Manipulator Delta Robot V3.0

[Eukaryota]

Witam wszystkich,

od mojego ostatniego postu tutaj minęło sporo czasu ale wcale nie porzuciłem robotyki. Jak wszyscy wiemy życie po studiach zaczyna zjadać coraz więcej czasu. Prawie 4 lata temu wrzuciłem tutaj post z moją konstrukcją robota typu delta (Delta Robot). Mam wrażenie, że bardzo fajnie się przyjął i tamta konstrukcja (jak wspominałem 4 lata temu) była prototypem, na którym zaczynałem się uczyć. Cztery lata rozwoju nie tylko mnie ale też dostępnej technologii jak np. druk 3D i mocniejsze mikrokontrolery niż poczciwa Atmega pozwoliły mi rozwinąć skrzydła.

Ale przechodząc do meritum, przedstawiam moją następną wersję robota typu delta:

Robot składa się w tym momencie z:

• ramienia,
• taśmociągu,
• systemu wizyjnego.
• systemu generującego podciśnienie

1.Mechanika

Do zrobienia tego robota wykorzystałem tyle części z poprzedniej konstrukcji ile się dało. Ale ze względu na postęp techniki i moje większe możliwości finansowe większość przeprojektowałem w SolidWorksie i wydrukowałem na własnej drukarce 3D. 

Ramiona zamontowane są na podwójnie łożyskowanym wale, który napędzany jest poprzez pasek zębaty, a ten z kolei przez silnik krokowy z zamontowanym 12bitowym enkoderem.

Taśmociąg także sam zrobiłem z profilu aluminiowego z Allegro oraz silnika DC z przekładnią. Pas kupiłem z profesjonalnej firmy na zamówienie. Może to brzmi groźnie i drogo ale tak nie jest. Pas kosztował 110 zł brutto.

robot posiada 4 osie, dokładnie tak jak poprzednia konstrukcja.

2. Elektronika

Najważniejszym układem scalonym jest mikrokontroler TEENSY 3.6 (link) zajmuje się:

• sterowaniem silnikami krokowymi,
• obsługą enkoderów silników jak i taśmociągu,
• komunikacją z komputerem,
• zapisem programów, punktów oraz wszelkich ustawień na karcie SD

Jest to kontroler kompatybilny z bibliotekami Arduino i szczerze dla całego projektu zbawienne było to, że miałem gotowe biblioteki dla wielu rzeczy i nie musiałem się uczyć tego procka wraz z wszystkimi rejestrami, algorytmami zapisu na kartę SD, protokołu SPI oraz obsługi wielu peryferii jak sterowniki silników krokowych (o tym za chwilę) oraz np. ekranu LCD. Mogłem się skupić na moim celu czyli aplikacji, która ma spełniać moje założenia. 

Dodatkowo w kontrolerze, a także w ramieniu znajdują się:

• Teensy 3.2 - obsługa ESTOP, IO (wejść/wyjść), obsługa LCD oraz pomost w komunikacji pomiędzy głównym prockiem, a Arduino w ramieniu,
• Arduino Nano - obsługa PID taśmociągu, sterowanie serwochwytakiem ( kontroler Pololu Maestro), sterowanie pompą podciśnienia oraz elektrozaworem, 
• Arduino Nano - komunikacja z komputerem poprzez zTCP/IP

Silniki wyposażone są w enkodery absolutne AMS AS5045, które dostałem za darmo. 

Robot wyposażony jest w 4 wejścia oraz 4 wyjścia 24V (standard przemysłowy). W celu testowania czy wszystko dobrze działa zrobiłem dodatkowo prosty panel z 4 diodami oraz 4 przyciskami do testowania czy wszystko dobrze działa. 

Silniki sterowane są poprzez sterownik silników krokowych AMIS-30543 (link), który pozwala na konfiguracje poprzez magistralę SPI, a także na sterowanie z mikrokrokiem x32, które to sterowanie tutaj wykorzystuję.

Dodatkowo jak widać na zdjęciach zaprojektowałem oraz zmontowałem (po dostaniu od Satlandu) płytki, które pozwoliły wszystko spiąć ze sobą. Nie będę wrzucał schematu PCB, bo nie jest to nic interesującego.

3. System wizyjny

Robot skalibrowany został z systemem wizyjnym OpenMV (link). Kamera została zaprogramowa w języku Python i jej zadaniem jest w zadanym czasie (komunikat wysłany po uart) zrobić zdjecie i zliczyć bloby o odpowiedniej wielkości. Kamera wurzyca po porcie uart dane do mikrokontrolera głównego w postaci NUMER/X/Y/KĄT/ już we współrzędnych robota. Po dostaniu danych do tablicy punktu dodawana jest aktualna pozycja taśmociągu. Dzięki temu robot jest w stanie trafić w detal podczas ruchu taśmy.

4. System sterowania

Całość oparta jest na matematyce, mikrokontroler oblicza zadanie proste oraz odwrotne kinematyki (dla pozycji oraz prędkości). W przeciwieństwie do starej konstrukcji układ sterowania naprawdę bierze pod uwagę pozycję oraz prędkość, dzięki temu robot porusza się bardzo płynnie oraz może zachować określoną prędkość liniową punktu TCP (Tool Central Point). Algorytmy pozwalając na poruszanie się w trybach:

• JOINT - ruch obliczany jest tak, aby każda oś zakończyła pracę w tym samym czasie,
• LINEAR - ruch lionowy punktu TCP z określoną prędkością liniową,
• TOOL - ruch liniowy ale zgodny z układem współrzędnych narzędzia
• CONV - tryb ruchu liniowego z załączonym śledzeniem taśmy,

Cały program posiada w tym momencie jakieś 6 tys linijek kodu i pozwala na pracę w trybie automatycznym jak i ręcznym robota. Całość jest napisana w języku C/C++.

5.Program na PC

Program napisany w C# w środowisku VisualStudio. Pozwala na:

• załączenie silników (przekaźnik odcinający na linii 24V),
• Zwolnienie napędów (enable na sterowniku krokowców) ułatwia ręczne uczenie punktów,
• Resetowanie błędów,
• Sterowanie robotem w trybie ręcznym,
• Uczenie punktów,
• Edycję ręczną zapisanym punktów na robocie,
• ustawienie układu TOOL oraz pozycji domowej robota,
• pisanie prostych programów w skryptowym języku podobnym do BASICA (jestem w trakcie prac)
• uruchamianie programów w trybie automatycznym,
• deklarowanie konkretnych działań pod wejścia oraz wyjścia np. cykl start na wejściu 1
• podgląd pozycji robota,
• podgląd IO robota,
• sterowanie taśmociągiem,
• zapisywanie oraz sczytywanie ustawień robota oraz punktów z/do pliku na PC
• po połączeniu z robotem automatyczne sczytanie ustawień oraz punktów z karty SD w kontrolerze.

6.Filmiki

 

 

 

Wiem, że to tylko krótki post na temat tego robota i w temacie dla zainteresowanych jest znacznie więcej do opowiedzenia dlatego jak ktoś ma jakieś pytania to zapraszam do komentarzy oraz wiadomości

[deshipu]

Naprawdę potężna maszyna! Gratuluję!

Zastanawiam się czemu narzędzie nie jest zamontowane w osi obracającego go silnika, tylko na krótkim ramieniu. Czy to w czymś pomaga, czy po prostu akurat taką część miałeś?

[Eukaryota]

21 godzin temu, deshipu napisał:

Naprawdę potężna maszyna! Gratuluję!

Zastanawiam się czemu narzędzie nie jest zamontowane w osi obracającego go silnika, tylko na krótkim ramieniu. Czy to w czymś pomaga, czy po prostu akurat taką część miałeś?

Dzięki wielkie 

Narzędzie jest odsunięte od osi obrotu, żeby pokazać, że model matematyczny pozwala na sterowanie robotem w takim układzie. Czysto zabieg pokazowy. Zresztą tak cały ruch fajniej wygląda, robot musi się znacznie bardziej powykręcać niż jakby ssawka była w osi obrotu osi czwartej  

[Treker (Damian Szymański)]

Dnia 22.11.2018 o 00:02, Eukaryota napisał:

Witam wszystkich,

od mojego ostatniego postu tutaj minęło sporo czasu ale wcale nie porzuciłem robotyki. Jak wszyscy wiemy życie po studiach zaczyna zjadać coraz więcej czasu. Prawie 4 lata temu wrzuciłem tutaj post z moją konstrukcją robota typu delta (Delta Robot). Mam wrażenie, że bardzo fajnie się przyjął i tamta konstrukcja (jak wspominałem 4 lata temu) była prototypem, na którym zaczynałem się uczyć.

Akurat jak zmieniałem forum na nowszą wersję to przeglądałem później dla testów sporo konstrukcji opisanych na Forbocie. Trafiłem wtedy własnie na Twój stary temat i zastanawiałem się co dalej dzieje się z tym projektem. Miło widzieć, że projekt nie umarł i cały czas był rozwijany  Robi wrażenie!

[wn2001]

@Eukaryota Gratuluję świetnej konstrukcji, po mojej głowie też chodzi Delta (oczywiście nie tak zaawansowana i z tak profesjonalnym podejściem do tematu jak Twoja), więc mam kilka pytań (na razie 2

1) Jak zerujesz ramiona po włączeniu? Krańcówki? Robot pamięta swoją pozycję?

2) Kinematyka odwrotna - wyszedłeś, tak jak w poprzedniej Delcie, z zależności geometrycznych? Mógłbyś chociaż nakreślić, jak podejść do tematu? Na początku myślałem, że można traktować każde z ramion jako SCARA i z trójkąta i tw. cosinusów określić kąt, ale nie jest to przecież takie proste, bo jeżeli końcówka nie jest w pionowej osi symetrii, to trójkąt ten jest w innej płaszczyźnie niż ramię bezpośrednio odchodzące od silnika 

Pozdrawiam

==

1) pytanie - już wiem, nie doczytałem, przepraszam  Mógłbyś powiedzieć o nich (tzn o tych enkoderach) coś więcej?

Cytat

Silniki wyposażone są w enkodery absolutne AMS AS5045, które dostałem za darmo. 

 

Edytowano Czerwiec 18, 2019 przez wn2001

[Eukaryota]

Hej,

trochę pracowałem jeszcze nad moim robotem - praktycznie jest to żywy organizm i cały czas coś dokładam i poprawiam.

Ostatnio udało mi się zrobić chwytak ssawkowy, który ma nieograniczony zakres ruchu obrotowego. Już nie ograniczają mnie przewody pneumatyczne tak jak na filmikach z poprzedniego posta.

 

Dodatkowo zacząłem pracę nad ramą z profili aluminiowych, żeby dało się robota gdzieś zabrać w razie potrzeby :)

Tutaj pusta rama z nowym taśmociągiem oraz zdjętym robotem

 

W takcie pierwszego montażu

Tak to wygląda obecnie - pozostało mi jeszcze zamontować kamerę i zrobić jej osłonę od światła otoczenia - zlikwiduję tym sposobem problem światła o różnych porach dnia oraz miejsc.

 

 

@wn2001 1. Silniki mają zamontowane enkodery absolutne - kalibrację robiłem tylko jeden raz, po wyłączeniu zasilania robot dalej pamięta swoją pozycję. Osobiście nie znoszę wszelkich form zerowania robota przy załączeniu zasilania

2. Jeżeli dalej potrzebujesz kinematyki to na forum Trossen jest wszystko opisane.

3. AMS AS5045 to enkodery magnetyczne 12bitowe. Bardzo proste w obsłudze - nawet są gotowe biblioteki pod arduino :) Minus jest taki, że albo musisz kupić drogie gotowe układy z PCB albo same układy i samemu zaprojektować i zrobić PCB pod te układziki. 

 

Pozdrawiam!

[Gieneq]

Imponujące jest to że rozwijasz ten temat od tylu lat i idzie to w dobrą stronę.  Kiedyś drążyłem jedne projekt dzień w dzień przez 2 lata i faktycznie były efekty, ale wystarczyło zostawić na kilka miesięcy, wracam do kodu i koniec... komentarze nie pomogły  

57 minut temu, Eukaryota napisał:

Ostatnio udało mi się zrobić chwytak ssawkowy, który ma nieograniczony zakres ruchu obrotowego.

Rzadko spotykana sytuacja, gdzie fizyczny element wygląda równie dobrze co render  czekam na dalsze aktualizacje!

[wn2001]

@Eukaryota Dziękuję za odpowiedź. W międzyczasie posunąłem się ze swoim projektem już dość daleko, o IK przeczytałem na forum Trossen:

Przeguby są z Igus'a; 3 silniki krokowe z przekładnią, zerowanie będzie na krańcówkach umieszczonych do góry (około 25 stopni w górę od poziomu), wyżej ramiona by się już i tak w normalnej pracy nie podnosiły. Czy wykorzystanie krańcówek poza ograniczeniem w jakiś sposób zakresu ruchu i tego, że należy robić to za każdym razem ma jakieś wady? Jak jest u Ciebie z dokładnością, u mnie luzy są dość duże na silnikach krokowych z przekładnią i szacuję dokładność na 2mm w każdej osi, już na efektorze. Oczywiście eżektor z ssawką, do tego chciałbym dodać jakieś siłowniki, ale nie wiem co mogłyby robić? Może masz jakiś pomysł, na inną aplikację delty niż pick&place z kamerą? To bardzo fajne, ale takie sztandarowe zastosowanie tej klasy

Oczywiście gratuluję Twojej Delty, bo wyprzedza moją kilkunastokrotnie  Szczególnie podoba mi się sterowanie, ja umiem jedynie zadać na Arduino trzy ruchy silnikami z rampą przyspieszenia i hamowania. Jak Tobie udało się uzyskać taką płynność ruchu? Potrzebujesz jakieś dodatkowe regulatory, które obliczają pozycję+prędkość znając trajektorię? Nie zrobię tego matematyką z szkoły średniej?

Pozdrawiam i jeszcze raz gratuluję