Projekt nr 00613
MANI złota rączka - projekt manipulatora

Projekt edukacyjny

Opis projektu

Cześć - jesteśmy uczniami z LO w Kołaczycach, małego miasteczka znajdującego się w południowo-wschodniej części Polski na terenie województwa podkarpackiego. Łączy nas wspólna pasja jaką jest robotyka. 

Zastanawiacie się zapewne dlaczego taki tytuł projektu? MANI czyli manipulator natomiast "złota rączka" pochodzi z tytułu bajki dla dzieci "Maniek  złota rączka" gdyż chcielibyśmy aby nasz manipulator potrafił wykonać każde zadanie, tak jak tytułowy bohater bajki.

Naszym celem jest zbudowanie programowalnego ramienia robota, podobnego do tych jakie są wykorzystywane w fabrykach na taśmach produkcyjnych. Chcemy, aby nasz robot był tani i by można go było zbudować w większości z dostępnych na rynku komponentów. Chcemy także, aby jego możliwości podobne były do funkcjonalności tych robotów z fabryk, tzn. by można było nim sterować ręcznie za pomocą telefonu komórkowego lub zbudowanego FlexPandenta, by można go było programować przy wykorzystaniu np. G-kodów i uczyć poprzez nagrywanie ścieżek ruchu.  

Za ruch ramienia robota odpowiedzialne będzie pięć serw modelarskich sterowanych za pomocą płyty Arduino. Elementy robota w postaci elementów ramy, chwytaka czy kół zębatych przekładni zostaną wydrukowane na drukarce 3D. Wszystkie elementy ruchome stanowiące pary kinematyczne połączone będą za pomocą łożysk kulkowych. Wpłynie to nieznacznie na wzrost kosztów, ale zaowocuje zwiększeniem trwałości całej konstrukcji. Ze względu na założenia projektu, takie jak ograniczony budżet, dostępność podzespołów i możliwości drukarek 3D, nasz manipulator będzie miał wysokość kilkunastu centymetrów i udźwig rzędu 100-200g. Do generowania ruchu zostanie zbudowany specjalny FlexPandent, który będzie umożliwiał sterowanie we współrzędnych złączowych i we współrzędnych bazowych. Oprogramowanie sterujące zapewni: pracę ręczną robota, nagrywanie i programowanie ścieżek ruchu przy użyciu G-kodów.   

Nasz zespół liczy piętnaście osób o różnych zainteresowaniach: od matematycznych aż po humanistyczne (każdy ma tutaj swoje miejsce). Podzieliliśmy się na 5 grup realizujących poszczególne zadania. Jeśli chcecie nas bliżej poznać zapraszamy na nasz fanpage na Facebooku oraz kanał na Youtube.

Pierwszy zespół to konstruktorzy odpowiedzialni za wykonanie modelu 3D naszego robota oraz dobranie odpowiednich napędów i innych elementów konstrukcji. Jest to jedna spośród dwóch grup które mają najwięcej pracy, gdyż muszą zaprojektować każdą część, która będzie współpracować z innymi w zbudowanej maszynie. Ponadto zespół konstruktorów wraz z grafikami odpowiedzialny jest za finalny wygląd produktu.

Drugi zespół to programiści – zadbają oni, aby nasza maszyna „ożyła” poprzez napisanie kodu obsługującego pracę maszyny. Zapewnią komunikację FlexPandenta z manipulatorem. Dużym wyzwaniem będzie zaprogramowanie kinematyki odwrotnej robota polegającej na generowaniu odpowiednich sygnałów silników potrzebnych do uzyskania żądanej trajektorii punktu charakterystycznego znajdującego się na chwytaku.

Kolejne dwa zespoły to zespół redakcyjny tworzący dokumentację robota i relację z wykonywanych prac. Zespół grafików odpowiedzialny za tworzenie materiałów graficznych: zdjęć, plakatów i grafik reklamowych. Dodatkowo wykorzystamy zmysł plastyczny grafików w tworzeniu designu manipulatora.

Ostatnim, jednak nie mniej ważnym zespołem, jest zespół odpowiedzialny za reklamę i kontakt za pośrednictwem social media.

Projekt jest dość ambitnym przedsięwzięciem ze względu na wiele wyzwań, które każdy z zespołów będzie musiał podjąć. Nauka obsługi nowych programów (modelowanie 3D, programowanie Arduino, programowanie aplikacji mobilnych, obsługa programów do tworzenia grafiki i video), zaawansowana matematyka (podstawy rachunku macierzowo-wektorowego) i wiele innych z którymi na pewno się spotkamy, a nie uczymy się ich na lekcjach w szkole. Wierzymy, że  uda nam się pokonać wszystkie te problemy, zbudujemy nasz manipulator zdobywając przy tym wiedzę i umiejętności, które na pewno zaowocują w przyszłości.

Zamierzamy nie tylko zrealizować nasz projekt, ale także stworzyć do niego dokumentację technologiczną, która zostanie udostępniona w Internecie i sprawi, że także inni ludzie będą mogli budować i ulepszać takie manipulatory bazując na naszych doświadczeniach. Naszym marzeniem jest, aby powstała społeczność internetowa skupiająca miłośników MANIego złotej rączki.

Cele projektu

Założeniem realizacji jest podejście mechatroniczne w projektowaniu tzn. zespoły konstruktorów i programistów (elektryków) i designerów będą  pracować równolegle nad efektem końcowym.

Zanim zaczniemy budować naszego robota chcielibyśmy zobaczyć profesjonalne roboty i zdobyć jakąś wiedzę na temat ich budowy i sterowania. Przeglądamy w związku z tym zasoby Internetu pod kątem budowy manipulatorów, a nasz opiekun jest obecnie w trakcie załatwiania możliwości odbycia zajęć na Politechnice Rzeszowskiej pod okiem wyspecjalizowanej kadry naukowej.

Pierwszy etap prac to projekt w środowisku wirtualnym. Zbudowanie wirtualnych modeli wszystkich części, zaimportowanie gotowych modeli napędów, łożysk, elementów łączących i innych. Stworzenie odpowiedniego designu robota. Równolegle programiści (elektrycy) zaprojektują połączenia poszczególnych podzespołów elektrycznych robota

Drugim etapem jest obliczenie kinematyki, zaprojektowanie połączeń i kół przekładni. A następnie po złożeniu wszystkich części w zespół, zamodelowanie kinematyki robota z środowisku 3D. W tym samym czasie zostanie rozwiązanie dla manipulatora zadanie proste kinematyki, które polega na obliczeniu pozycji i orientacji układu odniesienia związanego z punktem charakterystycznym chwytaka na podstawie danych kątów obrotu napędów. Spróbujemy także rozwiązać zadanie odwrotne kinematyki polegające na obliczeniu kątów obrotów napędów na podstawie położenia i orientacji układu związanego z punktem charakterystycznym chwytaka tego manipulatora.

Trzeci etap to budowa manipulatora. Wydruk części na drukarce 3D, montaż elementów robota, montaż elementów elektrycznych, prowadzenie i zabezpieczenie przewodów. Równolegle w tym czasie będzie tworzone oprogramowanie przez zespół programistów.

Czwarty etap to uruchomienie manipulatora poprawa błędów i optymalizacja pracy maszyny.

Przez cały czas prac będzie tworzona dokumentacja projektu i relacje z postępu prac. Relacje te będą publikowane za pośrednictwem Internetu na fanpage na Facebooku i na naszym kanale na Youtube.

Elementy unikatowe

W Internecie można znaleźć wiele projektów dotyczących budowy manipulatorów jednak niewiele jest projektów, które by krok po kroku prowadziły początkującego robotyka do celu jakim jest budowa robota manipulacyjnego zagłębiając się przy tym w zagadnienia związane z: modelowaniem matematycznym, modelowaniem 3D, elektroniką i programowaniem w sposób zrozumiały dla ucznia szkoły średniej - my zamierzamy wypełnić tę lukę.

Unikatowość naszego projektu polega na jego otwartości. Nasza dokumentacja będzie zawierała oprócz opisów, modele części, kod źródłowy oprogramowania, model matematyczny kinematyki manipulatora oraz zdjęcia i filmy z kolejnych etapów realizacji. Chcielibyśmy także skupić społeczność internetową wokół naszego projektu, zachęcić ją do korzystania z naszych doświadczeń, dzielenia się z nami swoimi uwagami, a może nawet budowała z nami równoległego projektu.

Mamy nadzieję, że takie działania pozwolą nam poznać wielu ludzi o podobnych zainteresowaniach jak nasze, dzielić się  wiedzą i doświadczeniem nie tylko w Polsce ale i za granicą.

Miejsce i czas realizacji

Projekt będzie realizowany w ramach Szkolnego Koła Informatyki i Robotyki w Liceum Ogólnokształcącym w Kołaczycach. Czas realizacji zakładamy od października 2017r. kiedy powstał pomysł do czerwca 2018 r. kiedy mamy zamiar uruchomić nasz manipulator. 

Wykorzystanie grantu

Grant, gdyby udało się nam go zdobyć chcielibyśmy przeznaczyć na zakup drukarki 3D, gdyż obecnie w naszej szkole takiej nie mamy. Za pomocą drukarki wydrukowalibyśmy wszystkie potrzebne elementy naszego manipulatora, nie musielibyśmy korzystać z usług innych podmiotów. Ponadto taka drukarka byłaby bardzo pomocnym narzędziem wykorzystywanym w innych projektach, które będą realizowane w przyszłości w naszej szkole.

Dodatkowe środki, jeżeli byśmy takimi dysponowali, umożliwiły by nam wprowadzenie ulepszeń naszego manipulatota tzn. zastosowalibyśmy lepsze napędy, moglibyśmy także wykorzystać platformę Raspberry zamiast Arduino dzięki czemu w przyszłości możliwe by było zaimplementowanie systemu wizyjnego do naszego robota. 

W zależności od wielkości środków finansowych zakupilibyśmy filament do drukarki 3D i wyposażenie do naszej pracowni w postaci elementów elektronicznych (napędy, czujniki, płytki sterujące, itp.) 

Cały czas pojawiają się pomysły dotyczące zastosowania naszego manipulatora. Ostatnim był pomysł zbudowania podwozia co rozszerzyło by zastosowanie "naszego dzieła" o nowe funkcjonalności np: praca w terenie skażonym gdzie życie ludzkie byłoby zagrożone, penetracja kopalni, w której podwyższone jest zagrożenie wybuchem gazu, aż do eksploracji planet - tak więc ewentualnie zdobyty grant na pewno pożytecznie spożytkujemy. 

Galeria załączników

Pobierz poradnik o projekcie edukacyjnym

Dane osobowe

Imię i nazwisko lidera:
Wincenty Skwarek

Szkoła:
Liceum Ogólnokształcące im. M. Skłodowskiej - Curie, Kołaczyce

Adres szkoły:
al. Jana Pawła II 3, 38-213
Kołaczyce

 

Dodaj do:

Lokalizacja projektu:


Copyright by Wydawnictwo Nowa Era Sp. z o.o. Wszelkie prawa zastrzeżone