Манипулятор с технологией интернет вещей
ПРОМРОБОКВАНТУМ г.Чебоксары
Наша команда
Команда состоит из 2 человек.
Нашу команду мы считаем сплоченной, если у кого либо возникали проблемы, не задумываясь мы помогали друг другу.
- Дмитрий АнтиповРуководитель
Наш преподаватель стал нашим наставником, мы благодарны ему в участии и помощи в создании проекта.
- Роман ТрофимовУчастник
Роман занимался программированием и сбором схемы подключения.
- Степан ШабашовУчастникСтепан занялся 3D печатью и сборкой макета.
Проблема Роботы манипуляторы способны выполнять сложную, богатую разнообразными движениями, но не требующую особых навыков, квалификации, большого опыта или творческого подхода работу. В условиях демографической ямы, сокращения предложения рабочей силы и развития сектора услуг, на монотонную и однообразную работу готово идти все меньшее и меньшее количество людей. Фактически эта проблема решается двумя способами: Наш проект позиционируется как пример применения технологии интернет вещей в производстве. И будет интересен компаниям, которые могли бы роботизировать и автоматизировать свое производство. Также для привлечения интереса у молодежи к изучении робототехники и программирования. |
Актуальность
Побывав в лагере «Смена» мы получили опыт работы с настоящим промышленным роботом. Нам показалось интересной идеей создание прототипа управляемого манипулятора с управлением на Wi-Fi и имеющий понятное веб-приложение для управления. Это вдохновило нас на создание собственного манипулятора.
| Подробнее |
Аналоги
НПО Андроидная техника и коботы CR
Компания «НПО “Андроидная техника”» основана в 2009 году и за 10 лет разработала более 50 робототехнических систем, запатентовав при этом 15 изобретений. Всем известный робот Федор - одно из известных созданий объединения.
В 2019 году компания, ранее специализировавшаяся на медицинской, военной и образовательной робототехнике, начала серийно выпускать коботов CR, которые могут безопасно взаимодействовать с человеком при выполнении производственных задач. В зависимости от модели коботы CR могут перемещать грузы от 3 до 10 кг в рабочей зоне 1,8 кв.м.
Компания «НПО “Андроидная техника”» основана в 2009 году и за 10 лет разработала более 50 робототехнических систем, запатентовав при этом 15 изобретений. Всем известный робот Федор - одно из известных созданий объединения.
В 2019 году компания, ранее специализировавшаяся на медицинской, военной и образовательной робототехнике, начала серийно выпускать коботов CR, которые могут безопасно взаимодействовать с человеком при выполнении производственных задач. В зависимости от модели коботы CR могут перемещать грузы от 3 до 10 кг в рабочей зоне 1,8 кв.м.
| Подробнее |
Идея
Для начала хотим рассказать что потребовалось для создания прототипа.
В первую очередь это технология 3D печати, который материализовал манипулятор.
Во вторых, Arduino совместимая электроника и программная часть.
В первую очередь это технология 3D печати, который материализовал манипулятор.
Во вторых, Arduino совместимая электроника и программная часть.
Цели и задачи Целью нашего проекта стало создание аппаратного программного обеспечения управления манипулятором с помощью технологии интернета вещей. А именно управление через сеть Wi-Fi. Задачи:
|
Стейкходеры
Потенциальные заказчики
Потенциальные заказчики могут стать предприятия, в которых требуется автоматизация какого либо этапа работы. Например: сборка, перенос с эпатажа на этаж груза, погрузка товара в транспортировочные упаковки.
Наш макет может стать конструктором для детей и подростков, создавать интерес у детей к робототехнике и программированию.
Наш макет может стать конструктором для детей и подростков, создавать интерес у детей к робототехнике и программированию.
Экономика проекта Чтобы приводить моторы в стартовое положение после запуска использовали датчик Холла KY-003 (Набор 3 шт. ~ 240руб), при его взаимодействии с магнитом он отдаёт сигнал, по которому мы программно определяем начальную позицию каждого шагового мотора. Для клешни захвата выбрали микро сервопривод SG-90 (Цена ~ 80 руб.). Сервопривод SG90 используется в основном для управления небольшими легкими механизмами, угол поворота которых ограничен диапазоном от 0° до 180°. Wi-Fi модуль ESP-01 (Цена ~ 240 руб.)представляет собой миниатюрный микроконтроллер с Wi-Fi передатчиком, который может функционировать в условиях полной автономии, без дополнительной платы Arduino. Так же нам понадобилась плата расширения для ESP-01 для удобного подключения(Цена ~ 150 руб.). |
Этапы
- Поиск 3D модель манипулятора для создания прототипа, распечатать на 3D-принтере из ABS пластика, обработать детали.
- Сборка прототипа устройства, подключение и тестирование электроники.
- Программирование контроллера манипулятора и контроллера ESP-01 для управление по Wi-Fi. Написание кода обратной кинематики.
Техническая часть
- Для макета мы выбрали метод 3D печати так как это дает большой выбор поиска готовой модели, пластик ABS является недорогим и долговечным, наш выбор пал на него.
- Для создания манипулятора потребовались шаговые двигатели, сервоприводы и датчики холла. В качестве контроллера, который управляет манипулятором - отечественный аналог Arduino Mega.
- Также для реализации управления с помощью концепции интернета вещей контроллер - ESP-01.
Техническая часть Контроллер ESP-01 реализует web интерфейс, на который можно зайти по адресу, выдаваемый им при начале работы. В этом интерфейсе будут выведены поля для позиций шаговых двигателей; поля для ввода координат x, y, z, в которые манипулятор должен “прийти” своим инструментом - клешнёй. А также кнопка отправки всех данных, для управление клешней манипулятора. Значения этих полей переадресуются по Serial благодаря контактам RX, TX. Контроллер, который управляет манипулятором получает команды, обрабатывает, вычисляет как нужно повернуть моторы и отдаёт команды шаговым моторам. |
Прогамрная часть В её реализации мы использовали язык программирования C++ и среду разработки Arduino IDE. Корректная работа компонентов, является самой важной частью. Нам понадобились библиотеки, используемые для упрощения программы. Они могут работать и без них, но это увеличивает объем и сложность кода. Для работы двигателей мы использовали библиотеку “AccelStepper.h”, “Servo.h” - сервопривода, “TimerMs.h” - таймера, “PinChangeInterrupt.h” - прерываний дополнительных пинов, “GyverPortal”- управление через Wi- Fi . Универсальный конструктор веб интерфейсов для ESP8266 и ESP32, позволяет быстро создать страницу для управления и настройки электронного девайса. |
Экономика проекта При выборе контроллера остановились на отечественном аналоге Arduino Mega, она имеет большое количество портов и является одной из самых мощных из всего семейства. Микроконтроллер Atmega2560, является значительно более производительным, чем Atmega328 (Цена ~2000 руб.). Шаговые двигатели StepMotor 28BYJ-48 позволяют точно позиционировать манипулятор и драйвера SBT0811 (на микросхеме ULN2003) (Набор ~500 руб.). |
Результаты В результате сейчас мы имеем программно управляемый макет, и частично обращение с сайтом. Мы работаем над управлением через сайт и в процессе ряда испытаний выявляем и ищем проблемы которые можно избежать. ABS пластик оправдал себя и справляется со своими задачами. Настроить моторы и датчики было самой сложной задачей, а конкретней проблема кроется в их количестве. В нашем макете используется 3 мотора, сервопривод, 3 датчика холла, Wi-Fi модуль. Было непросто совместить всё, но спустя гигантское количество попыток, все заработало как нужно. Нам есть еще что доработать, и мы активно занимаемся этим. |
Итоги и перспективы
По итогу реализации проекта мы надеемся на успех нашего проекта. На данный момент находимся в стадии разработки макета, но основной нашей целью является создание реального прототипа нашего манипулятора. Мы используем самые простые материалы, так как мы создаем макет. В прототипе собираемся использовать более дорогие и качественные материалы.
Как мы изначально указали целью является распространение нашего продукта компаниям занимающимися автоматизацией процесса. Наш макет может послужить изделием для привлечения интереса у молодежи к изучении робототехники и программирования. Если его доработать и сделать изделие более практичным, в общем и целом почти готовым изделием. В котором из коробки его надо собрать, подключить провода, запрограммировать (отрывки кода можно получать после решения задач в кодинге на сайте) и включить.
Как мы изначально указали целью является распространение нашего продукта компаниям занимающимися автоматизацией процесса. Наш макет может послужить изделием для привлечения интереса у молодежи к изучении робототехники и программирования. Если его доработать и сделать изделие более практичным, в общем и целом почти готовым изделием. В котором из коробки его надо собрать, подключить провода, запрограммировать (отрывки кода можно получать после решения задач в кодинге на сайте) и включить.
| Наш google drive |
Наши контакты
Телефон: +79877351132
Почта: manipulatormk3@gmail.com
Почта: manipulatormk3@gmail.com
г. Чебоксары
https://t.me/newokk
