Cánh tay robot chi phí thấp

Cánh tay robot $250

• Kho lưu trữ này bao gồm các tệp để chế tạo và điều khiển một cánh tay robot giá rẻ có chi phí khoảng $250.
• Cũng có thể chế tạo cánh tay robot thứ hai (cánh tay dẫn) để điều khiển cánh tay còn lại (cánh tay theo).
• Thiết kế của cánh tay dẫn được lấy cảm hứng từ dự án GELLO nhưng được làm đơn giản hơn.
• Những cánh tay robot này phù hợp cho việc học robot.
• Hai cánh tay robot cũng có thể được dùng để gấp quần áo.
• Cánh tay robot sử dụng servo motor Dynamixel XL430 và XL330.
• Motor XL430 mạnh gần gấp đôi và được dùng cho hai khớp đầu tiên.
• Motor XL330 yếu hơn nhưng mỗi chiếc chỉ nặng 18g nên giúp cánh tay rất nhẹ và nhanh.
• Dynamixel có bán bộ chuyển đổi U2D2 để kết nối servo motor với máy tính, nhưng nó đắt và độ trễ rất cao.
• Cánh tay robot này được chế tạo bằng một bo mạch chuyển đổi rẻ hơn.
• Có thể điều khiển cánh tay robot bằng Dynamixel SDK: pip install dynamixel-sdk

Cánh tay theo

Vật liệu cần thiết

• 2x Dynamixel xl430-w250, $100
• 4x Dynamixel xl330-m288, $96
• Bánh xe idler XL330, $10
• Bánh xe idler XL430, $7
• Bo mạch điều khiển servo bus nối tiếp, $10
• Bộ hạ áp, $4
• Bộ nguồn 12V, $12
• Kẹp bàn, $6
• Dây điện, $7
• Thường có thể dùng mã giảm giá 10% tại cửa hàng Robotis.
• Có thể hữu ích nếu thêm băng dính tăng độ bám vào gripper.
• Cần cáp USB-C để kết nối bo mạch điều khiển servo với máy tính.

Lắp ráp

• Liên kết video lắp ráp: https://youtu.be/RckrXOEoWrk
• Tất cả các bộ phận đều được in bằng máy in 3D. Các tệp STL nằm trong hardware/follower/stl.
• Các bộ phận được thiết kế để dễ in. Chỉ phần chuyển động của gripper cần support.
• Lắp ráp cánh tay mà không có đế. Đảm bảo servo được cố định đúng vị trí như trong CAD.
• Hàn dây vào bộ hạ áp. Nối đầu vào với đầu nối cái, đầu ra với đầu nối đực.
• Bắt vít bộ hạ áp và bo mạch điều khiển servo vào đế.
• Bắt vít đế vào cánh tay.
• Kết nối các cổng D, V, G trên bo mạch điều khiển với servo xoay vai.
• Kết nối servo xoay vai với servo nâng vai.
• Kết nối đầu vào của bộ hạ áp với các cổng V và G trên bo mạch điều khiển.
• Kết nối đầu ra của bộ hạ áp và cổng D còn lại trên bo mạch điều khiển với servo khuỷu tay.
• Kết nối bo mạch điều khiển với bộ nguồn.
• Kết nối bo mạch điều khiển với máy tính (sẽ hoạt động trên Linux và macOS).
• Kiểm tra tên thiết bị (ví dụ: /dev/tty.usbmodem57380045631) ls /dev/tty.*
• Quét thiết bị bằng Dynamixel Wizard.
• Kết nối với servo XL330 để kiểm tra điện áp đầu vào. Điều chỉnh vít trên bộ hạ áp để điện áp đầu vào là 5V.
• Đặt ID servo là 1 cho servo vai và 5 cho servo gripper.
• Đặt baud rate là 1M cho tất cả servo.

Cánh tay dẫn

Vật liệu cần thiết

• 6x Dynamixel xl330-w077, $144
• Bo mạch điều khiển servo bus nối tiếp, $10
• Bộ nguồn 5v, $6
• Kẹp bàn, $6
• Khung XL330, $7
• Việc lắp ráp cánh tay dẫn đơn giản hơn vì tất cả motor đều dùng 5v.
• Gripper được thay bằng tay cầm và cò bóp.
• Khi sử dụng, có thể tạo một mô-men xoắn nhỏ lên cò bóp để nó mặc định mở ra.
• Thiết kế GELLO dùng lò xo cho mục đích này nhưng việc lắp ráp khó hơn nhiều.
• Có thể dùng script teleoperation.py để kiểm tra cánh tay. Tuy nhiên, có thể cần điều chỉnh tên thiết bị.

Ý kiến của GN⁺

• Dự án cánh tay robot này có thể là một tài liệu rất thú vị cho cộng đồng robot và DIY. Trải nghiệm tự chế tạo và lập trình một cánh tay robot có tính năng cao với chi phí thấp sẽ rất hữu ích cho việc học tập và đổi mới.
• Quá trình lắp ráp và lập trình cánh tay robot có thể mang lại cho các kỹ sư phần mềm mới bắt đầu sự hiểu biết tích hợp về cơ khí và phần mềm. Điều này hữu ích để học cách tiếp cận đa ngành cần thiết nhằm giải quyết các vấn đề trong thế giới thực.
• Tính chất mã nguồn mở của dự án cho phép người dùng tự do chỉnh sửa và cải tiến mã, từ đó tạo điều kiện cho sự cải tiến liên tục dựa trên cộng đồng.
• Tuy nhiên, những dự án như vậy có thể hơi khó với người dùng phổ thông, đặc biệt nếu họ chưa quen với việc lắp ráp phần cứng hoặc thiết lập phần mềm. Vì vậy, sự hiện diện của tài liệu hướng dẫn thân thiện với người dùng hoặc cộng đồng hỗ trợ trực tuyến là rất quan trọng.
• Khi áp dụng công nghệ này, cần cân nhắc độ chính xác, độ bền, độ an toàn và nhận thức được các giới hạn hiệu năng so với cánh tay robot thương mại.

[GN⁺]

Ý kiến Hacker News

• Tôi đang làm một cánh tay robot cho một người bạn thổi thủy tinh. Tôi đang cân nhắc làm các mặt cho mặt dây chuyền thủy tinh bằng robot thay vì dùng máy mài mặt vận hành thủ công.

  • Phần khó là tính lặp lại. Cần dung sai rất chính xác, và mỗi khớp của cánh tay robot càng xa đế thì càng làm tăng sai số. Ví dụ, nếu ở đế có độ rơ 1 mm, thì ở đầu tay cách 20 cm sẽ thành độ rơ 4 mm, và các đoạn tay xa hơn còn có độ rơ lớn hơn.
  • Để mài mặt, cần độ phân giải mịn hơn nhiều so với servo thông thường. Việc gắn hộp số là một bài toán khó vì cần backlash để siết khớp, nhưng cũng phải chỉnh sao cho ma sát khi chuyển động không quá lớn. Bánh vít thì quá chậm và quá cứng để dùng phù hợp. Vì vậy, gear cycloid là lựa chọn tốt nhất cho hộp số của cánh tay robot. Ngoài ra, vì xử lý thủy tinh vốn không ổn định, nên cần servo thực sự có phản hồi liên tục.
  • Tôi ước tính chi phí chế tạo vào khoảng 1.000-2.000 USD. Phần lớn số đó nằm ở hộp số.

• Tôi ngạc nhiên là vẫn chưa có công ty nào sản xuất hàng loạt cánh tay robot vừa rẻ, chất lượng cao, lại được chuẩn hóa ở mức hợp lý. Nhiều thứ như máy in 3D hay máy CNC đã vào được tầm giá tiêu dùng/nghiệp dư, nhưng cánh tay robot dường như vẫn là một lĩnh vực chưa được khám phá nhiều. Nó có tiềm năng kiểu Arduino/Raspberry Pi, nhưng tôi vẫn chưa nghe thấy cái tên/hệ sinh thái nào phổ biến đến mức đó.

• Tôi đề xuất nên bắt đầu từ thứ bớt tham vọng hơn. Ví dụ, một nền tảng robot giá rẻ có thể đi theo người, chở đồ và tránh chướng ngại vật. Không có tay cũng không sao, vì tôi có thể dùng tay của mình để đặt đồ lên hoặc lấy đồ xuống.

  • Khi tôi bị chấn thương chân và phải dùng nạng, việc mang đồ bỗng trở thành vấn đề. Có rất nhiều người bị hạn chế vận động, ngoài ra còn có những lúc thường xuyên làm thất lạc đồ, nên kiểu robot này có thể sẽ hữu ích.
  • Trên AliExpress có nhiều khung xe robot dạng đồ chơi, nhưng không cái nào có kích thước đủ để gọi là thực dụng (cạnh lớn nhất dưới 20 cm).

• Tôi tò mò nó có thể nâng được bao nhiêu cân.

  • Khi tập ở phòng gym tại nhà, tôi muốn điều chỉnh một cái quạt để thổi gió vào mặt, mà cái quạt nặng vài pound.
  • Ngoài ra, có gợi ý nào về motor phần cứng phù hợp cho kiểu dự án này không?

• Tôi là một người mê công nghệ rất hào hứng với cánh tay robot. Nhưng tôi tò mò người khác dùng cánh tay robot cho mục đích gia đình thực tế như thế nào. Sẽ vui hơn nhiều khi vọc vạch nếu có một dự án hay.

• Nếu bạn quan tâm đến chủ đề này, tôi cũng đề xuất các sản phẩm lắp ráp hoàn chỉnh thay vì DIY.

  • Tôi đang có một sản phẩm có chất lượng đáng kinh ngạc so với giá tiền.

• Điều tôi muốn làm: một đế dạng đĩa tròn đặt trên bàn có thể xoay được, với một giá giữ điện thoại luôn thẳng. Bản thân giá đỡ có 4 micro nhỏ định hướng một chiều, để sau khi lọc tần số giọng người thì xác định âm thanh đến từ hướng nào. Từ đó điện thoại sẽ xoay về phía đó (liên tục).

  • Trường hợp sử dụng là các cuộc gọi video thường xuyên với gia đình. Vì cả nhà ngồi quanh bàn ăn nên không có chỗ nào thật sự tốt để đặt điện thoại. Với giá xoay tự động này, điện thoại sẽ tự quay về phía người đang nói.
  • Tôi có thể viết mã xử lý âm thanh, nhưng hoàn toàn không biết phải bắt đầu phần cứng từ đâu. Ai muốn lấy ý tưởng này thì cứ lấy, chỉ mong chia sẻ cách làm. Tôi rất muốn thứ này tồn tại, và cũng muốn biết cách tự làm nó như một dự án thú vị.

• Tôi từng làm cánh tay in 3D Thor, nhưng dự án này có vẻ tốt hơn nhiều. Có lẽ tôi sẽ đổi hướng.

  • Ngoài lề: mấy con servo này đúng là thay đổi cuộc chơi.

• Với tư cách là người dùng Dynamixel lâu năm, tôi đồng ý rằng bộ chuyển đổi U2D2 đắt hơn các lựa chọn khác. Tuy nhiên, tôi muốn có cơ sở định lượng cho nhận định rằng "độ trễ rất cao". Trên nhiều nền tảng khác nhau, tôi luôn thấy nó là lựa chọn chắc chắn để có độ trễ thấp (~1 ms).

• Tôi đã mua một cánh tay robot Sainsmart. Nó rẻ và có 6 bậc tự do, nên tôi dùng nó để luyện tập lập trình robot.