Bouw een Precieze PC-bestuurde Robotarm met Arduino Nano & Tower Pro MG996R Servo's

Componenten en benodigdheden

Apps en online services

• Microsoft Visual Studio 2015 - voor de C# Windows Automation-applicatie
• Arduino IDE - voor programmeren van de Arduino

Over dit project

Deze robotarm is geïnspireerd op moderne productietechnologieën en hun cruciale rol in fabricage: tillen, monteren, lassen, snijden en magazijntoepassingen. De arm is gebaseerd op een ontwerp van fortzeroas (2016), maar in plaats van handmatige bediening is er een volledige automatiseringsapplicatie ontwikkeld in C# Windows Forms die lijkt op industriële automatiseringsoftware.

Stap 1: Materiaal

De hoofdstructuur is gemaakt van MDF-hout: 2 mm dik voor de armen en 4 mm voor de basis. Blauwdrukken zijn beschikbaar voor download; deze worden uitgeprint, op het hout geplakt en uitgezaagd. Gaten worden geboord met een draai gereedschap (rotary tool).

Stap 2: Schilderen en Styling

Voor een realistisch uiterlijk zijn de blauwdrukken gebruikt als basis voor decals en geometrische patronen, ontworpen in Photoshop en met witlijm op het hout aangebracht.

Stap 3: Frame Montage

De montage is eenvoudig dankzij de voorbereide ontwerpen. Servo's worden met schroeven bevestigd. De linker- en rechterkant worden met dikke houten stokken en superlijm verbonden (in plaats van lange schroeven) om gewicht te besparen.

Stap 4: Grijper (Klemmechanisme)

Twee metalen staven worden met een tang gebogen. Een gat van 3 mm wordt in een 3 mm dik houten stuk geboord en met superlijm bevestigd.

Stap 5: Basis Maken

De basis is 4 mm MDF, ongeveer 17×10 cm, uitgezaagd met een tafelzaag. Een gat voor de basisservo (9g) wordt geboord. Om wrijving te verminderen wordt een kartonnen cilinder (2,5 cm hoog, 10 cm diameter) gebruikt tussen basis en servo-as.

Stap 6: Electronica

Bij meer dan twee servo's is een externe voeding noodzakelijk. Hier worden 3 micro-servo's (9g) en 1 grote servo gebruikt. De eerste test was virtueel op Tinkercad. De voeding bestaat uit 4× AA-batterijen (1,5V = 6V totaal). Na een breadboard-test is een eenvoudige uitbreidingsdock voor de Arduino Nano gemaakt.

Stap 7: Arduino Code

Twee codebestanden: Task.ino en RobotArm.ino. De code ondersteunt handmatige besturing via seriële commando's (toetsenbord), vaste posities (Pakken, Neerleggen, Home), en een Playback() functie voor geautomatiseerde reeksen die vanuit de C#-applicatie worden gestuurd in formaat servoId:hoek&servoId:hoek.

Stap 8: Automatiseringsapplicatie (C# Windows Forms)

De applicatie biedt drie hoofdmodi:

1. Bewegingsbesturing (Handmatig): Trackbars en toetsenbord voor Base (links/rechts), Schouder (omhoog/omlaag), Elleboog (W/S), Grijper (Open/Dicht).
2. Bewegingsopname: Posities opslaan met "Rec. Position" (toets R). De applicatie detecteert welke servo bewogen is en slaat de hoek op. "Start Auto mood" speelt de reeks af.
3. Monitoring: Grafische weergave van elke stap + datatabel met exacte hoeken en tijden.

Dit maakt het mogelijk om taken te programmeren net als in industriële automatisering.

Stap 9: Updates (augustus 2018)

Een nieuwe versie gelaserct uit 3 mm MDF met een aangepaste joystick voor verbeterde bediening.

Code

Task.ino

int delayT = 350;
void Home() {
  MyServo0.write(valGripper); delay(15);
  MyServo.write(valBase); delay(30);
  MyServo2.write(valShoulder); delay(30);
  MyServo3.write(valElbow); delay(delayT);
}
void Pick() { /* vaste pak-positie */ }
void Drop() { /* vaste neerleg-positie */ }
void Playback() {
  char* command = strtok(ByteReceived, "&");
  while (command != 0) {
    char* separator = strchr(command, ':');
    if (separator != 0) {
      *separator = 0;
      int servoId = atoi(command);
      ++separator;
      int angle = atoi(separator);
      if (servoId == 1) { MyServo.write(angle); delay(delayT); }
      else if (servoId == 2) { MyServo2.write(angle); delay(delayT); }
      else if (servoId == 3) { MyServo3.write(angle); delay(delayT); }
    }
    command = strtok(0, "&");
  }
}

RobotArm.ino

#include <Servo.h>
Servo MyServo, MyServo2, MyServo3, MyServo0;
char ByteReceived;
int valGripper = 30, valBase = 70, valShoulder = 25, valElbow = 150;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  MyServo0.attach(12); MyServo.attach(11); MyServo2.attach(13); MyServo3.attach(10);
  Home(); delay(300);
}

void loop() {
  // Seriële output van huidige posities
  while (Serial.available() > 0) {
    ByteReceived = Serial.read();
    switch (ByteReceived) {
      case 'l': case 'r': /* Base links/rechts */ break;
      case 'u': case 'd': /* Elleboog omhoog/omlaag */ break;
      case 'w': case 's': /* Schouder omhoog/omlaag */ break;
      case 'o': case 'c': /* Grijper open/dicht */ break;
      case 'q': Pick(); Drop(); Home(); break; // Snelle demo
      case 'h': Home(); break; // Noodstop
      default: Pick(); Playback(); Home(); break; // Automatische modus
    }
  }
}

Aangepaste onderdelen en behuizingen

f98t2axin238k2n_khGWAEIqdl.skp (SketchUp bestand)

Schema's

Schakelschema beschikbaar als afbeelding.