ग्रिपर के साथ रोबोटिक आर्म: 9 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:18

पेड़ों के बड़े आकार के कारण और उन क्षेत्रों की गर्म जलवायु के कारण जहां नींबू के पेड़ लगाए जाते हैं, नींबू के पेड़ों की कटाई को कठिन काम माना जाता है। इसलिए हमें कृषि श्रमिकों को अपना काम अधिक आसानी से पूरा करने में मदद करने के लिए कुछ और चाहिए। इसलिए, हम उनके काम को आसान बनाने के लिए एक विचार के साथ आए, ग्रिपर के साथ एक रोबोटिक भुजा जो पेड़ से नींबू उठाती है। हाथ लगभग 50 सेमी लंबा है। कार्य सिद्धांत सरल है: हम रोबोट को एक स्थिति देते हैं, तो यह सही जगह पर जाएगा, और यदि कोई नींबू है, तो उसका ग्रिपर पेडुनकल को काट देगा और उसी समय नींबू को पकड़ लेगा। फिर, नींबू को जमीन पर छोड़ दिया जाएगा और रोबोट वापस अपनी प्रारंभिक स्थिति में चला जाएगा। सबसे पहले, परियोजना जटिल और कठिन लग सकती है। हालाँकि, यह उतना जटिल नहीं है, फिर भी इसके लिए बहुत मेहनत और अच्छी योजना की आवश्यकता है। इसे बस एक चीज को दूसरे के ऊपर बनाने की जरूरत है। शुरुआत में, हमें कोविड -19 स्थिति और दूर से काम करने के कारण कुछ समस्याओं का सामना करना पड़ा, लेकिन फिर हमने किया, और यह आश्चर्यजनक था।

इस निर्देशयोग्य का उद्देश्य एक ग्रैबर के साथ रोबोटिक भुजा बनाने की प्रक्रिया के माध्यम से आपका मार्गदर्शन करना है। परियोजना को हमारे ब्रूफेस मेक्ट्रोनिक्स परियोजना के हिस्से के रूप में डिजाइन और इंजीनियर किया गया था; Fablab ब्रसेल्स में काम किसके द्वारा किया गया था:

-हुसैन मोस्लीमानी

-इनेस कैस्टिलो फर्नांडीज

-जयेश जगदीश देशमुखे

-राफेल बोइटे

चरण 1: आवश्यक कौशल

तो, इस परियोजना को करने के लिए आपके पास कुछ कौशल हैं:

-इलेक्ट्रॉनिक्स की मूल बातें

-सूक्ष्म नियंत्रकों का बुनियादी ज्ञान।

सी-भाषा (Arduino) में कोडिंग।

सॉलिडवर्क्स या ऑटोकैड जैसे सीएडी सॉफ्टवेयर के लिए उपयोग किया जाता है।

-लेजर द्वारा काटना

-3 डी प्रिंटिग

आपके पास धैर्य और खाली समय की एक उदार राशि भी होनी चाहिए, साथ ही हम आपको एक टीम में काम करने की सलाह देते हैं जैसे हमने किया, सब कुछ आसान हो जाएगा।

चरण 2: सीएडी डिजाइन

विभिन्न नमूनों की कोशिश करने के बाद, हमने आखिरकार रोबोट को डिजाइन करने का फैसला किया जैसा कि आंकड़ों में दिखाया गया है, हाथ स्वतंत्रता की 2 डिग्री है। मोटर्स प्रत्येक हाथ के शाफ्ट से पुली और बेल्ट से जुड़े होते हैं। पुली का उपयोग करने के कई फायदे हैं, जिनमें से एक सबसे महत्वपूर्ण है टोक़ को बढ़ाना। पहली भुजा की पहली चरखी बेल्ट में 2 का गियर अनुपात होता है, और दूसरे में 1.5 का गियर अनुपात होता है।

परियोजना के लिए कठिन हिस्सा Fablab में सीमित समय था। इसलिए, अधिकांश डिज़ाइनों को लेजर कट भागों के रूप में अनुकूलित किया गया था और कुछ कनेक्टिंग भागों को 3 डी प्रिंट किया गया था। यहां आप संलग्न सीएडी डिजाइन पा सकते हैं।

चरण 3: प्रयुक्त घटकों की सूची

यहां वे घटक हैं जिनका हमने अपनी परियोजना में उपयोग किया है:

I) इलेक्ट्रॉनिक घटक:

-Arduino Uno: यह एक माइक्रोकंट्रोलर बोर्ड है जिसमें 14 डिजिटल इनपुट/आउटपुट पिन (जिनमें से 6 को PWM आउटपुट के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है), 6 एनालॉग इनपुट, एक 16 MHz क्वार्ट्ज क्रिस्टल, एक USB कनेक्शन, एक पावर जैक, एक ICSP हेडर, और एक रीसेट बटन। हमने इस प्रकार के माइक्रो-कंट्रोलर का उपयोग किया क्योंकि यह उपयोग में आसान है और आवश्यक कार्य कर सकता है।

-दो बड़ी सर्वो मोटर (MG996R): एक क्लोज्ड-लूप सर्वोमैकेनिज्म है जो अपनी गति और अंतिम स्थिति को नियंत्रित करने के लिए स्थिति प्रतिक्रिया का उपयोग करता है। इसका उपयोग बाजुओं को घुमाने के लिए किया जाता है, इसमें 11 किग्रा / सेमी तक का एक अच्छा टॉर्क होता है, और पुली और बेल्ट द्वारा किए गए टॉर्क में कमी के कारण हम उच्च टॉर्क तक पहुंच सकते हैं जो कि आर्म्स को पकड़ने के लिए पर्याप्त से अधिक है। और तथ्य यह है कि हमें 180 डिग्री से अधिक घूर्णन की आवश्यकता नहीं है, यह मोटर उपयोग करने के लिए बहुत अच्छी है।

-एक छोटा सर्वो (E3003): एक क्लोज्ड-लूप सर्वोमैकेनिज्म है जो अपनी गति और अंतिम स्थिति को नियंत्रित करने के लिए स्थिति प्रतिक्रिया का उपयोग करता है। इस मोटर का उपयोग ग्रिपर को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, इसमें 2.5 किग्रा/सेमी का टॉर्क होता है, और इसका उपयोग नींबू को काटने और पकड़ने के लिए किया जाता है।

-डीसी बिजली की आपूर्ति: इस प्रकार की बिजली आपूर्ति फैबलैब पर उपलब्ध थी, और क्योंकि हमारी मोटर जमीन पर नहीं चलती है, इसलिए बिजली की आपूर्ति को एक दूसरे से चिपकना नहीं पड़ता है। इस बिजली आपूर्ति का मुख्य लाभ यह है कि हम आउटपुट वोल्टेज और करंट को अपनी इच्छानुसार समायोजित कर सकते हैं, इसलिए वोल्टेज नियामक की कोई आवश्यकता नहीं है। यदि इस प्रकार की बिजली की आपूर्ति उपलब्ध नहीं है, लेकिन यह महंगा है। इसका एक सस्ता विकल्प बैटरी धारक 8xAA का उपयोग करना होगा, जिसमें वोल्टेज नियामक जैसे 'एमएफ-6402402' जो कि डीसी से डीसी कनवर्टर है, के साथ मिलकर वोल्टेज प्राप्त करने के लिए होगा। इनकी कीमत भी कंपोनेंट्स की लिस्ट में दिखाई गई है।

-ब्रेडबोर्ड: इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को रखने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला प्लास्टिक बोर्ड। साथ ही, इलेक्ट्रॉनिक्स को बिजली की आपूर्ति से जोड़ने के लिए।

-वायर्स: इलेक्ट्रॉनिक घटकों को ब्रेडबोर्ड से जोड़ने के लिए उपयोग किया जाता है।

-पुश-बटन: इसका उपयोग स्टार्ट बटन के रूप में किया जाता है, इसलिए जब हम इसे दबाते हैं तो रोबोट काम करता है।

-अल्ट्रासोनिक सेंसर: दूरी को मापने के लिए प्रयुक्त, यह उच्च आवृत्ति ध्वनि उत्पन्न करता है और सिग्नल भेजने और गूंज प्राप्त करने के बीच समय अंतराल की गणना करता है। इसका उपयोग यह पता लगाने के लिए किया जाता है कि नींबू ग्रिपर द्वारा पकड़ा गया था या यदि यह फिसल गया।

II) अन्य घटक:

- 3 डी प्रिंटिंग के लिए प्लास्टिक

लेजर काटने के लिए -3 मिमी लकड़ी की चादरें

-धातु शाफ्ट

-ब्लेड

-नरम सामग्री: यह ग्रिपर के दोनों किनारों से चिपकी होती है, इसलिए ग्रिपर नींबू की शाखा को काटते समय उसे संकुचित कर देता है।

-पेंच

पुली को जोड़ने के लिए बेल्ट, मानक 365 T5 बेल्ट

-8 मिमी परिपत्र बीयरिंग, बाहरी व्यास 22 मिमी है।

चरण 4: 3डी प्रिंटिंग और लेजर कटिंग

फैबलैब में मिली लेजर कटिंग और 3डी प्रिंटिंग मशीनों के लिए धन्यवाद, हम अपने रोबोट के लिए आवश्यक भागों का निर्माण करते हैं।

I- जिन हिस्सों को हमें लेजर काटना था वे हैं:

-रोबोट का आधार

-पहली भुजा की मोटर के लिए समर्थन

-पहली भुजा का समर्थन

- 2 भुजाओं की प्लेटें

- ग्रिपर का आधार

- ग्रिपर और बांह के बीच संबंध।

-ग्रिपर के दो पहलू

- बियरिंग्स के लिए समर्थन, यह सुनिश्चित करने के लिए कि वे फिसलें या अपनी स्थिति से आगे न बढ़ें, सभी असर फिट दो परतों 3 मिमी + 4 मिमी के हैं, क्योंकि असर की मोटाई 7 मिमी थी।

नोट: आपको लकड़ी की एक छोटी 4 मिमी शीट की आवश्यकता होगी, कुछ छोटे हिस्सों के लिए जिन्हें उन्हें लेजर कट करने की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, आपको सीएडी डिज़ाइन में एक मोटाई मिलेगी जो 6 मिमी है, या कोई अन्य मोटाई जो 3 के गुणक है, तो आपको 3 मिमी पर लेजर कट भागों की कई परतों की आवश्यकता है, यानी यदि 6 मिमी मोटाई है, तो आपको 2 परतों की आवश्यकता है 3 मिमी प्रत्येक।

II- जिन भागों में हमें 3D प्रिंट करना था:

-चार पुली: प्रत्येक मोटर को उस हाथ से जोड़ने के लिए उपयोग किया जाता है जो इसे स्थानांतरित करने के लिए जिम्मेदार है।

-दूसरे हाथ की मोटर का समर्थन

- आधार पर असर के लिए समर्थन, उस पर बल बनाने और तनाव बढ़ाने के लिए बेल्ट के नीचे तय किया गया है। यह एक गोल धातु के शाफ्ट का उपयोग करके असर से जुड़ा हुआ है।

- ग्रिपर के लिए दो आयताकार प्लेट, शाखा को अच्छी तरह से पकड़ने और घर्षण करने के लिए नरम सामग्री पर रखी जाती हैं ताकि शाखा फिसले नहीं।

- पहली भुजा की प्लेटों को जोड़ने के लिए 8 मिमी गोल छेद के साथ स्क्वायर शाफ्ट, और छेद पूरे शाफ्ट को मजबूत बनाने के लिए 8 मिमी धातु शाफ्ट डालने के लिए था और कुल टोक़ को संभाल सकता है। घूर्णी भाग को पूरा करने के लिए गोल धातु के शाफ्ट बीयरिंग और हाथ के दोनों किनारों से जुड़े थे।

- वर्गाकार शाफ्ट के समान कारण के लिए 8 मिमी गोल छेद के साथ हेक्सागोनल आकार का शाफ्ट

- प्रत्येक हाथ की फुफ्फुस और प्लेटों को उनके स्थानों पर अच्छी तरह से सहारा देने के लिए क्लैंप।

सीएडी के तीन आंकड़ों में, आप अच्छी तरह से समझ सकते हैं कि सिस्टम को कैसे इकट्ठा किया जाता है, और शाफ्ट कैसे जुड़े और समर्थित हैं। आप देख सकते हैं कि वर्गाकार और षट्कोणीय शाफ्ट भुजा से कैसे जुड़े हैं और वे धातु के शाफ्ट का उपयोग करके समर्थन से कैसे जुड़े हैं। इन आंकड़ों में पूरी विधानसभा दी गई है।

चरण 5: यांत्रिक विधानसभा

पूरे रोबोट की असेंबली में ३ मुख्य चरण होते हैं जिन्हें समझाया जाना है, पहले, हम आधार और पहली भुजा को इकट्ठा करते हैं, फिर दूसरे हाथ को पहले वाले को, और अंत में ग्रिपर को दूसरे हाथ से जोड़ते हैं।

आधार और पहली भुजा की असेंबली:

सबसे पहले, उपयोगकर्ता को निम्नलिखित भागों को अलग से इकट्ठा करना होगा:

-जोड़ों के दोनों किनारों के अंदर बेयरिंग।

-मोटर के साथ मोटर का समर्थन, और छोटी चरखी।

-छोटे चरखी के लिए सममित समर्थन।

- चुकता शाफ्ट, बड़ी चरखी, बांह और क्लैंप।

- "तनाव" असर सहायक प्लेट का समर्थन करता है। फिर असर और शाफ्ट को जोड़ना।

अब, प्रत्येक उप-विधानसभा को एक साथ जोड़ने की जगह है।

नोट: यह सुनिश्चित करने के लिए कि हम चाहते हैं कि बेल्ट में तनाव प्राप्त हो, आधार पर मोटर की स्थिति को समायोजित किया जा सकता है, हमारे पास लम्बी छेद है ताकि फुफ्फुस के बीच की दूरी को बढ़ाया या घटाया जा सके और जब हम जांच करें कि तनाव अच्छा है, हम बोल्ट द्वारा मोटर को आधार से जोड़ते हैं और इसे अच्छी तरह से ठीक करते हैं। इसके अलावा, एक बेयरिंग को उस स्थान पर आधार पर तय किया गया था जहां यह तनाव बढ़ाने के लिए बेल्ट पर एक बल बनाता है, इसलिए जब बेल्ट चलती है तो असर घूमता है, और घर्षण की कोई समस्या नहीं होती है।

पहले से दूसरे हाथ की असेंबली:

भागों को अलग से इकट्ठा करना होगा:

- दाहिना हाथ, मोटर के साथ, उसका सहारा, चरखी, और साथ ही असर और उसके समर्थन भागों के साथ। पिछले खंड की तरह शाफ्ट को चरखी को ठीक करने के लिए एक पेंच भी लगाया जाता है।

- दो बीयरिंगों और उनके समर्थन के साथ बायां हाथ।

-बड़ी चरखी को हेक्सागोनल शाफ्ट के साथ-साथ ऊपरी भुजाओं पर और उनकी स्थिति को ठीक करने के लिए डिज़ाइन किए गए क्लैंप पर स्लाइड किया जा सकता है।

फिर हमारे पास दूसरा हाथ अपनी स्थिति में रखने के लिए तैयार है, दूसरे हाथ की मोटर को पहले पर रखा गया है, इसकी स्थिति भी सही तनाव तक पहुंचने और बेल्ट के फिसलने से बचने के लिए समायोज्य है, फिर मोटर के साथ तय किया गया है इस स्थिति में बेल्ट।

ग्रिपर की विधानसभा:

इस ग्रिपर की असेंबली आसान और तेज है। पिछली विधानसभा के लिए, पूर्ण बांह से जुड़े होने से पहले भागों को अकेले इकट्ठा किया जा सकता है:

- मोटर के साथ आने वाले प्लास्टिक वाले हिस्से की मदद से मूविंग जॉ को मोटर के शाफ्ट से अटैच करें।

- मोटर को सपोर्ट पर स्क्रू करें।

- सेंसर के सपोर्ट को ग्रिपर के सपोर्ट में स्क्रू करें।

- इसके सपोर्ट में सेंसर लगाएं।

- नरम सामग्री को ग्रिपर पर रखें, और उनके ऊपर 3डी प्रिंटेड भाग को ठीक करें

ग्रिपर को आसानी से दूसरे हाथ में इकट्ठा किया जा सकता है, बस एक लेजर कटर हिस्सा हाथ से ग्रिपर के आधार का समर्थन करता है।

सबसे महत्वपूर्ण बात हाथ के ऊपर ब्लेड की ट्यूनिंग थी और ग्रिपर के बाहर ब्लेड कितनी दूरी पर थे, इसलिए यह परीक्षण और त्रुटि द्वारा किया गया था जब तक कि हम सबसे कुशल जगह तक नहीं पहुंच जाते जहां हम ब्लेड के लिए प्राप्त कर सकते हैं जहां काटने और ग्रिपिंग लगभग एक ही समय में होनी है।

चरण 6: इलेक्ट्रॉनिक घटकों का कनेक्शन

इस सर्किट में, हमारे पास तीन सर्वो मोटर्स, एक अल्ट्रासोनिक सेंसर, एक पुश बटन, Arduino और एक बिजली की आपूर्ति है।

बिजली आपूर्ति आउटपुट को हम जैसा चाहें समायोजित किया जा सकता है, और चूंकि सभी सर्वो और अल्ट्रासोनिक 5 वोल्ट पर काम करते हैं, इसलिए वोल्टेज नियामक की कोई आवश्यकता नहीं है, हम केवल 5V होने के लिए बिजली की आपूर्ति के उत्पादन को विनियमित कर सकते हैं।

प्रत्येक सर्वो को Vcc(+5V), ग्राउंड और सिग्नल से जोड़ा जाना है। अल्ट्रासोनिक सेंसर में 4 पिन होते हैं, एक Vcc से जुड़ा होता है, एक जमीन के लिए, और अन्य दो पिन ट्रिगर और इको पिन होते हैं, उन्हें डिजिटल पिन से कनेक्ट करना होता है। पुश-बटन जमीन से और एक डिजिटल पिन से जुड़ा होता है।

Arduino के लिए, उसे शक्ति स्रोत से अपनी शक्ति की बात करनी है, यह लैपटॉप या उसके केबल से बिजली नहीं दे सकता है, इसमें वही जमीन होनी चाहिए जो इससे जुड़े इलेक्ट्रॉनिक घटक हैं।

!!महत्वपूर्ण लेख!!:

- आपको एक पावर कन्वर्टर, और पावर को 7V के साथ विन में जोड़ना चाहिए।

-कृपया सुनिश्चित करें कि इस कनेक्शन के साथ, आपको इसे जलाने के लिए अपने पीसी से Arduino पोर्ट को हटा देना चाहिए, अन्यथा आपको इनपुट के रूप में 5V आउटपुट पिन का उपयोग नहीं करना चाहिए।

चरण 7: Arduino कोड और फ़्लो चार्ट

ग्रिपर के साथ इस रोबोटिक आर्म का लक्ष्य एक नींबू को इकट्ठा करना और उसे कहीं और रखना है, इसलिए जब रोबोट चालू होता है, तो हमें स्टार्ट बटन को पुश करना होता है और फिर यह एक निश्चित स्थिति में जाता है जहां नींबू पाया जाता है, अगर यह नींबू को पकड़ता है, ग्रिपर नींबू को उसके स्थान पर रखने के लिए अंतिम स्थिति में जाएगा, हमने क्षैतिज स्तर पर अंतिम स्थिति को चुना, जहां आवश्यक टोक़ अधिकतम है, यह साबित करने के लिए कि ग्रिपर काफी मजबूत है।

रोबोट नींबू तक कैसे पहुंच सकता है:

हमने जो प्रोजेक्ट किया था, उसमें हम रोबोट को बाजुओं को एक निश्चित स्थिति में ले जाने के लिए कहते हैं जहां हम नींबू डालते हैं। ठीक है, ऐसा करने का एक और तरीका है, आप हाथ को स्थानांतरित करने के लिए उलटा कीनेमेटीक्स का उपयोग कर सकते हैं, इसे नींबू के (x, y) निर्देशांक देकर, और यह गणना करता है कि प्रत्येक मोटर को कितना घूमना है ताकि ग्रिपर नींबू तक पहुंच जाए. जहां स्टेट = 0 तब होता है जब स्टार्ट बटन को पुश नहीं किया जाता है, इसलिए आर्म प्रारंभिक स्थिति में होता है और रोबोट हिलता नहीं है, जबकि स्टेट = 1 तब होता है जब हम स्टार्ट बटन दबाते हैं और रोबोट शुरू होता है।

उलटा किनेमेटिक्स:

आंकड़ों में उलटा गतिज गणना का एक उदाहरण है, आप तीन रेखाचित्र देख सकते हैं, एक प्रारंभिक स्थिति के लिए और दूसरा दो अंतिम स्थिति के लिए। तो जैसा कि आप देखते हैं, अंतिम स्थिति के लिए - चाहे वह कहीं भी हो - दो संभावनाएं हैं, कोहनी ऊपर और कोहनी नीचे, आप जो चाहें चुन सकते हैं।

आइए एक उदाहरण के रूप में कोहनी को ऊपर उठाएं, रोबोट को अपनी स्थिति में ले जाने के लिए, दो कोणों की गणना करनी होगी, थीटा 1 और थीटा 2, आंकड़ों में भी आप थीटा 1 और थीटा 2 की गणना करने के लिए चरण और समीकरण देखते हैं।

ध्यान दें, यदि बाधा 10 सेमी से कम की दूरी पर पाई जाती है, तो नींबू को पकड़कर ग्रिपर द्वारा पकड़ लिया जाता है, अंत में हमें इसे अंतिम स्थिति में पहुंचाना होता है।

चरण 8: रोबोट चलाना

आखिरकार जो हमने पहले किया था, यहां रोबोट के काम करने वाले वीडियो हैं, जिसमें सेंसर, पुश-बटन, और बाकी सब कुछ उसी तरह काम कर रहा है जैसे उसे करना चाहिए। यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह स्थिर है और वायरिंग अच्छी है, हमने रोबोट पर एक मिलाते हुए परीक्षण भी किया।

चरण 9: निष्कर्ष

इस परियोजना ने हमें ऐसी परियोजनाओं से निपटने का अच्छा अनुभव दिया। फिर भी, इस रोबोट को संशोधित किया जा सकता है और इसमें कुछ और जोड़े गए मूल्य हैं जैसे कि नींबू का पता लगाने के लिए वस्तु का पता लगाना, या शायद एक तिहाई स्वतंत्रता ताकि यह पेड़ों के बीच स्थानांतरित हो सके। इसके अलावा, हम इसे मोबाइल एप्लिकेशन या कीबोर्ड द्वारा नियंत्रित कर सकते हैं ताकि हम इसे अपनी इच्छानुसार स्थानांतरित कर सकें। हमें उम्मीद है कि आपको हमारी परियोजना पसंद आएगी और हमारी मदद करने के लिए फैबलैब के पर्यवेक्षकों का विशेष धन्यवाद।