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 Nach Programmierung: In Ausgangsposition zurückkehren Beispiel Beispiel
14 Bei Rücksetzung zurück in die Grundstellung fahren, Flags und letzte Armposition löschen Beispiel Beispiel
15 Energieverlusterkennung Beispiel Beispiel
16 Signal bei Energieverlust Beispiel Beispiel
17 Bei Energieverlust: Bewegung abbrechen, Flag setzen Beispiel Beispiel
18 Bei Energieverlust: Dauerhaftes Speichern der Armausrichtung Beispiel Beispiel
19 Bei Notaus (Interrupt) Bewegung abbrechen Beispiel Beispiel
20 Bei Abschaltung in Grundstellung fahren Beispiel Beispiel
21 Nach Programmstart / Neustart Flags prüfen, auf Befehle warten Beispiel Beispiel
22 Erkennung von Notstoppsignalen Beispiel Beispiel
23 Bei Notstopp: Bewegung abbrechen, Signal geben, auf Befehle warten Beispiel Beispiel
24 Anzeigen des allgemeinen Systemstatus Beispiel Beispiel



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


Taster
ID Anforderung Umgesetzt Datum
1 Allgemeines Erfassen der Systembefehle Beispiel Beispiel

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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

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Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

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Gezeigt ist schematischer Systemaufbau
Gezeigt ist der skizzenhafte Armaufbau

Komponentenspezifikation

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Systembefehle
Befehl Tasterzustand Taster
Bewegung starten AN
Bewegung stoppen AUS 1
Programmierung starten AN
Programmierung beenden AUS 1
Programmierung Speichern AN 1
Notaus AN 1
Notstopp zurücksetzen AN 1
Zurücksetzen AN 1
Taster insgesamt: - 6
Pins insgesamt: - 6


Systemzustände
Zustand Anzeige
Bewegungsausführung S
Programmierung P
Energieverlust E
Warten auf Befehle W
Notstopp B

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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