الذراع الروبوتية التي يتحكم فيها Arduino والكمبيوتر الشخصي: 10 خطوات

2025 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2025-01-13 06:56

تستخدم الأذرع الروبوتية على نطاق واسع في الصناعة. سواء كان ذلك لعمليات التجميع ،

يتم استخدام اللحام أو حتى لرسو السفن على محطة الفضاء الدولية (ISS) ، فهي تساعد البشر في العمل أو تحل محل الإنسان تمامًا. الذراع التي صنعتها هي تمثيل أصغر للذراع الروبوتية التي من المفترض استخدامها لتحريك الأشياء. يتم التحكم فيه بواسطة arduino pro mini الذي يحتوي بالفعل على مكتبة مدمجة للتحكم في الماكينات. يتم التحكم في الماكينات بواسطة PWM (تعديل عرض النبض) وهو ليس من الصعب برمجته ولكن هذه المكتبة تجعله أسهل. يمكن للمستخدم التحكم في هذه الماكينات عن طريق مقاييس الجهد المصممة للعمل كمقسمات للجهد أو من برنامج على الكمبيوتر يستخدم 4 منزلقات للتحكم في محركات المؤازرة.

بالنسبة لهذا المشروع ، كان عليّ تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور المخصص الخاص بي وصنعه ، وإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد للذراع وكتابة التعليمات البرمجية التي تتحكم في كل شيء. علاوة على ذلك ، قمت بترميز برنامج إضافي في بيثون يرسل إشارات إلى اردوينو والتي تمكن من فك تشفير تلك الإشارة ونقل الماكينات إلى الموضع الذي حدده المستخدم.

الخطوة 1: النظرية وراء المشروع

يعد Arduino رائعًا بهذه الطريقة حيث يوفر مكتبة مجانية للعمل معها. بالنسبة لهذا المشروع ، استخدمت مكتبة Servo.h التي تجعل التحكم في الماكينات أسهل كثيرًا.

يتم التحكم في محرك سيرفو بواسطة PWM - تعديل عرض النبض - مما يعني أنه من أجل التحكم في المؤازرة ، تحتاج إلى عمل نبضات جهد قصير. يمكن للسيرفو فك شفرة طول هذه الإشارة وتدويرها إلى موضع معين. وهذا هو المكان الذي استخدمت فيه المكتبة المذكورة بالفعل. لم أضطر إلى حساب طول الإشارة بمفردي ولكني استخدمت وظائف المكتبة التي أمرر إليها المعلمة بالدرجات وتقوم بإصدار إشارة.

للتحكم في الماكينات ، استخدمت مقاييس فرق الجهد التي تعمل كمقسمات للجهد. تحتوي لوحات Arduino على العديد من المحولات التناظرية / الرقمية التي استخدمتها للمشروع. يراقب اردوينو بشكل أساسي الجهد على الدبوس الأوسط على مقياس الجهد وإذا كان يدور إلى جانب واحد من الجهد يكون 0 فولت (القيمة = 0) وعلى الجانب الآخر يكون 5 فولت (القيمة = 1023). يتم بعد ذلك تحجيم هذه القيمة من النطاق 0-1023 إلى 0-180 ثم يتم تمريرها إلى الوظيفة التي سبق ذكرها.

موضوع آخر هو الاتصال التسلسلي مع اردوينو الذي سأقوم بتغطيته لفترة وجيزة فقط. يرسل البرنامج المكتوب على جهاز الكمبيوتر بشكل أساسي القيمة التي يختارها المستخدم ، ويمكن لاردوينو فك تشفيرها ونقل المؤازرة إلى موضع معين

الخطوة 2: تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور

لقد صممت 2 ثنائي الفينيل متعدد الكلور - أحدهما للتحكم الرئيسي حيث يوجد اردوينو ودبابيس لأجهزة الماكينة والثاني عبارة عن مقاييس فرق الجهد. سبب وجود 2 ثنائي الفينيل متعدد الكلور هو أنني أردت التحكم في الذراع الآلية من مسافة آمنة. كلتا الدائرتين متصلتان بكابل بطول معين - في حالتي 80 سم.

بالنسبة لمصدر الطاقة ، اخترت محولًا خارجيًا لأن الماكينات التي استخدمتها تستهلك طاقة أكبر بكثير مما يمكن أن يوفره اردوينو. كما ترى هناك بعض المكثفات التي لم أذكرها بعد. إنها مكثفات تستخدم للترشيح. كما تعلم الآن ، يتم التحكم في محرك سيرفو بواسطة نبضات قصيرة. يمكن أن تؤدي هذه النبضات إلى انخفاض جهد الإمداد وأن مقاييس الجهد التي كانت تتراوح سابقًا بين 0-5 فولت أصبحت الآن ذات نطاق أصغر. هذا يعني أن الجهد على الدبوس الأوسط يتغير وأن arduino يحصل على هذه القيمة ويغير الموضع الذي هو محرك سيرفو فيه. يمكن أن يستمر هذا إلى الأبد ويسبب تذبذبًا غير مرغوب فيه يمكن القضاء عليه بواسطة بعض المكثفات الموازية للإمداد.

الخطوة 3: صنع ثنائي الفينيل متعدد الكلور

لصنع ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، أقترح عليك قراءة هذا.

لقد استخدمت طريقة الحديد على الورق المصقول وعملت بشكل رائع.

ثم أنا أجزاء ملحومة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يمكنك أن ترى أنني استخدمت مقبس اردوينو في حال احتجت إليه في المستقبل.

الخطوة 4: تصميم الذراع

لم يكن هذا بأي حال من الأحوال الجزء الأصعب في صنع هذا المشروع.

يتكون الإعداد الكامل من 8 أجزاء حيث لا يوجد 4 أجزاء متحركة - صندوق لمقاييس الجهد والقاعدة حيث يوجد اردوينو - والأربعة الأخرى هي الذراع نفسها. لن أخوض في الكثير من التفاصيل باستثناء أن التصميم بديهي جدًا وبسيط إلى حد ما. إنه مصمم ليناسب ثنائي الفينيل متعدد الكلور والمكونات المخصصة الخاصة بي والتي سأدرجها في قائمة الأجزاء.

الخطوة 5: طباعة الأجزاء

تم طباعة الأجزاء على طابعة Prusa. تحتاج بعض الوجوه إلى الأرض قليلاً وحفر الثقوب في الحوض الصغير. كما يجب إزالة الأعمدة الداعمة.

الخطوة 6: وضع كل ذلك معًا

في هذه الخطوة ، كما يقول العنوان ، أضعها معًا.

في البداية ، قمت بلحام الأسلاك على مقاييس الجهد ثم تلك الأسلاك على ثنائي الفينيل متعدد الكلور. تتناسب مقاييس الجهد بشكل جيد مع الثقوب وقمت بلصق ثنائي الفينيل متعدد الكلور على الأعمدة التي تم طباعتها في الجزء السفلي من الصندوق. يمكنك حفر ثقوب في اللوحة وفي الصندوق لكنني اكتشفت أن لصقها أكثر من كافٍ. ثم أغلقت كلا الجزأين من الصندوق وقمت بتثبيتهما في موضعهما باستخدام 4 براغي تتناسب مع الثقوب التي صممتها.

كخطوة تالية ، صنعت كبلًا شريطيًا مسطحًا لتوصيل كلتا اللوحتين.

في المربع الرئيسي ، قمت بلحام الأسلاك من دبوس الموصل VCC للتبديل ثم إلى Vcc للوحة ومن GND للوحة إلى GND للموصل. ثم قمت بلصق الموصل في مكانه ولصقه على أعمدة. يتناسب الموصل مع الفتحة مباشرةً ، لذا لا حاجة إلى غراء ساخن.

ثم ، باستخدام البراغي ، قمت بتوصيل المؤازرة السفلية بأسفل الصندوق.

بعد ذلك ، وضعت الجزء العلوي من الصندوق في الجزء السفلي ونفس الشيء كما هو الحال مع صندوق مقياس الجهد ، قمت بتثبيته باستخدام 4 براغي.

كان الجزء التالي صعبًا بعض الشيء ، لكنني تمكنت من وضع بقية الذراع مع العديد من الصواميل والوسادات ولم يكن ضيقًا كما توقعت لأنني صممت بعض التفاوتات بين الأجزاء ، لذلك من الأسهل العمل معهم.

وكخطوة أخيرة ، أضع بعض الشريط اللاصق في قاع الصناديق وإلا فسوف ينزلقون.

الخطوة 7: برمجة اردوينو

لقد ذكرت بالفعل كيف يعمل البرنامج نظريًا وراء المشروع ، لكنني سأقوم بتفصيله أكثر.

لذلك نحتاج في البداية إلى تحديد بعض المتغيرات. في الغالب يتم نسخه 4 مرات لأن لدينا 4 أجهزة وفي رأيي أنه من غير الضروري عمل منطق أكثر تعقيدًا فقط لجعل البرنامج أقصر قليلاً.

بعد ذلك ، يوجد إعداد باطل حيث يتم تحديد دبابيس الماكينات.

ثم هناك حلقة باطلة - جزء من البرنامج يتكرر بلا حدود. في هذا الجزء ، يأخذ البرنامج القيمة من مقياس الجهد ويضعه في الإنتاج. ولكن هناك مشكلة واحدة تتمثل في أن القيمة من مقياس الجهد تقفز قليلاً جدًا ، لذا كنت بحاجة إلى إضافة مرشح يجعل متوسط القيم الخمس الأخيرة ثم يضعه على الإخراج. هذا يمنع التذبذب غير المرغوب فيه.

يقرأ الجزء الأخير من البرنامج البيانات من المنفذ التسلسلي ويقرر ما يجب فعله بناءً على البيانات المرسلة.

لفهم الكود بشكل كامل ، أقترح عليك زيارة مواقع اردوينو الرسمية.

الخطوة الثامنة: البرمجة بلغة بايثون

هذا الجزء من هذا المشروع ليس ضروريًا ولكني أعتقد أنه يعطي قيمة أكبر فقط لهذا المشروع.

تقدم Python العديد من المكتبات التي يمكن استخدامها مجانًا ولكن في هذا المشروع أستخدم فقط tkinter و serial. يستخدم Tkinter لواجهة المستخدم الرسومية (GUI) والمسلسل كما يقول اسمه يستخدم للاتصال التسلسلي.

ينشئ هذا الرمز واجهة مستخدم رسومية بأربعة منزلقات لها قيمة دنيا تبلغ 0 وحد أقصى 180. قد يكون تلميحًا لك أنه بالدرجات وأن كل شريط تمرير مبرمج للتحكم في مؤازر واحد. هذا البرنامج بسيط إلى حد ما - يأخذ القيمة ويرسلها إلى اردوينو. لكن الطريقة التي ترسل بها مثيرة للاهتمام. إذا اخترت تغيير قيمة المؤازرة الأولى إلى 123 درجة ، فإنها ترسل إلى قيمة اردوينو 1123. الرقم الأول من كل رقم يتم إرساله يخبرنا عن المؤازرة التي على وشك التحكم فيها. يحتوي Arduino على رمز يمكنه فك تشفير هذا ونقل المؤازرة الصحيحة.

الخطوة 9: قائمة الأجزاء

• اردوينو برو ميني 1 قطعة
• أجهزة FS5106B 1 قطعة
• أجهزة فوتابا S3003 2 قطعة
• رأس الدبوس 2 × 5 1 قطعة
• رأس دبوس 1x3 6 قطع
• مكثف 220 فائق التوهج 3 قطع
• مايكرو سيرفو FS90 1 قطعة
• موصل AWP-10 2 قطعة
• موصل FC681492 1 قطعة
• التبديل P-B100G1 قطعة واحدة
• مقبس 2x14 1 قطعة
• TTL-232R-5v - محول 1 قطعة
• مقياس الجهد B200K 4 قطع
• والعديد من البراغي والوسادات والصواميل

الخطوة 10: الأفكار النهائية

أشكركم على قراءة هذا وآمل أن يكون لدي دافع لكم على الأقل. هذا هو أول مشروعي الأكبر الذي قمت بإنشائه بنفسي دون نسخ أشياء من الإنترنت وأول منشور تعليمي. أعلم أنه يمكن ترقية الذراع ولكني راضٍ عنها في الوقت الحالي. جميع الأجزاء ورموز المصدر مجانية ، فنحن نرحب بك لاستخدامها وتغييرها بأي طريقة تريدها. إذا كان لديك أي أسئلة فلا تتردد في طرحها في قسم التعليقات. يمكنك أيضًا مشاهدة مقاطع الفيديو ، فهي ليست بجودة عالية ولكنها تعرض وظائف المشروع.