Afstudeerproject Mechatronica

Dit was mijn Mechatronica afstudeerproject aan de faculteit Werktuigbouwkunde in Skopje. Het doel was om een apparaat te ontwikkelen dat interactie van echte armbewegingen met 3D-computermodellen mogelijk maakt. Ik heb drie verschillende velden in één apparaat geïntegreerd, t.e. mechanische, elektrische en computertechniek:

Solidworks ontwerpt het 3D-model dat de bewegingen van de arm weergeeft.
Arduino Mega 2560-kaart om de echte wereld met de computer te verbinden.
MATLAB / Simulink om de besturing van het 3D-model te programmeren

In de volgende video ziet u een presentatie van het project. Dit is de inhoud:

Een introductie. Hier vertel ik kort over de mechatronica als studierichting die mij in staat heeft gesteld om dit soort apparaten te ontwikkelen.
De Arduino Mega 2560. Enkele basisfuncties van dit Arduino-bord die ik in dit project heb gebruikt.
3D-modellen in Simulink-omgeving. Hoe een 3D-model van Solidworks naar Matlab / Simulink over te zetten met behulp van de SimMechanics Link.
Ontwikkeling van het apparaat. Hier heb ik het over de componenten die ik heb gebruikt om het apparaat te bouwen en hoe ze werken, evenals het Simulink-model, het programma dat op het Arduino-bord draait en de interactie tussen de echte wereld en de computer mogelijk maakt
Je kunt de volgende video bekijken of de schriftelijke tutorial hieronder lezen.

Het apparaat bouwen

Onderdelen gebruikt in dit project

Arduino Mega 2560
3-assige versnellingsmeter
Lineaire potentiometer x5

De versnellingsmeter wordt gebruikt om de richting van de arm te volgen. Terwijl de arm beweegt, veranderen de waarden van de X-, Y- en Z-as van de accelerometer en worden ze gelezen in de analoge ingangen van het Arduino-bord. Volgens hen beweegt het 3D-model ook.

De potentiometers worden gebruikt voor het volgen van de positie van de vingers. Ik heb een veer (penveer) aan elk van de potentiometers bevestigd. De veer houdt de potentiometerschuif in een bepaalde positie en terwijl de vingers bewegen, wordt aan de schuifregelaar getrokken en verandert de weerstand van de potentiometer. Die waarden worden ingelezen in de analoge ingangen van het Arduino-bord en volgens hen bewegen ook de vingers van het 3D-model.

Ik gebruikte een plastic omhulsel van een rekenmachine als basis waarop ik de vijf potentiometers bevestigde. Daarop heb ik het Breadboard gelegd waarop ik het Arduino Board en de Accelerometer heb vastgezet met een tape. Op de onderstaande afbeelding ziet u het uiteindelijke uiterlijk van het apparaat.

Circuitschema van het apparaat

Het 3D-model

Het 3D-model is een weergave van een menselijke arm. Eerst heb ik het gemodelleerd met Solidworks en daarna heb ik het overgebracht naar Matlab / Simulink met de SimMechanicsLink van Matworks.

Het MATLAB / Simulink-model

Voordat ik het Simulink-model bouwde, moest ik eerst het Arduino IO-pakket installeren dat bestaat uit de Simulink-bibliotheek voor communicatie met het Arduino-bord. Ook met behulp van de Arduino IDE moest ik de code uploaden naar het Arduino-bord dat bij het pakket wordt geleverd om de Simulink-bibliotheek in te schakelen. Hier zou ik mijn Tutorial voor Matlab en Arduino IO-pakket ten zeerste aanbevelen, zodat je het werkingsprincipe kunt begrijpen en de code kunt zien.

Ik heb mijn Simulink-model ingedeeld in zes subsystemen:

Arduino analoge ingangen blokken voor de waarden van de accelerometer en de potentiometers
Correctie van de analoge uitlezingen volgens mijn behoeften
PID-regeling voor soepelere bewegingen
Joint Actuators-blokken voor het aandrijven van de gewrichten van het 3D-model
Het 3D-model dat automatisch werd gegenereerd met de SimMechanicsLink
Gezamenlijk sensorblok voor het volgen van de positie van het 3D-model

Je kunt het Simulink-model hier downloaden:

Bekijk mijn uitbreiding van dit project.

Ik heb de Arduino-handschoen opnieuw geprogrammeerd om als gamecontroller te werken.