DIY-Robotik - Pädagogischer 6-Achsen-Roboterarm - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Die Lernzelle DIY-Robotics ist eine Plattform, die einen 6-Achsen-Roboterarm, eine elektronische Steuerschaltung und eine Programmiersoftware umfasst. Diese Plattform ist eine Einführung in die Welt der Industrierobotik. Mit diesem Projekt möchte DIY-Robotics allen, die mehr über dieses faszinierende Gebiet erfahren möchten, eine kostengünstige, aber qualitativ hochwertige Lösung anbieten. Dieses Projekt ist eine hervorragende Gelegenheit, verschiedene Kenntnisse und Fähigkeiten in den Bereichen Mechanik, Elektrotechnik sowie Informatik zu entwickeln. Mit der DIY-Robotics Lernzelle ist Robotik für jeden greifbar. Dieses Handbuch zeigt die verschiedenen Schritte für die mechanische Montage, die elektrische Montage sowie die Installation und Nutzung der Software DIY-Robotics Educational Cell V1.0. Im komprimierten Ordner finden Sie alle Dateien zur Entwicklung der pädagogischen Roboterzelle. Es enthält die 3D-Zeichnungen des Roboters, die Schaltpläne der Steuerung, den Arduino-Code, die Software-Quellcodes sowie die benötigte Stückliste. Bevor Sie beginnen, stellen Sie sicher, dass Sie Zugang zu einem 3D-Drucker haben und alle erforderlichen Komponenten kaufen. Eine Auflistung aller benötigten Komponenten mit Preis und Bestellmöglichkeit finden Sie in der Stückliste (Stückliste.pdf). Wenn Sie nicht weiterkommen oder Hilfe benötigen, besuchen Sie das DIY-Robotics Forum. Sie können kostenlos ein Konto erstellen und Ihre Frage an unsere Community von akkreditierten Spezialisten und Robotik-Enthusiasten stellen. Lass uns anfangen! (und viel Spaß!) Laden Sie das gesamte Projekt herunter:

Schritt 1: Arduino-Programmierung

Laden Sie die Arduino IDE-Software direkt von der Arduino-Website herunter:

www.arduino.cc/en/Main/Software

Öffnen Sie die Datei DIY_ROBOTICSEDUCATIVECELL_Arduino_V1_0.ino, die im komprimierten Ordner DIY_ROBOTICS_EDUCATIVECELL_V1_0.zip enthalten ist.

Verbinden Sie das Arduino Micro mit dem USB-Kabel mit Ihrem Computer.

Wählen Sie den Typ Arduino / Genuino Micro und den richtigen Kommunikationsport aus.

Siehe Bild 1.

Programmieren Sie das Arduino Micro, indem Sie den Upload-Button drücken:

Siehe Bild 2.

Schritt 2: Montage der elektronischen Robotersteuerung (PCB)

1. Übersicht

Die elektronische Steuerung der robotischen Lernzelle ist die Brücke zwischen der Programmiersoftware und dem Roboter. Der auf der gedruckten Schaltung verwendete Mikrocontroller, das Arduino Micro, führt die folgenden Aufgaben aus:

• Kommunikation zwischen der elektronischen Steuerung und der Programmiersoftware• Ansteuerung der 6 Robotermotoren (5V Servomotoren)• Ansteuerung von 3 digitalen Ausgangssignalen (0-5V Logikpegel)• Lesen von 3 digitalen Eingangssignalen (0-5V Logikpegel)

Siehe Abbildung 1, um die Beschreibung der Platine zu sehen.

2. Bestellung der Leiterplatte (PCB)

Die Leiterplatte (PCB) der Robotersteuerung kann bei jedem Leiterplattenhersteller mit den „GERBER“-Dateien im komprimierten Ordner DIY_ROBOTICS_EDUCATIVECELL_V1_0.zip bestellt werden.

Wir empfehlen Ihnen, beim Hersteller JLCPCB (jlcpcb.com) zu bestellen, der einen schnellen, einfachen Service zu einem sehr niedrigen Preis bietet. Befolgen Sie die folgenden Schritte, um die Platine zu bestellen:

A) Wählen Sie auf der Homepage von jlcpcb.com JETZT ANGEBOT aus und fügen Sie dann Ihre Gerber-Datei hinzu. Wählen Sie die Datei Gerber.zip im komprimierten Ordner DIY_ROBOTICS_EDUCATIVECELL_V1_0.zip aus.

B) Wählen Sie die Standardparameter aus.

C) Wählen Sie Im Warenkorb speichern und fahren Sie mit der Zahlung fort, um die Bestellung abzuschließen.

3. Leiterplattenbestückung (PCB)

Sobald die Leiterplatte der Robotersteuerung in den Händen ist, fahren Sie mit der Montage fort. Sie müssen alle Komponenten löten.

Jede Komponente der Leiterplatte wird identifiziert.

Die Materialliste bill-of-materials.pdf im komprimierten Ordner DIY_ROBOTICS_EDUCATIVECELL_V1_0.zip hilft Ihnen beim Sortieren der Komponenten.

Siehe Bild 2.

Achten Sie besonders auf die Polarität der folgenden Komponenten:

LED1, LED2, U1, U3, C1, C2, D1, D2, D3, D4, D5, D6, Q1, Q2, Q3

Diese Bauteile müssen richtig gelötet werden, sonst verbrennen sie. Beachten Sie beispielsweise, dass die Leuchtdioden (LEDs) und die Kondensatoren (C) einen langen Pin und einen kurzen Pin haben. Der lange Stift, die Anode, muss in das mit + gekennzeichnete Loch eingesteckt und verlötet werden.

Siehe Bild 3, um diese Komponenten richtig zu löten.

Schließlich müssen noch 3 Widerstände von 10k Ohm in die Schaltung eingefügt werden, um die digitalen Eingangssignale (Di) funktionsfähig zu machen. Diese Widerstände werden in der Materialliste wie folgt beschrieben:

RES 10K OHM 1/4W 5% AXIAL

Siehe Bild 4, um zu sehen, wo diese zusätzlichen Widerstände gelötet werden müssen.

Schritt 3: Mechanische Montage des Roboters

1. Übersicht

Um Ihren Roboter mechanisch zusammenzubauen, benötigen Sie folgende Komponenten und Werkzeuge:

• 4 MG966R Servomotoren
• 2 9g Micro-Servomotoren
• 8 3D-gedruckte Roboterteile
• 24 metrische M2-Muttern
• 24 metrische M2-Schrauben
• 2 metrische M2,5-Schrauben
• 4 metrische M3-Schrauben
• 3D Drucker
• Lötkolben
• Feuerzeug
• Sechskantschlüssel

Siehe die DIY_ROBOTICSEDUCATIVECELLV1_0_BOM.pdf Materialliste in der DIY_ROBOTICS_EDUCATIVECELL_V1_0.zip.

2. 3D-Druck

Sie finden die 3D-Dateien der 8 Roboterteile im komprimierten Ordner DIY_ROBOTICS_EDUCATIVECELL_V1_0.zip.

Drucken Sie die Teile mit einem 3D-Drucker. Wir empfehlen Ihnen, die folgenden Einstellungen zu verwenden:

• Obere Schicht 4 Schichten
• Untere Schicht 4 Schichten
• Wand 4 Schichten

3. Richten Sie die Servos aus

Vor dem Zusammenbau des Roboters ist es wichtig sicherzustellen, dass sich alle Servomotoren in der Mitte befinden. Um die Servos auszurichten, stellen Sie sicher, dass Sie zuvor den Arduino-Mikrocontroller programmiert und die Robotersteuerung zusammengebaut haben. Befolgen Sie die folgenden Anweisungen, um die Servomotoren auszurichten:

Schließen Sie die 6 Servomotoren an die Robotersteuerung an. Stellen Sie sicher, dass die Stecker richtig eingesteckt sind.

• Brauner Draht: 0V (-)
• Rotes Kabel: 5V (+)
• Oranges Kabel: PWM

Schließen Sie den 12-V-Regler an Ihre 120-V-Wechselstrom-Steckdose an. Schließen Sie den 12-V-Regler an den Stromanschluss der Robotersteuerung an. Aktivieren Sie den Netzschalter SW1. Das LED1-Licht sollte aufleuchten und das LED2-Licht sollte blinken. Der Roboter sollte alle seine Servomotoren um 90 Grad. Sie können die Stromversorgung der Robotersteuerung ausschalten und die Servomotoren trennen.

Siehe Bild 2.

4. Setzen Sie die Muttern ein

Setzen Sie vor dem Zusammenbau eine M2 x 0,4 mm Mutter in jedes Sechskantloch der 3D-gedruckten Teile ein, um die Montage zu ermöglichen. Verwenden Sie einen Lötkolben, um das Einsetzen zu erleichtern.

Siehe Bild 3.

5. Gießen Sie die Zahnräder in die Verbindungslöcher

Die mechanische Verbindung zwischen den Servomotoren und den 3D-gedruckten Roboterteilen ist direkt: Das Zahnrad muss direkt in das Loch eingesetzt werden. Um eine gute mechanische Verbindung zu gewährleisten, sind die Löcher nach dem 3D-Druck etwas kleiner als die Zahnräder. Mit einem Feuerzeug etwas Erhitzen Sie das Loch, dann setzen Sie das Zahnrad eines Servomotors (so gerade wie möglich) ein. Der geschmolzene Kunststoff nimmt die Form eines Zahnrads an. Schließen Sie das Einsetzen ab, indem Sie eine Schraube vorsichtig anziehen. Wiederholen Sie diesen Schritt für jede Verbindung. Seien Sie vorsichtig, Überhitzung der 3D-gedruckten Teile könnte sie verformen und unbrauchbar machen.

Siehe Bild 4.

6. Montage

Verwenden Sie metrische M3-Schrauben, um die Servomotorzahnräder an den 3D-gedruckten Roboterteilen zu befestigen. Verwenden Sie metrische M2-Schrauben, um die Servomotorgehäuse an den 3D-gedruckten Roboterteilen zu befestigen. Bauen Sie den Roboter so zusammen, dass sich jedes Gelenk in der Mitte befindet (gerade Roboter, wie unten abgebildet).

Siehe Bilder 1 und 5.

Schritt 4: Setup der Roboterprogrammierungssoftware

1. Software-Setup

Öffnen Sie die im komprimierten Ordner DIY_ROBOTICS_EDUCATIVECELL_V1_0.zip enthaltene Setup-Datei.

Befolgen Sie die Anweisungen des Installationsprogramms, um die Installation abzuschließen.

Wenn die Installation abgeschlossen ist, führen Sie die Software aus, indem Sie auf das DIY Robotics-Symbol auf Ihrem Desktop klicken.

2. Navigieren in der Benutzeroberfläche

Siehe Abbildung 1 und 2 für Beschreibungen des Software-Panels.

3. Erstellung eines Roboterprogramms

Mit dem Programmierpanel können Sie ein Roboterprogramm mit bis zu 200 Befehlszeilen erstellen. Hier ist eine Beschreibung jeder Art von Anweisung:

POINT-Anweisung

Speichert einen Roboterpunkt (Position).

Die Ausführung dieses Befehls bewegt den Roboter entsprechend der gespeicherten Position und Geschwindigkeit.

Um einen Roboterpunkt in einer Anweisung zu speichern, bewegen Sie den Roboter manuell an die gewünschte Position und wählen Sie die gewünschte Bewegungsgeschwindigkeit mit den Tasten im Bedienfeld aus. Drücken Sie die Zeigertaste. Im Programmierpanel wird dann eine Anweisungszeile hinzugefügt. Die Anweisungszeile zeigt den Gradwert jedes Gelenks sowie die Bewegungsgeschwindigkeit an.

DO-Anweisung

Ändert den Zustand eines Do-Ausgangssignals.

Die Ausführung dieses Befehls ändert den Zustand eines der Ausgangssignale Do (ON/OFF).

Um eine DO-Anweisung zu erstellen, drücken Sie die Do-Taste. Eine Parametertafel wird angezeigt. Wählen Sie die Do-Ausgangssignalnummer (1, 2 oder 3) sowie den gewünschten Zustand (ON oder OFF). Klicken Sie auf die Schaltfläche Anweisung hinzufügen, um die Anweisung hinzuzufügen.

Im Programmierpanel wird dann eine Anweisungszeile hinzugefügt. Die Anweisungszeile zeigt die Do-Signalnummer und die Zustandsänderung an.

LABEL-Anweisung

Fügt dem Roboterprogramm ein Label hinzu.

Die Ausführung dieser Anweisung hat keine Auswirkung. Diese Zeile ist ein Label, das es dem JUMP-Befehl ermöglicht, zu dieser LABEL-Befehlszeile zu springen.

Um einen LABEL-Befehl zu erstellen, drücken Sie die Jump Label-Taste. Eine Parametertafel wird angezeigt. Wählen Sie die Option Label und die Nummer des gewünschten Labels (1 bis 5). Klicken Sie auf die Schaltfläche Anweisung hinzufügen, um die Anweisung hinzuzufügen.

Im Programmierpanel wird dann eine Anweisungszeile hinzugefügt. Die Anweisungszeile zeigt die Etikettennummer.

JUMP-Anweisung

Springt in die Programmzeile, die das entsprechende Label enthält.

Die Ausführung dieser Anweisung bewirkt im Programm einen Sprung in die Zeile, die das entsprechende Label enthält.

Um einen JUMP-Befehl zu erstellen, drücken Sie die Jump Label-Taste. Eine Parametertafel wird angezeigt. Wählen Sie die Option Jump und die Nummer des gewünschten Labels (1 bis 5). Drücken Sie die Schaltfläche Anweisung hinzufügen, um die Anweisung hinzuzufügen.

Im Programmierpanel wird dann eine Anweisungszeile hinzugefügt. Die Anweisungszeile zeigt die Nummer des Zieletiketts an.

Wenn mehrere Labels dieselbe Nummer haben, springt der JUMP-Befehl zum ersten entsprechenden Label vom Anfang des Programms.

Wenn der JUMP-Befehlsnummer kein Label entspricht, springt das Programm in die letzte Zeile des Programms.

WAITDI-Anweisung

Wartet auf einen bestimmten Zustand eines Di-Eingangssignals.

Durch die Ausführung dieses Befehls wird die Robotersteuerung solange angehalten, wie der Zustand des Di-Eingangssignals vom erwarteten Zustand abweicht.

Um eine WAITDI-Anweisung zu erstellen, drücken Sie die Wait Di-Taste. Eine Parametertafel wird angezeigt. Wählen Sie die Di-Eingangssignalnummer (1, 2 oder 3) sowie den gewünschten Zustand (ON oder OFF). Klicken Sie auf die Schaltfläche Anweisung hinzufügen, um die Anweisung hinzuzufügen.

Im Programmierpanel wird dann eine Anweisungszeile hinzugefügt. Die Befehlszeile zeigt die Di-Eingangssignalnummer und den erwarteten Zustand an.

Schritt 5: Roboter + PCB + Software verbinden

1. Elektrische Anschlüsse

Verbinden Sie die 6 Servomotoren des Roboters mit der Robotersteuerung. Stellen Sie sicher, dass die Stecker richtig eingesteckt sind.

Braunes Kabel: 0V (-)Rotes Kabel: 5V (+)Oranges Kabel: PWM

Schließen Sie den 12-V-Regler an Ihre 120-V-Wechselstrom-Steckdose an. Schließen Sie den 12-V-Regler an den Stromanschluss der Robotersteuerung an. Aktivieren Sie den Netzschalter SW1. Das LED1-Licht sollte aufleuchten und das LED2-Licht sollte blinken. Der Roboter sollte alle seine Servomotoren um 90 Grad.

Verbinden Sie das USB-Kabel von der Robotersteuerung mit Ihrem Computer.

Siehe Bild 1.

2. Führen Sie die Software aus

Führen Sie die DIY Robotics Educative Cell V1.0-Software aus, indem Sie auf das DIY Robotics-Symbol auf Ihrem Desktop klicken. Die Software öffnet sich im Anschlussfeld.

Siehe Bild 2.

3. Stellen Sie die serielle Kommunikation des PC-Roboters ein

Drücken Sie die Schaltfläche Serielle Ports scannen.

Wählen Sie den richtigen Kommunikationsport aus der Dropdown-Liste aus.

Drücken Sie die Schaltfläche Verbinden.

Siehe Bild 3.

4. Lass die Schöpfung beginnen

Steuern Sie den Roboter über das Bedienfeld.

Erstellen Sie Ihr Roboterprogramm über das Programmierpanel.

Spaß haben!

Schritt 6: Fazit

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