制作机器人服务员RoboBioca

到目前为止,我已经写了三篇有关RoboBioca机器人的设计,电子学,编程和组装的文章。这是该系列的第四篇文章,我将描述整个项目。

RoboBioca机器人服务员

RoboBioca机器人服务员

RoboBioca项目文章列表:

  1. 制作机器人爪
  2. 如何使用Arduino和A4988驱动程序控制NEMA 17步进电机
  3. 如何使用Arduino控制伺服电机(无噪音,无振动)

我创建了这个机器人服务员来帮助我们推广沙棘有机果汁。该机器人由一个旋转基座和一个机械臂组成,该旋转基座用于管理果汁饮料,而机械手臂一次可以拍摄一滴并提供给客户。

施工过程持续了5个星期,在此期间,我用一台新打印机更换了旧打印机,打印了数十个组件,并且每晚都睡不超过4个小时,所以我住了几个晚上。我这次马拉松的结果’我创造了RoboBioca对我来说是轰动的。此外,与机器人接触的BIOFACH 2019纽伦堡博览会的参观者的反应远远超出了我的预期。

我对机器人手臂中使用的伺服电机感慨万千。我担心伺服器无法打出20-30次以上的果汁。令人惊讶的是,机械臂抵抗并提供了300多次果汁注射,并且仍在工作。

硬件和软件技术
IoT应用程序Blynk和Arduino草图覆盖了软件领域。我使用Blynk向机器人发送命令。我将其安装在Android平板电脑上,但在智能手机上也可以轻松使用。平板电脑和机器人之间的通信通过蓝牙进行。

硬件部分较为复杂,包括机械臂和用于塑料杯的旋转平台。机器人手臂是 6轴SainSmart套件 模仿工业设计。该套件的初始版本在末端执行器和性能上有所变化。

建立RoboBioca的步骤
我已经对旋转底座和机器人爪进行了CAD设计。机械臂不是在CAD中设计的。我不认为CAD设计可以帮助我完成该项目,因为它实际上已经存在并且可以正常工作。下一步是将项目分为几个小部分,可以独立于其他模块进行构建和测试。我完成了每个零件的组装,然后组装了完整的机器人。

该项目的模块:

  1. 机器人爪
  2. 机械臂
  3. 带杯架底座
  4. 机器人控制的应用

机器人爪

我有 本文所述 我如何设计,打印和编程机器人爪。

末端执行器是用于执行以下操作的机器人爪:

  • 抓住一个装有果汁的小塑料杯;
  • 检测塑料杯是否被抓住。我使用限位开关传感器检测塑料杯;
  • 检测何时接管塑料杯;

两个机器人爪由单个伺服电机驱动。实际上,两个爪中只有一个附接到伺服电机轴上。通过齿轮系统,连接到伺服系统的爪的旋转驱动第二爪的运动。

One of the claws of the end-effector hosted a limit switch sensor. The sensor is used to detect the plastic cup. In other words, if there is a plastic cup -> the sensor is closed; if the plastic cup is missing -> the sensor is open. In this way, I know whether or not there is a plastic cup between the robot claw. In addition, I use the same sensor to know if the plastic cup is taken by the customer. After the customer raises the juice shot, I know that the plastic cup is taken and the arm can enter into the standby position or take another shot with juice.

可以从以下位置下载要3D打印机器人爪的文件 薄薄的宇宙.

机械臂

我对机械臂有更高的期望。我的期望是在测试过程中伺服电机将运行更长的时间。最后,我将手臂的五个伺服电机中的两个改为了两个更强大的伺服电机。我在控制伺服器时犯了一些错误,也许是’这是两个伺服器这么快损坏的原因之一。该套件的优点在于,更换伺服电机非常容易。更好的消息是MG996R伺服器非常便宜。它的价格为几美元。

除了伺服电机出现故障的问题外,我还无法控制它们。我有 描述了本文中的所有问题.

机械手用于拾取果汁并将其送达。手臂被编程为在特定位置等待,直到客户将果汁倒入塑料杯中。从爪中取出塑料杯后,机器人会等待几秒钟,然后返回待机位置。

套件初始版本的升级之一是在末端执行器。在初始版本中,该套件随附两个SG90伺服电机。这些伺服电机对于我所需要的来说很小。我用一个强大的伺服器改变了它们两个,以驱动两个爪子。

带杯架底座

带有塑料杯架的旋转底座是从头开始制作的。您在本项目中看到的带有黄色的所有内容均由我设计并3D打印。

打印约30分钟的齿轮打印到步进电机。再用6个半小时打印固定并支撑塑料杯架的齿轮。步进电机驱动相同的齿轮使杯架旋转。我最后一次打印四个杯架–每个三个半小时。总共大约需要21个小时的打印时间。

所有组件均印有ABS和PLA材料。自从我设法获得看起来可以接受的印刷品’我使用了低成本的3D打印机。我没有’t包括未使用件的打印时间。由于各种原因,我有很多印刷组件,并且没有在该项目中使用。部分原因是打印质量差或项目参数更改。与打印最终项目中使用的组件所花费的时间相比,这些零件所花费的时间至少是其两倍。

3D打印杯架件

3D打印杯架件

为了组装旋转底座,我使用了M2x25mm内六角螺栓。我需要支持将大齿轮固定在中心。在给孔和零件固定之前,我用活页夹和胶带固定了零件。

让’回来,了解旋转底座的工作原理。

底座支架有一个主腿,是平台上部的底座,限位开关臂,杯架和泵。

步进电机有自己的支撑,可以固定在多个位置。它安装了一个齿轮,该齿轮又与另一个大齿轮啮合。后者也是杯架四个部分的支撑。

该项目中使用的第二个限位开关传感器用于检测塑料杯是否在杯架中。如果传感器打开,则步进电机将旋转底座,直到开关传感器关闭。如果传感器是关闭的,则意味着我在杯架中有一个杯子,可以打开泵将有机汁倒入塑料杯中。

开关传感器有其自己的支撑,可以围绕底座旋转以进行校准。传感器的位置取决于通过杯架固定底座的位置。旋转基座必须停在泵和机械臂的最佳位置。如果基座将塑料杯放置在泵或机械臂之外的区域中,泵会将果汁倒入杯中,并且机械臂将无法提起它。

机器人控制的应用

机器人通过平板电脑通过蓝牙接收无线命令。我第一次尝试使用RemoteXY应用程序。我使用了许可版本。我为应用程序配置了一个标有大按钮的按钮“Bioca”。该应用程序一直与机器人的蓝牙模块断开连接。经过多次尝试解决此问题后,我放弃了RemoteXY应用程序,并切换到Blynk。

有了Blynk,一切进展顺利,而且我的蓝牙连接已持续了很长时间。如果您问我如何意识到问题出在应用程序中,而不是我写的硬件或代码,那么解释很简单–Blynk可以平稳运行,而不会中断使用相同硬件和相同Arduino草图的连接。

在Blynk应用程序中,我添加了一个大按钮来命令机器人,一个用于连接蓝牙连接的按钮以及另一个用于泵控制的按钮。

我将从最后一个按钮开始,即用于控制泵的按钮。该按钮在程序结束时用于清洗整个管路系统。我用干净的水代替了果汁瓶,然后打开泵。几分钟后,用于果汁的试管系统就干净了,可以在第二天使用。

需要使用蓝牙按钮将平板电脑连接到机器人’s蓝牙模块。理论上,每次机器人开始工作时都需要执行此步骤。由于与Internet的WiFi连接的时隙中断,我一天中多次使用该按钮将机器人与平板电脑重新连接。通常,我每天重新连接该应用程序2-3次。

我在BIOCA上使用了大按钮来命令机器人。操作模式很简单。如果按下该按钮,则机器人将完成整个循环。如果机器人尚未完成启动循环,则将忽略任何其他命令。仅当机器人处于待机模式时才能下达命令。

蠕动泵具有两个基本组件:电动机和连接到直流电动机的泵。操作模式相对简单。电动马达打开泵,该泵压缩硅胶管以产生压力差,迫使液体通过泵。泵的任何部分都不会接触到液体。这就是为什么将这种泵用于食品或化工应用中的原因之一,这些应用中必须使液体保持无菌。

使用蠕动泵的另一个原因是必须输送精确量的流体。我知道泵是否运转了8秒钟,’将有一个果汁杯所需的果汁量。好吧,就我而言’不必每次都输送相同量的果汁。泵输送的果汁取决于瓶中剩余的果汁量。这就是为什么分发的某些果汁饮料中的果汁量比果汁瓶装满时输送的果汁量少的原因。

我使用的泵来自 阿达果 并在12V电压下工作。我使用了直流电动机驱动器(VNH2SP30)来控制泵。驱动器功能强大,可以毫无问题地控制泵。

I’我一直担心我’m使用几乎全密封的3D打印盒。在黄色框中,我有一个Arduino,步进电机驱动器,泵驱动器和一个升压/降压稳压器。所有这些都是发热器,持续运行会导致盒子内部的高温。

我很幸运,因为在运行的四天中,箱内的温度并不是停止机器人所需的问题。

我用VNH2SP30电机驱动器控制了泵。在VNH2SP30上让我烦恼的是需要焊接小引脚以进行控制。与任何其他驱动器板一样,您需要焊接引脚的空间非常小。我花了一些时间才完成所有引脚和电线的焊接。

VNH2SP30的5V电源由Pololu升压/降压稳压器制成。我之所以选择此选项,是因为我需要5V供电的多个组件包括蓝牙模块,步进电机驱动器和VNH2SP30驱动器。

这是RoboBioca。我的第一个与广大观众接触的机器人。人们的反应让我感到惊喜,当机器人端着塑料杯果汁时,所有人的印象深刻。

在下面可以找到电影,电影中的人向机器人订购了果汁饮料:

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