Manipulator Robot 608 - miniatura robota przemysłowego

[M.R.O.]

Witam, chciałbym zaprezentować manipulatora mojej konstrukcji.

Głównymi założeniami projektu były:

- Zbudowanie manipulatora o 6 stopniach swobody,
- minimalne rozmiary z zachowaniem jak największej funkcjonalności oraz podobieństw do tych pracujących w przemyśle,

- zachowanie szeroko pojętej estetyki.

Na sam początek przeprowadziłem parę prób co do sterowania silnikami dc (bo takie planowałem użyć (cena)). Następnie zabrałem się za rysowanie modelu CAD robota, który powstał w programie Catia V5. Dodatkowo przeprowadziłem symulację ruchów manipulatora, co zapobiegło kilku błędom.

Jako materiały do budowy brałem pod uwagę PMMA, stal oraz aluminium. Są one stosunkowo łatwe w obróbce i ogólno dostępne. Ważnym kryterium przy projektowaniu było zapewnienia odpowiedniej sztywności całej konstrukcji oraz fakt że w czasie projektowania i budowania nie miałem dostępu do frezarki/drukarki 3D, przez co całość musiała być tak zaprojektowana abym był w stanie wykonać wszystkie części samodzielnie. Robot jest łożyskowany w osiach 1-4. Końcowo ze stali wykonane są osie obrotowe 1-2, 2-3, 3-4. Z aluminium platforma obrotowa, mocowanie ramienia i kilka mniejszych części. Elementy z PMMA to większość konstrukcji głównie z płyt 2 i 4 mm wycinane na waterjet'cie. Kształtowanie polegało na podgrzewaniu hot air’em, następnie nadawaniu kształtu na kancie biurka. O samym "procesie" wytwarzania części mógłbym dużo pisać bo praktycznie wszystko robiłem samodzielnie w mniej lub bardziej elegancki sposób, dlatego najlepiej będzie odpowiadać na Wasze pytania (jeśli będą).

Sam chwytak powstał trochę później, głównie dlatego że nie był niezbędny do funkcjonowania manipulatora a trzeba było ciąć koszty. Model chwytaka też powstał w Cati (razem z symulacją ruchu) i w tym przypadku został on wydrukowany z racji bardzo małych kształtów. Problematyczne okazało się znalezienie odpowiednio małego napędu, przekładni, łożysk. W środku znajdują się dwa przyciski krańcowe, a sterowanie jest siłowe.

Za ruch ramion odpowiadają silniki DC z przekładniami. Silniki osi 1 -3 pochodzą z rozmontowanych drukarek, a przekładnie do nich otrzymałem z demontażu serw modelarskich. W osiach 4-6 zamontowane są silniki z dedykowaną przekładnią. Jako sprzężenie zwrotne wykorzystałem enkodery optyczne które też pochodzą z drukarek. Rozdzielczość dla każdej z osi wynosi >=0.1. Pracę silników kontrolują regulatory PID.

Nad pracą robota czuwa ATxmega 128A1. Początkowo w ramach testów układ powstawał na płytce uniwersalnej. Ostatecznie płytkę PCB zaprojektowałem w AD13 w ramach pracy przejściowej. Może nie będę rozpisywał się za bardzo nad elektroniką w załącznikach jest schemat. Elektronika zasilana jest z 12 VDC w środku znajdują się 2 przetwornice na 3,3V oraz 5V (na schemacie sa LM317). Kod napisany w środowisku eclipse w C. Pisanie oprogramowania było najbardziej czasochłoną czynnością. Standardowo DMA, ADC, PWM, WDT, USART, PLL, Timery.

Całość zamknięta jest w metalowej obudowie gdzie na górnej części umieszczony jest grzybek, wyświetlacz, 4 przyciski, oraz 3 diody. Na przednim panelu jest złącze DB15 służy do programowania, oraz podłączania dodatkowych urządzeń (wyprowadzono z niego kilka pinów uC i wszystkie napięcia). Następnie mamy złącze zasilania 12V DC, złącze usb służące do podłączenia do PC, bezpiecznik oraz włącznik zasilania. Po przeciwnej stornie znajdują się złącza do podłączenia manipulatora. Przez robota przeprowadzonych zostało 38 przewodów z czego 34 są używane reszta to nadmiar. Od spodu sterownika znajduje się wentylator.

Obecnie mamy 3 możliwości kontrolowania manipulatora.

- Poprzez PC (RS-232), powstała dedykowana aplikacja napisana w Lazarusie (Delphi). Umożliwia ona pełną kontrolę manipulatora, pomiar prądu silników, wymuszeń skokowych, tworzenie sekwencji ruchowych, modyfikację wzmocnień regulatorów PID, kalibrację itp.

- Poprzez Smartphonea, powstała aplikacja na androida napisana w AppInventorze. Umożliwia kontrolę każdej osi manipulatora, kalibrację, odtwarzanie sekwencji oraz wysyłanie pojedynczych rozkazów.

- Poprzez przyciski znajdujące się na obudowie sterownika. Dają takie możliwości jak sterowanie każdą z osi oraz wybór sterowania tzn. Aby sterować poprzez inne źródło najpierw musimy włączyć tą opcję na sterowniku.

Jakby nie było ciężko napisać że projekt jest "skończony". W dużym stopniu udało mi się zbliżyć do manipulatora przemysłowego, a co za tym idzie można na nim testować przeróżne algorytmy, sposoby sterowania, kinematyke itp. z tą różnicą że nie kosztuje 100 tys. pln, a całe oprogramowanie jest "wymienne".

Jeśli chodzi o koszty to:

- elektronika ok. 700 zł,

- mechanika ok. 1550 zł (650 zł to chwytak).

Suma: 2250 zł (to ta optymistyczna wersja Smile). jak na przeciętnego studenta to dość sporo jak na zabawkę Smile. Pewnie pojawi się pytanie "kraj taki piękny, unia europejska, manna z nieba nie da się otrzymać jakiegoś dofinansowania na tego typu projekty ?." - Niestety nie, lub po prostu zbyt dużo papierków, chodzenia, proszenia i czekania.

Jak napisałem we wstępie, manipulator stał się podstawą mojej pracy magisterskiej, która polegała na zbudowaniu systemu sterowania z wykorzystaniem logiki rozmytej. Końcowym efektem było zmniejszenie przeregulowań napędów o 64,5% w stosunku do tradycyjnego regulatora PID. Praca w załączniku.

Podsumowując projekt uważam za udany nauczył mnie wielu rzeczy z różnych dziedzin nauki i to jest najcenniejsze, ale jak to przy takich projektach bywa teraz zrobiło by się pewne rzeczy inaczej/lepiej. Chciałbym też podziękować za pomoc kilku pracownikom wydziału MT oraz Elektrycznego.

NIE JESTEM AUTOREM PLATFORMY JEZDEJ

Kilka filmików z działania manipulatora, miłego oglądania.

Zachęcam do zadawania pytań.

Manipulator - code C.zip

Manipulator - App lazarus.zip

Schematic.PDF

PDM_MarekSliz.pdf

[mactro]

O, miło widzieć, że ktoś wykorzystał nasze podwozie do tak szlachetnego celu jak serwowanie wódki Robota mobilnego też programowałeś, czy jeździ na zdalnym sterowaniu?

Ogólnie gratuluję udanej i bardzo estetycznej konstrukcji

[M.R.O.]

Aplikacja sterująca trobotem została napisana przez znajomego, chyba był to jakiś uczelniany projekt.

[Marooned]

Nalał od serca!