Kostengünstiger Roboterarm

 (github.com/AlexanderKoch-Koch)
2 Punkte von GN⁺ 2024-04-03 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen

Roboterarm für 250 $

  • Dieses Repository enthält Dateien zum Bauen und Steuern eines günstigen Roboterarms, der etwa 250 $ kostet.
  • Es kann auch ein zweiter Roboterarm (Leader-Arm) gebaut werden, um den anderen Arm (Follower-Arm) zu steuern.
  • Das Design des Leader-Arms ist vom GELLO-Projekt inspiriert, wurde aber einfacher umgesetzt.
  • Diese Roboterarme eignen sich gut für Robot Learning.
  • Die beiden Roboterarme können auch zum Falten von Kleidung verwendet werden.
  • Der Roboterarm verwendet Dynamixel-Servomotoren XL430 und XL330.
  • Der XL430-Motor ist fast doppelt so stark und wird in den ersten beiden Gelenken verwendet.
  • Der XL330-Motor ist schwächer, wiegt aber jeweils nur 18 g und macht den Arm dadurch sehr leicht und schnell.
  • Dynamixel verkauft den U2D2-Adapter, um Servomotoren mit einem Computer zu verbinden, aber er ist teuer und hat eine sehr hohe Latenz.
  • Dieser Roboterarm wurde mit einer günstigeren Adapterplatine gebaut.
  • Der Roboterarm kann mit dem Dynamixel SDK gesteuert werden: pip install dynamixel-sdk

Follower-Arm

Benötigte Materialien

  • 2x Dynamixel xl430-w250, 100 $
  • 4x Dynamixel xl330-m288, 96 $
  • XL330-Leerlaufrad, 10 $
  • XL430-Leerlaufrad, 7 $
  • Servotreiberplatine für seriellen Bus, 10 $
  • Spannungswandler nach unten, 4 $
  • 12V-Netzteil, 12 $
  • Tischklemme, 6 $
  • Kabel, 7 $
  • Im Robotis-Shop kann man normalerweise einen Rabattcode von 10 % verwenden.
  • Es kann hilfreich sein, am Greifer Grip-Tape anzubringen.
  • Ein USB-C-Kabel wird benötigt, um die Servotreiberplatine mit dem Computer zu verbinden.

Zusammenbau

  • Link zum Zusammenbau-Video: https://youtu.be/RckrXOEoWrk
  • Alle Teile werden mit einem 3D-Drucker gedruckt. Die STL-Dateien befinden sich in hardware/follower/stl.
  • Die Teile sind so ausgelegt, dass sie leicht zu drucken sind. Nur die beweglichen Teile des Greifers benötigen Stützstrukturen.
  • Den Arm ohne Basis zusammenbauen. Sicherstellen, dass die Servos an denselben Positionen wie im CAD befestigt sind.
  • Kabel an den Spannungswandler löten. Den Eingang mit dem weiblichen Stecker und den Ausgang mit dem männlichen Stecker verbinden.
  • Den Spannungswandler und die Servotreiberplatine auf der Basis festschrauben.
  • Die Basis am Arm festschrauben.
  • Die D-, V- und G-Ports der Treiberplatine mit dem Servo für die Schulterrotation verbinden.
  • Das Servo für die Schulterrotation mit dem Servo für den Schulterhub verbinden.
  • Den Eingang des Spannungswandlers mit den V- und G-Ports der Treiberplatine verbinden.
  • Den Ausgang des Spannungswandlers und den verbleibenden D-Port der Treiberplatine mit dem Ellbogen-Servo verbinden.
  • Die Treiberplatine mit dem Netzteil verbinden.
  • Die Treiberplatine mit dem Computer verbinden (sollte unter Linux und macOS funktionieren).
  • Den Gerätenamen prüfen (z. B. /dev/tty.usbmodem57380045631) ls /dev/tty.*
  • Das Gerät mit Dynamixel Wizard scannen.
  • Mit dem XL330-Servo verbinden und die Eingangsspannung prüfen. Die Schraube am Spannungswandler so einstellen, dass die Eingangsspannung 5V beträgt.
  • Die Servo-ID für das Schulter-Servo auf 1 und für das Greifer-Servo auf 5 setzen.
  • Für alle Servos die Baudrate auf 1M setzen.

Leader-Arm

Benötigte Materialien

  • 6x Dynamixel xl330-w077, 144 $
  • Servotreiberplatine für seriellen Bus, 10 $
  • 5v-Netzteil, 6 $
  • Tischklemme, 6 $
  • XL330-Rahmen, 7 $
  • Der Zusammenbau des Leader-Arms ist einfacher, da alle Motoren mit 5v arbeiten.
  • Der Greifer wird durch einen Griff und einen Trigger ersetzt.
  • Während der Nutzung kann auf den Trigger ein kleines Drehmoment ausgeübt werden, damit er standardmäßig offen bleibt.
  • Das GELLO-Design verwendet dafür eine Feder, ist aber deutlich schwieriger zusammenzubauen.
  • Mit dem Skript teleoperation.py kann der Arm getestet werden. Möglicherweise muss jedoch der Gerätename angepasst werden.

Meinung von GN⁺

  • Dieses Roboterarm-Projekt kann für die Robotik- und DIY-Community eine sehr interessante Ressource sein. Die Erfahrung, einen Roboterarm mit fortgeschrittenen Funktionen zu geringen Kosten selbst zu bauen und zu programmieren, kann Lernen und Innovation stark fördern.
  • Der Zusammenbau und die Programmierung des Roboterarms können Einsteiger-Softwareingenieuren ein integriertes Verständnis von Maschinenbau und Software vermitteln. Das ist nützlich, um einen multidisziplinären Ansatz zu erlernen, der zum Lösen realer Probleme erforderlich ist.
  • Der Open-Source-Charakter des Projekts ermöglicht es Nutzerinnen und Nutzern, den Code frei zu verändern und zu verbessern, was fortlaufende gemeinschaftsgetriebene Verbesserungen unterstützt.
  • Solche Projekte können für allgemeine Nutzerinnen und Nutzer jedoch etwas schwierig sein, insbesondere wenn sie mit Hardware-Montage oder Software-Einrichtung nicht vertraut sind. Daher sind benutzerfreundliche Anleitungen oder eine unterstützende Online-Community wichtig.
  • Bei der Einführung dieser Technologie sollten Präzision, Haltbarkeit und Sicherheit berücksichtigt werden, und man sollte sich der Leistungsgrenzen im Vergleich zu kommerziellen Roboterarmen bewusst sein.

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1 Kommentare

 
GN⁺ 2024-04-03
Hacker-News-Kommentare

  • Ich baue einen armförmigen Roboter für einen Freund, der Glas bläst. Ich überlege, gläserne Anhänger herzustellen, bei denen die Facetten mit einem Roboter geschliffen werden können, statt eine manuell bediente Facettierschleifmaschine zu verwenden.

    • Die Wiederholgenauigkeit ist dabei der schwierige Teil. Es werden präzise Toleranzen benötigt, und jedes Gelenk des Roboterarms erhöht die Ungenauigkeit, je weiter es von der Basis entfernt ist. Wenn es zum Beispiel an der Basis 1 mm Spiel gibt, entstehen am 20 cm entfernten Armende 4 mm Spiel, und bei noch weiter entfernten Teilen des Arms wird es noch mehr.
    • Für das Facettieren ist eine viel feinere Auflösung nötig als bei gewöhnlichen Servomotoren. Eine Übersetzung einzubauen ist schwierig, weil man zum Vorspannen der Gelenke Backlash braucht, es aber zugleich so einstellen muss, dass die Reibung bei der Bewegung nicht zu hoch wird. Schneckengetriebe sind ungeeignet, weil sie zu langsam und übermäßig steif für den Einsatz sind. Deshalb sind Zykloidgetriebe die beste Wahl für die Getriebe eines Roboterarms. Außerdem ist der Umgang mit Glas instabil, daher braucht man echte Servomotoren mit konstantem Feedback.
    • Ich schätze die Baukosten auf 1.000 bis 2.000 Dollar. Der Großteil davon entfällt auf die Getriebe.

  • Ich bin überrascht, dass es noch kein Unternehmen gibt, das günstige, hochwertige und einigermaßen standardisierte Roboterarme in Massenproduktion herstellt. Viele Dinge sind bereits in Preisbereiche für Verbraucher und Hobbyisten vorgedrungen, wie 3D-Drucker oder CNC-Maschinen, aber Roboterarme wirken noch wie ein weitgehend unerforschtes Feld. Sie haben Potenzial wie Arduino/Raspberry Pi, aber ich habe noch keinen ähnlich populären Namen oder ein entsprechendes Ökosystem gesehen.

  • Wie wäre es, mit etwas weniger Ehrgeizigem anzufangen? Zum Beispiel mit einer günstigen Roboterplattform, die einer Person folgen, Dinge transportieren und Hindernissen ausweichen kann. Ein Arm wäre nicht zwingend nötig, und zum Auf- und Abladen könnte ich meine eigenen Arme benutzen.

    • Als ich wegen einer Beinverletzung Krücken benutzen musste, wurde das Transportieren von Dingen plötzlich zum Problem. Es gibt viele Menschen mit eingeschränkter Mobilität, und auch darüber hinaus verlieren Leute oft Dinge, daher könnte so ein Roboter hilfreich sein.
    • Auf AliExpress gibt es viele Spielzeug-Roboterchassis, aber keines in einer Größe, die man praktisch nennen würde (größte Abmessung unter 20 cm).

  • Ich frage mich, wie viel Gewicht der Roboter heben kann.

    • Beim Training im Homegym würde ich gern einen Ventilator so bewegen, dass mir Luft ins Gesicht geblasen wird, aber der Ventilator wiegt ein paar Pfund.
    • Alternativ gibt es Vorschläge für Hardware-Motoren, die sich für solche Projekte eignen.

  • Ich bin ein Technikbegeisterter, der von Roboterarmen fasziniert ist. Aber ich frage mich, wie andere Leute Roboterarme praktisch im Haushalt einsetzen. Es macht mehr Spaß zu hacken, wenn es ein gutes Projekt gibt.

  • Wenn dich dieses Thema interessiert, empfehle ich auch ein fertig montiertes Produkt statt DIY.

    • Ich habe eines, dessen Qualität gemessen am Preis erstaunlich ist.

  • Was ich bauen möchte: eine runde Scheibenbasis auf einem drehbaren Tisch mit einer Vorrichtung, die ein Handy aufrecht halten kann. Der Ständer selbst hat vier kleine gerichtete Mikrofone, die nach Filterung auf menschliche Frequenzen bestimmen, aus welcher Richtung ein Ton kommt. Entsprechend dreht sich das Handy dann kontinuierlich in diese Richtung.

    • Der Anwendungsfall sind häufige Videoanrufe mit der Familie. Da die Familie um den Esstisch sitzt, gibt es keinen guten Platz, um das Handy abzustellen. Mit diesem automatisch drehenden Ständer würde sich das Handy automatisch zur sprechenden Person ausrichten.
    • Den Code für die Audioverarbeitung kann ich schreiben, aber ich habe überhaupt keine Ahnung, wie ich mit der Hardware anfangen soll. Ihr dürft die Idee gern klauen, aber bitte teilt dann auch, wie man sie baut. Ich möchte, dass es so etwas gibt, und würde gern wissen, wie man es als unterhaltsames Projekt selbst macht.

  • Ich habe gerade einen Thor-3D-gedruckten Arm gebaut, aber dieses Projekt sieht deutlich besser aus. Ich werde wohl umschwenken.

    • Randbemerkung: Diese Servomotoren sind ein echter Gamechanger.

  • Als langjähriger Dynamixel-Nutzer stimme ich zu, dass der U2D2-Adapter im Vergleich zu anderen Optionen teuer ist. Ich hätte jedoch gern quantitative Belege für die Behauptung, die „Latenz sei sehr hoch“. Auf verschiedenen Plattformen habe ich ihn immer als klare Wahl für niedrige Latenz (~1 ms) erlebt.

  • Ich habe einen Sainsmart-Roboterarm gekauft. Er ist günstig und hat 6 Freiheitsgrade, daher nutze ich ihn zum Üben von Roboterprogrammierung.