تروس 1.5.

كان الجزء الصعب من المشروع وقتًا محدودًا في Fablab. لذلك ، تم تكييف معظم التصميمات لتكون أجزاء مقطوعة بالليزر وتم طباعة بعض الأجزاء المتصلة فقط بطباعة ثلاثية الأبعاد. هنا يمكنك أن تجد تصميم CAD المرفق.

الخطوة 3: قائمة المكونات المستخدمة

فيما يلي المكونات التي استخدمناها في مشروعنا:

ط) المكونات الإلكترونية:

-Arduino Uno: هذه لوحة متحكم بها 14 منفذ إدخال / إخراج رقمي (يمكن استخدام 6 منها كمخرجات PWM) ، 6 مداخل تناظرية ، بلورة كوارتز 16 ميجاهرتز ، اتصال USB ، مقبس طاقة ، رأس ICSP ، وزر إعادة الضبط. استخدمنا هذا النوع من وحدات التحكم الدقيقة نظرًا لسهولة استخدامها ويمكنها القيام بالمهمة المطلوبة.

- محركان مؤازران كبيران (MG996R): عبارة عن آلية مؤازرة ذات حلقة مغلقة تستخدم تغذية راجعة للموضع للتحكم في حركتها وموضعها النهائي. يتم استخدامه لتدوير الذراعين ، وله عزم دوران جيد يصل إلى 11 كجم / سم ، وبفضل تقليل عزم الدوران الذي تقوم به البكرات والحزام يمكننا الوصول إلى عزم دوران أعلى وهو أكثر من كافٍ لحمل الذراعين. وحقيقة أننا لسنا بحاجة إلى أكثر من 180 درجة من الدوران ، فإن هذا المحرك جيد جدًا للاستخدام.

-واحد مؤازر صغير (E3003): عبارة عن آلية مؤازرة ذات حلقة مغلقة تستخدم تغذية راجعة للموقع للتحكم في حركتها وموضعها النهائي. يستخدم هذا المحرك للتحكم في القابض ، وله عزم دوران يبلغ 2.5 كجم / سم ، ويستخدم لتقطيع الليمون والاستيلاء عليه.

- مصدر طاقة التيار المستمر: كان هذا النوع من إمدادات الطاقة متاحًا في المصنع ، ولأن محركنا لا يتحرك على الأرض ، لذلك لا يجب أن يلتصق مزود الطاقة ببعضه البعض. الميزة الرئيسية لمصدر الطاقة هذا هي أنه يمكننا ضبط جهد الخرج والتيار كما نحب ، لذلك لا حاجة لمنظم الجهد. إذا كان هذا النوع من مصادر الطاقة غير متوفر ، ولكنه مكلف. قد يكون البديل الرخيص لهذا هو استخدام حامل بطارية 8xAA ، إلى جانب منظم الجهد مثل "MF-6402402" وهو محول تيار مستمر إلى تيار مستمر ، للحصول على الجهد الذي تحتاجه. يظهر سعرها أيضًا في قائمة المكونات.

- اللوح: لوح بلاستيكي يستخدم لحمل المكونات الإلكترونية. أيضًا ، لتوصيل الإلكترونيات بمصدر الطاقة.

-الأسلاك: تستخدم لتوصيل المكونات الإلكترونية بلوح التجارب.

-زر الضغط: يستخدم كزر بدء ، فعند الضغط عليه يعمل الروبوت.

- مستشعر الموجات فوق الصوتية: يستخدم لقياس المسافة ، يولد صوتًا عالي التردد ويحسب الفاصل الزمني بين إرسال الإشارة واستقبال الصدى. يتم استخدامه لاكتشاف ما إذا كان الليمون قد تم إمساكه بواسطة القابض أو إذا كان ينزلق.

ثانياً) المكونات الأخرى:

- بلاستيك للطباعة ثلاثية الأبعاد

-3 مم صفائح خشبية للقطع بالليزر

رمح معدني

-شفرات

- مادة لينة: يتم لصقها على جانبي القابض ، لذلك يقوم القابض بضغط غصن الليمون أثناء تقطيعه.

براغي

-حزام لتوصيل البكرات ، حزام 365 T5 القياسي

-محامل دائرية 8 مم ، القطر الخارجي 22 مم.

الخطوة 4: الطباعة ثلاثية الأبعاد والقطع بالليزر

بفضل آلات القطع بالليزر والطباعة ثلاثية الأبعاد الموجودة في Fablab ، نقوم ببناء الأجزاء التي نحتاجها لروبوتنا.

I- الأجزاء التي كان علينا قطعها بالليزر هي:

- قاعدة الروبوت

- دعامات لمحرك الذراع الأول

- دعامات للذراع الأول

- لوحات الذراعين

-قاعدة القابض

- الاتصال بين القابض والذراع.

- وجهان للمقبض

- دعامات للمحامل ، للتأكد من عدم انزلاقها أو تحركها من موضعها ، جميع مقاسات المحامل من طبقتين 3 مم + 4 مم ، لأن سمك المحمل كان 7 مم.

ملحوظة: ستحتاج إلى لوح خشب صغير بحجم 4 مم ، لبعض الأجزاء الصغيرة التي تحتاج إلى قطع بالليزر. أيضًا ، ستجد في تصميم CAD سمكًا يبلغ 6 مم ، أو أي سمك آخر مضاعف 3 ، فأنت بحاجة إلى طبقات متعددة من الأجزاء المقطوعة بالليزر عند 3 مم ، أي إذا كان هناك سمك 6 مم ، فأنت بحاجة إلى طبقتين 3 مم لكل منهما.

II- الأجزاء التي كان علينا طباعتها ثلاثية الأبعاد:

البكرات الأربع: تستخدم لربط كل محرك بالذراع المسئول عن الحركة.

- دعم محرك الذراع الثاني

- دعامة للمحمل على القاعدة مثبتة تحت الحزام لتأثير القوة عليها وزيادة الشد. وهي متصلة بالمحمل باستخدام عمود معدني دائري.

- لوحان مستطيلان للمقبض ، يتم وضعهما على المادة اللينة لتثبيت الفرع جيدًا وللحصول على احتكاك حتى لا ينزلق الفرع.

- عمود مربع بفتحة دائرية 8 مم ، لتوصيل ألواح الذراع الأول ، وكان الثقب لإدخال عمود معدني 8 مم لجعل العمود بأكمله قويًا ويمكنه التعامل مع عزم الدوران الكلي. تم توصيل الأعمدة المعدنية المستديرة بالمحامل وجانبي الذراع لإكمال الجزء الدوراني.

- عمود شكل سداسي بفتحة مستديرة 8 مم لنفس سبب العمود المربع

- مشابك لدعم البكرات ولوحات كل ذراع بشكل جيد في أماكنها.

في الأشكال الثلاثة لـ CAD ، يمكنك أن تفهم جيدًا كيفية تجميع النظام ، وكيفية توصيل الأعمدة ودعمها. يمكنك أن ترى كيف ترتبط المحاور المربعة والسداسية بالذراع وكيف يتم توصيلها بالدعامات باستخدام العمود المعدني. يتم تقديم التجميع بأكمله في هذه الأرقام.

الخطوة 5: التجميع الميكانيكي

يتكون تجميع الروبوت بالكامل من 3 خطوات رئيسية يجب شرحها ، أولاً ، نقوم بتجميع القاعدة والذراع الأول ، ثم الذراع الثاني إلى الأول ، وأخيراً القابض للذراع الثاني.

تجميع القاعدة والذراع الأول:

أولاً ، يجب على المستخدم تجميع الأجزاء التالية بشكل منفصل:

- جانبى الوصلات مع وجود المحامل بالداخل.

- دعم المحرك بالموتور والبكرة الصغيرة.

- الدعم المتماثل للبكرة الصغيرة.

- العمود التربيعي ، البكرة الكبيرة ، الذراع ، والمشابك.

- محمل "الشد" يدعم اللوح الداعم. ثم إضافة المحمل والعمود.

الآن ، كل تجميع فرعي في مكانه ليتم توصيله معًا.

ملاحظة: للتأكد من حصولنا على التوتر في الحزام الذي نريده ، يمكن ضبط موضع المحرك على الأساس ، لدينا فتحة ممدودة بحيث يمكن زيادة أو تقليل المسافة بين البكرات وعندما نتحقق من ذلك التوتر جيد ، نعلق المحرك بالقاعدة بواسطة البراغي ونصلحها جيدًا. بالإضافة إلى ذلك ، تم تثبيت المحمل على القاعدة في مكان يصنع فيه قوة على الحزام لزيادة الشد ، لذلك عندما يتحرك الحزام يدور المحمل ، ولا توجد مشاكل في الاحتكاك.

تجميع الذراع الثاني للأول:

يجب تجميع الأجزاء بشكل منفصل:

- الذراع الأيمن مع المحرك ودعامة البكرة وكذلك المحمل وأجزاء الدعم الخاصة به. يتم أيضًا وضع مسمار لولبي لتثبيت البكرة في العمود كما هو الحال في القسم السابق.

-الذراع الأيسر مع اثنين من المحامل ودعاماتهم.

- يمكن أن تنزلق البكرة الكبيرة على العمود السداسي وكذلك على الذراعين العلويين والمشابك المصممة لتثبيت موضعها.

ثم لدينا الذراع الثانية جاهزة لتوضع في موضعها ، ويتم وضع محرك الذراع الثانية على الأول ، وموضعها قابل للتعديل أيضًا للوصول إلى التوتر المثالي وتجنب انزلاق الحزام ، ثم يتم تثبيت المحرك بـ حزام في هذا الموقف.

تجميع القابض:

تركيب هذا القابض سهل وسريع. بالنسبة للتجميع السابق ، يمكن تجميع الأجزاء بمفردها قبل توصيلها بالذراع الكامل:

- اربط الفك المتحرك بعمود المحرك بمساعدة الجزء البلاستيكي الذي يأتي مع المحرك.

- برغي المحرك للدعم.

-برغي دعم المستشعر في دعم القابض.

- ضع المستشعر في دعمه.

- ضع المادة الناعمة على القابض ، وثبّت الجزء المطبوع ثلاثي الأبعاد فوقها

يمكن تجميع القابض بسهولة في الذراع الثانية ، فقط جزء قاطع بالليزر يدعم قاعدة القابض بالذراع.

كان أهم شيء هو ضبط الشفرات الموجودة أعلى الذراع وما هي المسافة التي تكون بها الشفرات خارج القابض ، لذلك تم ذلك عن طريق التجربة والخطأ حتى نصل إلى المكان الأكثر كفاءة الذي يمكننا الحصول عليه للشفرات حيث تقطع و يجب أن يحدث الإمساك في نفس الوقت تقريبًا.

الخطوة 6: توصيل المكونات الإلكترونية

في هذه الدائرة ، لدينا ثلاثة محركات مؤازرة ، ومستشعر واحد فوق صوتي ، وزر ضغط واحد ، واردوينو ، ومصدر طاقة.

يمكن ضبط خرج مصدر الطاقة كما نريد ، وبما أن جميع الماكينات والموجات فوق الصوتية تعمل على 5 فولت ، فلا داعي لمنظم الجهد ، يمكننا فقط تنظيم خرج مصدر الطاقة ليكون 5 فولت.

يجب توصيل كل معزز بـ Vcc (+ 5V) والأرضي والإشارة. يحتوي المستشعر بالموجات فوق الصوتية على 4 دبابيس ، أحدها متصل بـ Vcc ، وواحد للأرض ، والآخران هما دبابيس الزناد والصدى ، ويجب توصيلهما بمسامير رقمية. زر الانضغاط متصل بالأرض وبدبوس رقمي.

بالنسبة إلى Arduino ، يجب أن تتحدث عن قوتها من مصدر الطاقة ، ولا يمكن تشغيلها من الكمبيوتر المحمول أو الكابل الخاص به ، ويجب أن يكون لها نفس الأرضية مثل المكونات الإلكترونية المتصلة بها.

!!ملاحظات هامة!!:

- يجب عليك إضافة محول طاقة ، وقوة إلى Vin مع 7V.

-يرجى التأكد من أنه باستخدام هذا الاتصال ، يجب عليك إزالة منفذ Arduino من جهاز الكمبيوتر الخاص بك من أجل نسخه ، وإلا يجب ألا تستخدم دبوس الإخراج 5V كمدخل.

الخطوة 7: كود اردوينو ومخطط التدفق

الهدف من هذا الذراع الروبوتية ذات القابض هو جمع ليمونة ووضعها في مكان آخر ، لذلك عندما يكون الروبوت قيد التشغيل ، يتعين علينا الضغط على زر البداية ثم الانتقال إلى موضع معين حيث يوجد الليمون ، إذا كان يمسك بالليمون ، سيذهب القابض إلى الوضع النهائي لوضع الليمون في مكانه ، اخترنا الموضع النهائي على المستوى الأفقي ، حيث يكون عزم الدوران المطلوب هو الحد الأقصى ، لإثبات أن القابض قوي بدرجة كافية.

كيف يصل الروبوت إلى الليمون:

في المشروع الذي قمنا به ، نطلب من الروبوت ببساطة تحريك الذراعين إلى وضع معين حيث نضع الليمون. حسنًا ، هناك طريقة أخرى للقيام بذلك ، يمكنك استخدام الحركة العكسية لتحريك الذراع ، من خلال إعطائها إحداثيات (س ، ص) لليمون ، وتحسب مقدار دوران كل محرك حتى يصل القابض إلى الليمون. حيث تكون الحالة = 0 عندما لا يتم الضغط على زر البدء بحيث يكون الذراع في الموضع الأولي والروبوت لا يتحرك ، بينما الحالة = 1 هي عندما نضغط على زر البدء ويبدأ الروبوت.

الكينماتيكا العكسية:

في الأشكال يوجد مثال على حساب الكينماتيكا العكسية ، يمكنك رؤية ثلاثة رسومات تخطيطية ، واحدة للوضع الأولي والثانية للوضع النهائي. كما ترى ، بالنسبة للوضع النهائي - بغض النظر عن مكانه - هناك احتمالان ، الكوع لأعلى والكوع لأسفل ، يمكنك اختيار ما تريد.

لنأخذ الكوع كمثال ، لجعل الروبوت يتحرك إلى موضعه ، يجب حساب زاويتين ، ثيتا 1 و ثيتا 2 ، في الأشكال أيضًا ترى الخطوات والمعادلات لحساب ثيتا 1 و ثيتا 2.

لاحظ أنه إذا تم العثور على العائق على مسافة أقل من 10 سم ، فعندئذ يتم إمساك الليمون وإمساكه بالمقبض ، وعلينا أخيرًا تسليمه إلى الموضع النهائي.

الخطوة الثامنة: تشغيل الروبوت

بعد كل ما فعلناه من قبل ، إليك مقاطع فيديو للروبوت يعمل ، مع المستشعر ، وزر الضغط ، وكل شيء آخر يعمل كما ينبغي. لقد أجرينا أيضًا اختبار اهتزاز على الروبوت ، للتأكد من ثباته وأن الأسلاك جيدة.

الخطوة 9: الخاتمة

أعطانا هذا المشروع خبرة جيدة في التعامل مع مثل هذه المشاريع. ومع ذلك ، يمكن تعديل هذا الروبوت ولديه بعض القيم المضافة مثل اكتشاف الكائن لاكتشاف الليمون ، أو ربما درجة ثالثة من الحرية حتى يتمكن من التنقل بين الأشجار. أيضًا ، يمكننا أن نجعله يتحكم فيه بواسطة تطبيق جوال أو عن طريق لوحة المفاتيح حتى نحركه كما نريد. نأمل أن يعجبك مشروعنا وشكرًا خاصًا للمشرفين في Fablab لمساعدتنا.