Comment construire un bras robotique ?

Dans un monde technologique en évolution rapide, les bras robotiques représentent le « tremplin » vers la robotique industrielle et l’automatisation. Généralement programmables, ce sont des machines aux fonctions similaires à un bras humain. Ils sont constitués d’une somme de composants mécaniques, reliés par des articulations permettant soit un mouvement de rotation, soit un déplacement linéaire. Toutes ces pièces constituent un robot complexe, capable de fonctionner dans plusieurs directions et axes, avec une flexibilité et une mobilité particulières.

Rapidité, efficacité et précision extrême sont les clés essentielles d’un tel robot.

Pourquoi utiliser des bras robotiques?

En raison de leurs similitudes avec les bras humains, ces systèmes robotiques peuvent également être utilisés pour le remplacement réel du bras sous la forme de bras bioniques.

Les minuscules signaux électriques générés naturellement sont détéctés par des capteurs spéciaux qui les convertissent en mouvements de main bioniques intuitifs et proportionnels.

En général, les bras robotiques facilitent le travail des humains, qui sont capables de travailler efficacement et à haute précision. Ils peuvent différer dans leur forme selon les types et les applications pour lesquels ils sont utilisés. On les trouve dans l’automobile, la chimie, les centrales nucléaires, la médecine, tous les domaines où la précision et la force brute sont requises.

Les domaines les plus courants où les bras robotiques sont utilisés sont les industries de l’emballage et les industries alimentaires. Un grand nombre d’aliments sont produits chaque minute grâce à l’automatisation apportée par ces robots. Les bras robotiques sont même utilisés dans l’espace, effectuant des tâches qui autrement ne pourraient pas être effectuées dans les domaines de l’astronomie et de l’exploration planétaire.

Comment construire un bras robotique?

Les bras robotiques sont un type de machines conçues pour saisir, maintenir, déplacer ou placer des objets dans un rayon d’action avec différents degrés de liberté. La physique derrière eux peut être décomposée en un ensemble de leviers.

Tous les bras robotiques sont essentiellement composés de trois classes de trois leviers qui impliquent deux forces et une barre solide montée sur un point pivotant.

Pour en revenir à l’ingénierie des bras robotiques, la plupart d’entre eux ont des moteurs pas à pas mis en œuvre directement dans l’articulation ou, pour les modèles simplifiés, dans le pivot. Ces modèles de moteurs pas à pas ont un bras extrêmement court, seulement le rayon de l’essieu.

Les composants requis:

• 2 feuilles d’acrylique ou de bois aux dimensions 30*50 cm.
• 6 potentiomètres 10k.
• 12 boutons poussoirs.
• 12 résistances 10k comme résistances pull down.
• Arduino UNO.
• Une planche à pain.
• Un alimentation dans le PC.
• Quelques connecteurs.
• Une vis de diamètre 3 mm.
• Une pince.

Vous pouvez concevoir le bras robotique dans n’importe quel logiciel de CAO mécanique.

Dans un premier temps, vous concevez chaque pièce en solo pour la réaliser à l’aide de certaines machines de fabrication (découpeuse laser – imprimante 3D). Ensuite, le processus d’assemblage pour produire la forme finale du bras.

Il existe trois types de moteurs à courant continu pouvant être utilisés (moteur à courant continu standard – moteur pas à pas – servomoteur), mais le meilleur d’entre eux dans cette application est le servomoteur car il donne un angle de rotation très précis grâce à l’encodeur dans le servo qui mesure la différence entre l’angle de référence et l’angle requis et va à la position avec une grande précision.

Lors de l’utilisation d’un moteur à courant continu standard, vous serez confronté à deux problèmes (contrôle de l’angle – contrôle de la vitesse), si vous donnez au moteur une tension maximale, il sera très rapide mais incapable de contrôler l’angle de rotation. Lors de l’utilisation de moteurs pas à pas, la théorie de son mouvement est de se déplacer pas à pas à travers les pôles, mais il n’a pas de système de rétroaction, donc s’il y a un décalage à cause de l’inertie, il ne reviendra pas à sa bonne position.

La construction du bras est simple. Par conséquent, d’autres aspects du bras peuvent devoir être pris en compte.

La première considération est le matériau de construction du bras. Des matériaux tels que le carton peuvent être très utiles pour le prototypage, mais le carton est plus adapté à la colle qu’aux vis et boulons. Les plastiques tels que l’acrylique offrent une meilleure résistance et peuvent être boulonnés en place, mais cela nécessite un certain niveau de machinerie pour être fabriqué. Bien que les pièces imprimées en 3D soient très populaires dans la communauté des fabricants, les imprimantes 3D peuvent être coûteuses et nécessiter des outils logiciels de CAO que d’autres fabricants ne possèdent peut-être pas.

K’NEX est un matériau polyvalent et solide qui permet un prototypage rapide. K’NEX est particulièrement utile pour ceux qui n’ont pas accès à un équipement d’outillage.

Pourquoi opter pour l’acrilique?

Plusieurs raison nous poussent à choisir l’acrilique, on note:

• La résistance : l’acrylique est beaucoup plus résistant que le carton
• La simplicité : au lieu d’imprimer en 3D un tas de pièces personnalisées, seules quelques bandes sont nécessaires
• L’adhérance: les pièces en acrylique peuvent être collées facilement
• La disponibilité : Un matérieau facile à trouver

Vous devez connecter tous les moteurs avec une source d’alimentation externe comme l’alimentation du PC car les moteurs consomment plus de courant que le courant de la carte arduino pour éviter d’endommager la carte.

Le circuit doit avoir une masse commune pour fonctionner correctement, cela signifie que vous devez connecter la masse de l’arduino avec la masse de la source externe.

Vous devez télécharger le logiciel Arduino IDE pour écrire le code et le télécharger sur la carte.

L’asservissement est réalisé grâce à l’utilisation de la bibliothèque d’asservissement qui élimine le besoin de coder le cycle de service PWM. L’un des avantages de l’utilisation de la bibliothèque d’asservissement est que n’importe quelle broche d’E/S numérique peut être utilisée pour la synchronisation et le contrôle avec l’utilisation d’un tableau global et d’un seul temporisateur (c’est-à-dire que le module PWM n’est pas utilisé).

Pour construire un bras robotique il suffit d’appliquer les règles ci-dessus et d’avoir le matériel nécessaire.