Drei-Achsen-Roboterarm

Aus HSHL Mechatronik
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Einleitung

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In Rahmen des GET-Fachpraktikums soll ein mechatronisches System entwickelt und getestet werden. Dies soll unter Zuhilfenahme der theoretisch erworbenen Kenntnisse der Mess- und Regelungstechnik, Elektrotechnik und der Aufbau und Verbindungstechnik geschehen. Im Zuge des Fachpraktikums wird ein Drei-Achsen-Roboterarm mit einer manuell-mechanischen Bewegungsprogrammierung gebaut. Diesbezüglich wird ein dem Arm nachempfundener "Joystick" gefertigt über den das Bewegungsmuster des Armes manuell eingegeben werden kann. Hierfür werden an alle drei Drehachsen Sensoren befestigt um den Drehwinkel und Richtung zu erfassen. Mittels zwei Knöpfe kann das Muster gelernt oder gelöscht werden. Der Arm fährt live mit.

Die Aufgabe ist es den Arm dazu zu bringen Objekte aufzuheben und an eine andere Stelle zu legen.

Das Projekt wurde initiiert und umgesetzt von den Mechatronikstudenten des Studienschwerpunktes SDE, im Wintersemester 2022/2023, Benjamin Dilly und David Weigt.

Anforderungen

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Roboterarm
ID Anforderung Umgesetzt Datum
1 Gelenke für die Bewegung Beispiel Beispiel
2 Greifer zum Transportieren von Objekten Beispiel Beispiel
3 Aktuatoren für Gelenke Beispiel Beispiel
4 Schnittstelle für Aktuatoren und Positionsübermittlung Beispiel Beispiel
5 Greifermotor Beispiel Beispiel
6 Einfaches Ansteuern Beispiel Beispiel
7 Flüssige Bewegung und mechanische Robustheit Beispiel Beispiel


Steuereinheit (Arduino)
ID Anforderung Umgesetzt Datum
1 Schnittstelle für Winkelsensoren des Joysticks Beispiel Beispiel
2 Schnittstelle für Aktoren des Roboterarms Beispiel Beispiel
3 Schnittstelle Operationstaster Beispiel Beispiel
4 Erfassen und Verarbeiten des Bewegungsmusters Beispiel Beispiel
5 Bewegungsmusternachverfolgung bei Programmierung mit Roboterarm Beispiel Beispiel
6 Umsetzen des Bewegungsmusters (Dauerschleife) Beispiel Beispiel
7 Asynchrones Erfassen der Joystickausrichtung Beispiel Beispiel
8 Nach Programmierstart, Arm nach Joystick ausrichten Beispiel Beispiel
9 Speichern der letzten Roboterarmausrichtung /Position bei Programmierstart Beispiel Beispiel
10 Nach Programmierabbruch, zur gespeicherten Armausrichtung zurückkehren, warten auf Befehle Beispiel Beispiel
11 Nach Programmierabbruch, auf Befehle warten (Programmierung oder Bewegung weiter, Rücksetzung) Beispiel Beispiel
12 Nach Programmierung, Bewegungsmuster Dauerhaft speichern Beispiel Beispiel
13 Bei Rücksetzung zurück in die Grundstellung fahren Beispiel Beispiel
14 Beispiel Beispiel
11 Bei Notaus (Interrupt) Bewegung abbrechen, auf Befehle warten Beispiel Beispiel
12 Bei Abschalten Bewegung beenden und in Grundstellung zurückfahren (Bewegungsmuster dauerhaft speichern, falls nicht geschehen, "Not-Aus" Flag auf false setzen) Beispiel Beispiel
13 Nach Programmstart, bspw. Neustart nach Not-Aus, auf Bewegungsmuster und Flag prüfen. Dann auf Bewegungsstart oder Programmierung/ Rücksetzung warten Beispiel Beispiel

Zwischenablage

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Erkennen des Energieverlustes und dauerhaftes Zwischenspeichern des Bewegungsmusters, der aktuellen Armposition und des "Not-Aus" Flags, um nach dem Neustart das Bewegungsmuster weiter zu führen (nach Bewegungsstarttaste) oder bei Zurücksetzung in Grundstellung zu fahren _______________________________


Joystick
ID Anforderung Umgesetzt Datum
1 Möglichst genaues Nachempfinden des Roboterarms Beispiel Beispiel
2 Sensoren zum Erfassen des Bewegungsmusters (Winkelsensoren) Beispiel Beispiel
3 Sensoren ermöglichen das Erfassen der Drehrichtung Beispiel Beispiel
4 Schnittstelle zum Abfragen der Winkelsensoren Beispiel Beispiel
5 Robuster Aufbau Beispiel Beispiel
6 Einfache und flüssige Handhabung/Flüssiges bewegen lassen Beispiel Beispiel
7 Beibehalten der Position Beispiel Beispiel



Bewegungslernen
ID Anforderung Umgesetzt Datum
1 Schnittstelle zum Abfragen der Taster Zustände Beispiel Beispiel
2 Erfassen des Programmierungsstarts Beispiel Beispiel
3 Erfassen des Speicherungsbefehles des Bewegungsmusters nach Programmierbeendigung (Überschreiben des alten Musters) Beispiel Beispiel
4 Erfassen des Programmierabbruch ohne Speichern Beispiel Beispiel
5 Erfassen der Zurücksetzung der Steuereinheit Beispiel Beispiel
6 Erfassen des Startsignals des Bewegungsablaufes Beispiel Beispiel
7 Erfassen des Startsignals ab dem das Bewegungsmuster gespeichert werden soll Beispiel Beispiel
8 Optional: Erfassen des Ausschaltvorgangs Beispiel Beispiel
9 Optional: Stillsetzen im Notfall Beispiel Beispiel

Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

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Gezeigt ist schematischer Systemaufbau
Gezeigt ist der skizzenhafte Armaufbau

Komponentenspezifikation

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Umsetzung (HW/SW)

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Komponententest

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Ergebnis

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Zusammenfassung

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Projektunterlagen

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Projektplan

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Projektdurchführung

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YouTube Video

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Weblinks

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