Lengan Robot Dengan Gripper: 9 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:53

Memanen pohon lemon dianggap kerja keras, karena ukuran pohon yang besar dan juga karena iklim panas di daerah tempat pohon lemon ditanam. Itu sebabnya kami membutuhkan sesuatu yang lain untuk membantu pekerja pertanian menyelesaikan pekerjaan mereka dengan lebih mudah. Jadi, kami datang dengan ide untuk memudahkan pekerjaan mereka, lengan robot dengan gripper yang mengambil lemon dari pohon. Panjang lengannya sekitar 50 cm. Prinsip kerjanya sederhana: kita memberi posisi pada robot, maka ia akan pergi ke tempat yang tepat, dan jika ada lemon, grippernya akan memotong tangkai dan menangkap lemon secara bersamaan. Kemudian, lemon akan dilepaskan ke tanah dan robot akan kembali ke posisi semula. Pada awalnya, proyek mungkin tampak rumit dan sulit untuk dilakukan. Namun, ini tidak terlalu rumit, namun membutuhkan banyak kerja keras dan perencanaan yang baik. Itu hanya perlu dibangun satu hal di atas yang lain. Pada awalnya, kami menghadapi beberapa masalah karena situasi covid-19 dan bekerja dari jarak jauh, tetapi kemudian kami melakukannya, dan itu luar biasa.

Instruksi ini bertujuan untuk memandu Anda melalui proses pembuatan lengan Robot dengan grabber. Proyek ini dirancang dan direkayasa sebagai bagian dari proyek Mekatronika Bruface kami; pekerjaan itu di lakukan di Fablab Brussels oleh:

-Hussein Moslimani

-Inès Castillo Fernandez

-Jayesh Jagadesh Deshmukhe

-Raphal Boitte

Langkah 1: Keterampilan yang Diperlukan

Jadi, berikut adalah beberapa keterampilan yang perlu Anda miliki untuk melakukan proyek ini:

-Dasar-dasar elektronika

-Pengetahuan dasar mikrokontroler.

-Coding dalam bahasa C (Arduino).

-Digunakan untuk perangkat lunak CAD, seperti SolidWorks atau AutoCAD.

-Pemotongan laser

-3D pencetakan

Anda juga harus memiliki kesabaran dan banyak waktu luang, kami juga menyarankan Anda untuk bekerja dalam tim seperti yang kami lakukan, semuanya akan lebih mudah.

Langkah 2: Desain CAD

Setelah mencoba sampel yang berbeda, kami akhirnya memutuskan untuk mendesain robot seperti yang ditunjukkan pada gambar, lengannya adalah 2 derajat kebebasan. Motor dihubungkan ke poros masing-masing lengan dengan katrol dan sabuk. Ada banyak keuntungan menggunakan katrol, salah satu yang paling penting adalah untuk meningkatkan torsi. Sabuk katrol pertama dari lengan pertama memiliki rasio roda gigi 2, dan yang kedua memiliki rasio roda gigi 1,5.

Bagian yang sulit untuk proyek ini adalah waktu yang terbatas di Fablab. Jadi, sebagian besar desain diadaptasi menjadi bagian yang dipotong laser dan hanya beberapa bagian penghubung yang dicetak 3D. Di sini Anda dapat menemukan desain CAD terlampir.

Langkah 3: Daftar Komponen yang Digunakan

Berikut adalah komponen yang kami gunakan dalam proyek kami:

I) Komponen Elektronik:

-Arduino Uno: Ini adalah papan mikrokontroler dengan 14 pin input/output digital (6 di antaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, kristal kuarsa 16 MHz, koneksi USB, colokan listrik, header ICSP, dan tombol reset. Kami menggunakan jenis mikrokontroler ini karena mudah digunakan dan dapat melakukan pekerjaan yang diperlukan.

-Dua motor servo besar (MG996R): adalah servomekanisme loop tertutup yang menggunakan umpan balik posisi untuk mengontrol gerakan dan posisi akhirnya. Digunakan untuk memutar lengan Memiliki torsi yang baik, hingga 11kg/cm, dan berkat pengurangan torsi yang dilakukan oleh puli dan sabuk, kami dapat mencapai torsi yang lebih tinggi yang lebih dari cukup untuk menahan lengan. Dan faktanya kita tidak membutuhkan putaran lebih dari 180 derajat, motor ini sangat baik digunakan.

-Satu servo kecil (E3003): adalah servomekanisme loop tertutup yang menggunakan umpan balik posisi untuk mengontrol gerakan dan posisi akhir. Motor ini digunakan untuk mengontrol gripper, memiliki torsi 2,5 kg/cm, dan digunakan untuk memotong dan mengambil lemon.

- Catu daya DC: Catu daya jenis ini tersedia di fablab, dan karena motor kami tidak bergerak di tanah, maka catu daya tidak harus saling menempel. Kelebihan utama dari power supply ini adalah kita bisa mengatur tegangan dan arus keluaran sesuai keinginan kita, jadi tidak perlu ada pengatur tegangan. Jika catu daya jenis ini tidak tersedia, tetapi harganya mahal. Alternatif murah untuk ini adalah dengan menggunakan dudukan baterai 8xAA, ditambah dengan pengatur tegangan seperti 'MF-6402402' yaitu konverter dc ke dc, untuk mendapatkan tegangan yang Anda butuhkan. Harga mereka juga ditampilkan dalam daftar komponen.

-Breadboard: Papan plastik yang digunakan untuk menahan komponen elektronik. Juga, untuk menghubungkan elektronik ke catu daya.

-Kabel: Digunakan untuk menghubungkan komponen elektronik ke papan tempat memotong roti.

-Push-button: Digunakan sebagai tombol start, jadi ketika kita menekannya robot bekerja.

-Sensor ultrasonik: Digunakan untuk mengukur jarak, menghasilkan suara frekuensi tinggi dan menghitung interval waktu antara pengiriman sinyal dan penerimaan gema. Ini digunakan untuk mendeteksi apakah lemon dipegang oleh gripper atau jika tergelincir.

II) Komponen lainnya:

-Plastik untuk pencetakan 3d

-3mm lembaran kayu untuk pemotongan laser

-Poros logam

-Pisau

-Bahan lembut: Ini direkatkan ke kedua sisi gripper, sehingga gripper menekan cabang lemon saat memotongnya.

-Sekrup

-Sabuk untuk menghubungkan puli, sabuk 365 T5 standar

-8mm bantalan melingkar, diameter luar adalah 22mm.

Langkah 4: Pencetakan 3D dan Pemotongan Laser

Berkat pemotongan laser dan mesin cetak 3d yang ditemukan di Fablab, kami membuat suku cadang yang kami butuhkan untuk robot kami.

I- Bagian yang harus kami potong dengan laser adalah:

-Dasar robot

-Mendukung motor lengan pertama

-Mendukung lengan pertama

-Piring dari 2 lengan

-Dasar gripper

-Koneksi antara gripper dan lengan.

-Dua sisi gripper

-Mendukung bantalan, untuk memastikan mereka tidak tergelincir atau bergerak dari posisinya, semua bantalan yang pas terdiri dari dua lapisan 3mm + 4mm, karena ketebalan bantalan adalah 7mm.

Catatan: Anda akan membutuhkan selembar kayu kecil berukuran 4 mm, untuk beberapa bagian kecil yang perlu dipotong dengan laser. Juga, Anda akan menemukan dalam desain CAD ketebalan 6mm, atau ketebalan lainnya yang kelipatan 3, maka Anda memerlukan beberapa lapisan bagian potong laser pada 3mm, yaitu jika ada ketebalan 6mm, maka Anda memerlukan 2 lapisan 3mm masing-masing.

II- Bagian yang harus kami cetak 3D:

-Empat katrol: digunakan untuk menghubungkan setiap motor ke lengan yang bertanggung jawab untuk bergerak.

-Dukungan motor lengan kedua

-dukungan untuk bantalan atas dasar, yang dipasang di bawah sabuk untuk membuat kekuatan di atasnya dan meningkatkan ketegangan. Itu terhubung ke bantalan menggunakan poros logam bulat.

-Dua pelat persegi panjang untuk gripper, diletakkan di atas bahan yang lembut untuk menahan cabang dengan baik dan memiliki gesekan agar cabang tidak tergelincir.

-Poros persegi dengan lubang bundar 8mm, untuk menghubungkan pelat lengan pertama, dan lubang itu untuk memasukkan poros logam 8mm untuk membuat seluruh poros kuat dan dapat menangani torsi total. Poros logam bundar terhubung ke bantalan dan kedua sisi lengan untuk menyelesaikan bagian rotasi.

-Poros bentuk heksagonal dengan lubang bundar 8mm untuk alasan yang sama dengan poros persegi

-Klem untuk menopang katrol dan pelat masing-masing lengan dengan baik di tempatnya.

Dalam tiga gambar CAD, Anda dapat memahami dengan baik bagaimana sistem dirakit, dan bagaimana poros dihubungkan dan didukung. Anda dapat melihat bagaimana poros persegi dan heksagonal terhubung ke lengan dan bagaimana mereka terhubung ke penyangga menggunakan poros logam. Seluruh perakitan diberikan dalam angka-angka ini.

Langkah 5: Perakitan Mekanis

Perakitan seluruh robot memiliki 3 langkah utama yang harus dijelaskan, pertama kita merakit dasar dan lengan pertama, kemudian lengan kedua ke yang pertama, dan terakhir gripper ke lengan kedua.

Perakitan alas dan lengan pertama:

Pertama, pengguna harus merakit bagian-bagian berikut secara terpisah:

-Dua sisi sambungan dengan bantalan di dalamnya.

-Dukungan motor dengan motor, dan katrol kecil.

-Dukungan simetris untuk katrol kecil.

-Poros kuadrat, katrol besar, lengan, dan klem.

- Bantalan "penegangan" mendukung pelat pendukung. Kemudian tambahkan bantalan dan poros.

Sekarang, setiap sub-perakitan sudah siap untuk dihubungkan bersama.

Catatan: untuk memastikan bahwa kita mendapatkan tegangan pada sabuk yang kita inginkan, posisi motor di pangkalan dapat disesuaikan, kita memiliki lubang yang memanjang sehingga jarak antara puli dapat diperbesar atau diperkecil dan ketika kita memeriksa bahwa ketegangan baik, kami memasang motor ke pangkalan dengan baut dan memperbaikinya dengan baik. Selain itu, bantalan dipasang di dasar di tempat yang membuat gaya pada sabuk untuk meningkatkan ketegangan, sehingga ketika sabuk bergerak, bantalan berputar, dan tidak ada masalah gesekan.

Perakitan lengan kedua ke yang pertama:

Bagian-bagian harus dirakit secara terpisah:

-Lengan kanan, dengan motor, penopangnya, katrol, dan juga dengan bantalan dan bagian pendukungnya. Sekrup juga dipasang untuk mengencangkan katrol ke poros seperti pada bagian sebelumnya.

-Lengan kiri dengan dua bantalan dan penyangganya.

-Katrol besar dapat digeser pada poros heksagonal serta lengan atas, dan klem dirancang untuk memperbaiki posisinya.

Kemudian kita memiliki lengan kedua siap untuk ditempatkan pada posisinya, motor lengan kedua ditempatkan pada yang pertama, posisinya juga dapat disesuaikan untuk mencapai ketegangan yang sempurna dan menghindari tergelincirnya sabuk, kemudian motor diperbaiki dengan sabuk pada posisi ini.

Perakitan gripper:

Perakitan gripper ini mudah dan cepat. Adapun perakitan sebelumnya, bagian-bagian dapat dirakit sendiri sebelum dipasang ke lengan penuh:

-Pasang rahang yang bergerak ke poros motor, dengan bantuan bagian plastik yang disertakan dengan motor.

-Sekrupkan motor ke penyangga.

-Pasang penyangga sensor ke penyangga gripper.

-Menempatkan sensor dalam dukungannya.

-Letakkan bahan lembut pada gripper, dan perbaiki bagian yang dicetak 3d di atasnya

Gripper dapat dengan mudah dipasang ke lengan kedua, hanya bagian pemotong laser yang menopang dasar gripper dengan lengan.

Yang paling penting adalah penyetelan bilah di atas lengan dan pada jarak berapa bilah di mana di luar gripper, jadi itu dilakukan dengan coba-coba sampai kita mencapai tempat yang paling efisien yang bisa kita dapatkan untuk bilah tempat memotong dan mencengkeram harus terjadi pada waktu yang hampir bersamaan.

Langkah 6: Koneksi Komponen Elektronik

Di sirkuit ini, kami memiliki tiga motor servo, satu sensor ultrasonik, satu tombol tekan, Arduino, dan catu daya.

Output catu daya dapat diatur sesuai keinginan, dan karena semua servos dan ultrasonik bekerja pada 5 Volt, jadi tidak perlu pengatur tegangan, kami hanya dapat mengatur output catu daya menjadi 5V.

Setiap servo harus terhubung ke Vcc(+5V), ground, dan sinyal. Sensor ultrasonik memiliki 4 pin, satu terhubung ke Vcc, satu untuk ground, dan dua lainnya adalah pin pemicu dan gema, mereka harus terhubung ke pin digital. Tombol tekan terhubung ke ground dan ke pin digital.

Untuk Arduino, harus berbicara kekuatannya dari sumber listrik, tidak bisa dari laptop atau kabelnya, harus memiliki ground yang sama dengan komponen elektronik yang terhubung dengannya.

!!CATATAN PENTING!!:

- Anda harus menambahkan konverter daya, dan daya ke Vin dengan 7V.

-Pastikan bahwa dengan koneksi ini, Anda harus melepas port Arduino dari komputer Anda untuk membakarnya, jika tidak, Anda tidak boleh menggunakan pin output 5V sebagai input.

Langkah 7: Kode Arduino dan Diagram Alir

Tujuan dari lengan robot dengan gripper ini adalah untuk mengumpulkan lemon dan meletakkannya di tempat lain, jadi ketika robot menyala, kita harus menekan tombol start dan kemudian pergi ke posisi tertentu di mana lemon ditemukan, jika mencengkeram lemon, gripper akan masuk ke posisi akhir untuk meletakkan lemon di tempatnya, kami memilih posisi akhir di level horizontal, di mana torsi yang dibutuhkan maksimal, untuk membuktikan bahwa gripper cukup kuat.

Bagaimana robot bisa mencapai lemon:

Dalam proyek yang kami lakukan, kami hanya meminta robot untuk menggerakkan lengan ke posisi tertentu di mana kami meletakkan lemon. Nah, ada cara lain untuk melakukan itu, Anda dapat menggunakan kinematika terbalik untuk menggerakkan lengan, dengan memberikan koordinat (x, y) lemon, dan menghitung berapa banyak setiap motor harus berputar sehingga gripper mencapai lemon. Dimana state=0 adalah saat tombol start tidak ditekan sehingga lengan berada pada posisi awal dan robot tidak bergerak, sedangkan state=1 adalah saat kita menekan tombol start dan robot mulai.

Kinematika Terbalik:

Pada gambar terdapat contoh perhitungan kinematika terbalik, Anda dapat melihat tiga sketsa, satu untuk posisi awal dan dua lainnya untuk posisi akhir. Jadi seperti yang Anda lihat, untuk posisi akhir - di mana pun itu - ada dua kemungkinan, siku ke atas dan siku ke bawah, Anda dapat memilih apa pun yang Anda inginkan.

Mari kita ambil siku ke atas sebagai contoh, untuk membuat robot bergerak ke posisinya, dua sudut harus dihitung, theta1 dan theta2, pada gambar juga Anda melihat langkah-langkah dan persamaan untuk menghitung theta1 dan theta2.

Perhatikan, jika rintangan ditemukan pada jarak kurang dari 10 cm, kemudian lemon dicengkeram dan dipegang oleh gripper, akhirnya kita harus mengantarkannya ke posisi akhir.

Langkah 8: Menjalankan Robot

Setelah semua yang kami lakukan sebelumnya, berikut adalah video robot yang bekerja, dengan sensor, tombol tekan, dan yang lainnya berfungsi sebagaimana mestinya. Kami juga melakukan uji goyang pada robot, untuk memastikannya stabil dan kabelnya bagus.

Langkah 9: Kesimpulan

Proyek ini memberi kami pengalaman yang baik dalam menangani proyek-proyek tersebut. Namun, robot ini dapat dimodifikasi dan memiliki beberapa nilai tambah seperti deteksi objek untuk mendeteksi lemon, atau mungkin tingkat kebebasan ketiga sehingga dapat bergerak di antara pohon. Selain itu, kita dapat membuatnya dikendalikan oleh aplikasi seluler atau oleh keyboard sehingga kita dapat memindahkannya sesuai keinginan. Kami harap Anda menyukai proyek kami dan terima kasih khusus kepada supervisor di Fablab karena telah membantu kami.