低成本多功能机械手DIY

近年来我国人力成本的不断提高,用工荒越来越严重,制造业的生存和发展遇到不小的困难。发展智能制造技术,尤其是工业机器人技术,显得更加重要。2014年中国新增机器人5.6万台,成为世界上最大的机器人市场。

作为电子爱好者,制作低成本的多功能机械手,不仅能够培养自己的专业兴趣,提高自己的专业知识,而且为迎接今后的自动化改造和机器人应用浪潮早做准备。

基于上述背景,本文介绍了“低成本多功能机械手”的制作方法,用百元成本,实现了机械手的“绘图”、“搬运”、“激光雕刻”功能,适合电子爱好者进行学习。

 
功能介绍

1.绘图功能

应用范畴:三维立体绘图、铣加工等。

绘图功能的整体外观如下图所示。

低成本多功能机械手DIY

绘图的功能整体外观

用旧的电脑光驱进行改造,作为该项目的X、Y 轴,另用一个微型步进电动机作为Z 轴,使其实现空间移动。画笔固定在Z 轴电机滑块上。如下图所示。

低成本多功能机械手DIY

Z轴画笔

2.搬运功能

应用范畴:搬运、装配、仓储等。

搬运功能的整体外观如下图所示。

低成本多功能机械手DIY

搬运功能整体外观

电磁铁、机械爪及电机如下图所示。

低成本多功能机械手DIY

电磁铁、机械爪及电机

机械爪的固定轴安装在托盘上,同时作为机械爪的杠杆支点。机械爪的运动轴安装在开合电机的滑块上。滑块上下运动带动机械爪闭合、张开。开合电机固定在托盘上。托盘可以被电磁铁带动,整体上下运动。

3.激光雕刻

应用范畴:激光雕刻、电火花加工、线切割加工等。

搬运功能的整体外观如下图所示。

低成本多功能机械手DIY

激光雕刻功能的整体外观

 

具体方案

1.电路部分

我们采用运行grbl固件的单片机,arduino pro atmega328p最小系统。CPU板和下载板的价格很便宜,都是十几元。选用以A3967为核心的电机驱动板。

CPU板、电机驱动板,以及X、Y、Z三轴电机的接线原理图,如下图所示。
 

低成本多功能机械手DIY

CPU板、电机驱动板,以及X、Y、Z三轴电机的接线原理图

 

2.硬件搭建

将两块旧的电脑光驱分别固定在两个塑料外壳上,并垂直安装,并用金属杆加固。如图1所示。利用光驱的步进电机作为该项目的X、Y轴。根据需要,安装Z轴微型步进电动机、电磁铁、机械爪、激光笔。电路板安装在塑料外壳背面。

3.软件使用

用Arduino Builder软件将grbl固件下载到arduino pro atmega328p。软件的具体使用方法,很简单,网上有详细介绍,这里就不多说了。

用ArtCAM软件来设计运动路径,并进行保存。如下图所示。
 

低成本多功能机械手DIY

ArtCAM设计运动路径

grbl controller上位机软件与嵌入了grbl软件的arduino单片机系统通信,解析数控代码。通过grbl controller打开已经保存好的刀路文件,并实时与单片机通讯和监控。如下图所示。

 

低成本多功能机械手DIY

grbl controller监控