Robotické rameno řízené mikropočítačem

Tags: 3D tisk | Arduino | CNC | Robotické rameno | Studenti | VOŠ a SPŠ | Žďár nad Sázavou

Tvor­ba vý­rob­ků s vy­u­ži­tím pa­ra­me­t­ric­ké­ho di­gi­tál­ní­ho pro­to­ty­pu je za­jí­ma­vých pří­stu­pem pro zpra­co­vá­ní kre­a­tiv­ních stu­dent­ských pro­jek­tů. Vý­sled­né kon­strukč­ní ře­še­ní lze navíc efek­tiv­ně svá­zat s vý­ro­bou po­mo­cí 3D tisku, pří­pad­ně na CNC stro­jích. Jeden z ta­ko­vých pro­jek­tů rea­li­zo­val Matěj Sed­lá­ček jako svůj roč­ní­ko­vý pro­jekt. Jeho cílem bylo kom­plet­ní kon­strukč­ní ře­še­ní ro­bo­tic­ké­ho ra­me­ne, které je ří­ze­no mi­k­ro­po­čí­ta­čem Ar­dui­no.

Základní koncept a návrhy

Zá­klad­ní návrh ro­bo­tic­ké­ho ra­me­ne byl řešen na její snad­nou vý­ro­bu na 3D tis­kár­ně. Pri­már­ně vznik­lo ně­ko­lik kon­cep­tů, které byly po­stup­ně roz­pra­co­vá­ny s vy­u­ži­tím adap­tiv­ní­ho mo­de­lo­vá­ní. Vý­cho­zí se­sta­va vznik­la jako plně pa­ra­me­t­ric­ký model v Au­to­de­sk In­ven­to­ru. Návrh se­sta­vy byl dále roz­pra­co­ván s cílem jeho jed­no­du­ché mon­tá­že na­pří­klad v rámci zá­jmo­vých krouž­ků pro nejmlad­ší. Vět­ši­na sou­čás­tí je spo­jo­vá­na s vy­u­ži­tím nor­ma­li­zo­va­ných prvků. Pouze v pří­pa­dě svě­tel­né­ho loga je vy­u­ži­to le­pe­ných spojů.

Sestava spodní části robota s pohonem

Všech­ny kon­strukč­ní prvky se­sta­vy jsou při­pra­ve­ny s ohle­dem na je­jich snad­nou mo­di­fi­ko­va­tel­nost v pří­pa­dě nut­nos­ti upra­vit ně­kte­rou z částí ro­bo­ta. Roz­mě­ry ro­bo­ta jsou pri­már­ně vo­le­ny kom­pakt­ní z dů­vo­du jeho snad­né vý­ro­by na malé 3D tis­kár­ně, pří­pad­ně z dů­vo­du jeho snad­né pře­pra­vy.

Řídící prvky a řízení robotického ramene

Pro ří­ze­ní jed­not­li­vých po­hy­bo­vých os je vy­u­ži­to vzá­jem­ně od­dě­le­ných ser­vo­po­ho­nů. Vy­u­ži­ty jsou z dů­vo­du vyšší přes­nos­ti a sta­bi­li­ty po­hy­bu ser­vo­po­ho­ny s di­gi­tál­ním od­mě­řo­vá­ním na­to­če­ní. Díky kon­strukč­ní­mu uspo­řá­dá­ní jed­not­li­vých ramen je za­ru­če­na i vy­so­ká za­mě­ni­tel­nost jed­not­li­vých na­ku­po­va­ných elek­tro­nic­kých dílů. Hlav­ní pohyb ra­me­ne je řešen přes jed­no­du­chou pře­vo­dov­ku, která je vy­ro­be­na také s vy­u­ži­tím FDM 3D tisku. Hlav­ním cílem to­ho­to uspo­řá­dá­ní je cíl vý­raz­ně sní­žit za­tí­že­ní mi­ni­a­tur­ních lo­ži­sek serva, které by jinak mu­se­ly za­chy­tá­vat veš­ke­ré re­ak­ce na po­hy­bo­vé mo­men­ty od hlav­ní­ho ra­me­ne. Model pře­vo­dov­ky a ozu­be­ných kol byl řešen s vy­u­ži­tím CAE ná­stro­jů.

Finální verze robotického ramene s manuálním a automatickým řízením

Velmi pěkně je zpra­co­ván v pro­jek­tu kon­cept vý­měn­ných ma­ni­pu­lač­ních hla­vic. Na ro­bo­ta lze tak díky jed­no­du­ché me­to­dě vý­mě­ny osa­dit jak tra­dič­ní ma­ni­pu­lač­ní hla­vi­ce, tak na­pří­klad sen­zo­ro­vé dr­žá­ky, dr­žá­ky s ná­stro­ji apod.
Ří­ze­ní ro­bo­tic­ké­ho ra­me­ne je ře­še­no jako ruční, tak au­to­ma­tic­ké s vy­u­ži­tím mi­k­ro­po­čí­ta­če. Pro ma­nu­ál­ní ří­ze­ní je robot vy­ba­ven jed­no­du­chým kří­žo­vým ovla­da­čem s roz­ši­řu­jí­cí­mi funk­ce­mi. Pro­por­ci­o­nál­ně lze řídit nejen na­tá­če­ní jed­not­li­vých os ro­bo­ta, ale také na­pří­klad ote­vře­ní ma­ni­pu­lač­ních če­lis­tí. Pro si­mu­la­ci a od­la­dě­ní jed­not­li­vých po­hy­bů bylo vy­u­ži­to ki­ne­ma­tic­kých si­mu­la­cí v apli­ka­ci Au­to­de­sk In­ven­tor a in­te­gro­va­ných CAE ná­stro­jů.

Předvedení robotického ramene a jejího řízení na soutěži SOČ

Pro vý­ro­bu ro­bo­tic­ké­ho ra­me­ne a jeho jed­not­li­vých sou­čás­tí bylo vy­u­ži­to FDM 3D tisku. Jed­not­li­vé díly jsou vy­ro­be­ny z ma­te­ri­á­lu PLA, pří­pad­ně PET-G. Jedná se v sou­čas­né době o jedny z ne­do­stup­něj­ších ma­te­ri­á­lů na trhu. Fi­nál­ní se­sta­va byla vy­ro­be­na v ně­ko­li­ka ver­zích ur­če­ných jak pro de­mon­stra­ci do výuky, tak do sou­tě­že SOČ. Na další za­jí­ma­vé stu­dent­ské pro­jek­ty se mů­že­te po­dí­vat na strán­kách www.spszr.cz.