Braço robótico de baixo custo

Braço robótico de $250

• Este repositório inclui arquivos para construir e controlar um braço robótico barato que custa cerca de $250.
• Também é possível construir um segundo braço robótico (braço líder) para controlar o outro braço (braço seguidor).
• O design do braço líder foi inspirado no projeto GELLO, mas foi feito de forma mais simples.
• Esses braços robóticos são adequados para aprendizado robótico.
• Os dois braços robóticos também podem ser usados para dobrar roupas.
• O braço robótico usa servomotores Dynamixel XL430 e XL330.
• O motor XL430 é quase duas vezes mais potente e é usado nas duas primeiras juntas.
• O motor XL330 é mais fraco, mas pesa apenas 18 g cada, deixando o braço muito leve e rápido.
• A Dynamixel vende o adaptador U2D2 para conectar servomotores ao computador, mas ele é caro e tem latência muito alta.
• Este braço robótico foi feito usando uma placa adaptadora mais barata.
• O braço robótico pode ser controlado com o Dynamixel SDK: pip install dynamixel-sdk

Braço seguidor

Materiais necessários

• 2x Dynamixel xl430-w250, $100
• 4x Dynamixel xl330-m288, $96
• Roda intermediária XL330, $10
• Roda intermediária XL430, $7
• Placa controladora de servos serial bus, $10
• Redutor de tensão, $4
• Fonte de alimentação 12V, $12
• Grampo de mesa, $6
• Fios, $7
• Normalmente é possível usar um código de desconto de 10% na loja da Robotis.
• Pode ser útil adicionar fita aderente ao gripper.
• É necessário um cabo USB-C para conectar a placa controladora de servos ao computador.

Montagem

• Link do vídeo de montagem: https://youtu.be/RckrXOEoWrk
• Todas as peças são impressas em 3D. Os arquivos STL estão em hardware/follower/stl.
• As peças foram projetadas para serem fáceis de imprimir. Apenas a parte móvel do gripper precisa de suportes.
• Monte o braço sem a base. Verifique se os servos estão fixados nas mesmas posições do CAD.
• Solde os fios no redutor de tensão. Conecte a entrada ao conector fêmea e a saída ao conector macho.
• Parafuse o redutor de tensão e a placa controladora de servos na base.
• Parafuse a base no braço.
• Conecte as portas D, V e G da placa controladora ao servo de rotação do ombro.
• Conecte o servo de rotação do ombro ao servo de elevação do ombro.
• Conecte a entrada do redutor de tensão às portas V e G da placa controladora.
• Conecte a saída do redutor de tensão e a porta D restante da placa controladora ao servo do cotovelo.
• Conecte a placa controladora à fonte de alimentação.
• Conecte a placa controladora ao computador (deve funcionar em Linux e macOS).
• Verifique o nome do dispositivo (ex.: /dev/tty.usbmodem57380045631) ls /dev/tty.*
• Faça uma varredura do dispositivo com o Dynamixel Wizard.
• Conecte ao servo XL330 e verifique a tensão de entrada. Ajuste o parafuso do redutor de tensão para que a tensão de entrada seja 5V.
• Defina o ID do servo como 1 para os servos do ombro e 5 para o servo do gripper.
• Defina a taxa de baud como 1M para todos os servos.

Braço líder

Materiais necessários

• 6x Dynamixel xl330-w077, $144
• Placa controladora de servos serial bus, $10
• Fonte de alimentação 5v, $6
• Grampo de mesa, $6
• Frame XL330, $7
• A montagem do braço líder é mais simples porque todos os motores usam 5v.
• O gripper é substituído por um cabo e um gatilho.
• Durante o uso, é possível aplicar um pequeno torque ao gatilho para que ele fique aberto por padrão.
• O design do GELLO usa uma mola para esse propósito, mas a montagem é muito mais difícil.
• É possível testar o braço com o script teleoperation.py. No entanto, pode ser necessário ajustar o nome do dispositivo.

Opinião do GN⁺

• Este projeto de braço robótico pode ser um material muito interessante para a comunidade de robótica e DIY. A experiência de construir e programar diretamente um braço robótico com recursos avançados a baixo custo pode ajudar muito no aprendizado e na inovação.
• O processo de montagem e programação do braço robótico pode oferecer a engenheiros de software iniciantes uma compreensão integrada de engenharia mecânica e software. Isso é útil para aprender a abordagem multidisciplinar necessária para resolver problemas do mundo real.
• A natureza open source do projeto permite que os usuários modifiquem e melhorem livremente o código, possibilitando melhorias contínuas guiadas pela comunidade.
• No entanto, esse tipo de projeto pode ser um pouco difícil para usuários em geral, especialmente para quem não está familiarizado com montagem de hardware ou configuração de software. Por isso, é importante haver documentação amigável ou uma comunidade de suporte online.
• Ao adotar essa tecnologia, é preciso considerar precisão, durabilidade e segurança, além de estar ciente das limitações de desempenho em comparação com braços robóticos comerciais.

[GN⁺]

Comentários no Hacker News

• Estou construindo um robô em forma de braço para um amigo soprador de vidro. Estou considerando usar um robô para fazer o facetamento, em vez de usar uma facetadora operada manualmente, para produzir pingentes de vidro facetados.

  • A parte difícil é a repetibilidade. São necessárias tolerâncias precisas, e cada junta do braço robótico adiciona imprecisão quanto mais longe estiver da base. Por exemplo, se houver 1 mm de folga na base, isso vira 4 mm de folga na ponta do braço a 20 cm de distância, e em segmentos mais distantes a folga aumenta ainda mais.
  • Para o trabalho de facetamento, é necessária uma resolução muito mais fina do que a de servomotores comuns. Colocar engrenagens é difícil, porque é preciso backlash para apertar as juntas, mas também é necessário ajustar para que não haja atrito excessivo ao se mover. Engrenagens sem-fim são lentas demais e rígidas demais para uso. Por isso, engrenagens cicloidais parecem ser a melhor opção para um braço robótico. Além disso, trabalhar com vidro é instável, então são necessários servomotores de verdade, com feedback constante.
  • O custo de construção é estimado em US$ 1 mil a 2 mil. A maior parte disso vai para a caixa de engrenagens.

• Surpreende que ainda não exista uma empresa produzindo em massa braços robóticos baratos, de alta qualidade e razoavelmente padronizados. Assim como impressoras 3D e máquinas CNC chegaram a uma faixa de preço de consumidor/amador, braços robóticos ainda parecem ser uma área pouco explorada. Eles têm um potencial parecido com Arduino/Raspberry Pi, mas ainda não ouvi falar de um nome/ecossistema tão popular nesse nível.

• Sugere começar com algo menos ambicioso. Por exemplo, uma plataforma robótica de baixo custo que consiga seguir uma pessoa, carregar coisas e evitar obstáculos. Nem precisa ter braço, já que eu poderia usar meus próprios braços para colocar e tirar os objetos.

  • Quando tive uma lesão na perna e usei muletas, carregar coisas de repente virou um problema. Há muitas pessoas com mobilidade limitada e, além disso, casos frequentes de perda de objetos, então um robô assim poderia ajudar.
  • No AliExpress há muitos chassis de carrinhos robóticos de brinquedo, mas nada em um tamanho que possa ser considerado prático (com a maior dimensão abaixo de 20 cm).

• Tenho curiosidade sobre quanto peso o robô consegue levantar.

  • Quando treino na academia em casa, gostaria de manipular um ventilador para mandar vento no meu rosto, e o ventilador pesa alguns pounds.
  • Como alternativa, aceito sugestões de motores de hardware adequados para esse tipo de projeto.

• Sou um entusiasta de tecnologia fascinado por braços robóticos. Mas tenho curiosidade de saber como outras pessoas usam braços robóticos de forma prática em casa. É mais divertido hackear quando existe um bom projeto.

• Se você se interessa por esse tema, também recomendo um produto totalmente montado, não-DIY.

  • Tenho um produto com qualidade surpreendente pelo preço.

• O que quero fazer: uma base de disco circular sobre uma mesa giratória, com um suporte capaz de manter um celular em pé. O próprio suporte teria 4 pequenos microfones unidirecionais para detectar de que direção vem o som, após filtrar as frequências humanas. Com isso, o celular giraria continuamente para apontar naquela direção.

  • O caso de uso é para videochamadas frequentes com a família. Como a família fica sentada em volta da mesa de jantar, não há um bom lugar para deixar o celular. Com esse suporte giratório automático, o celular se viraria automaticamente para quem estiver falando.
  • Consigo escrever o código de processamento de áudio, mas não tenho nenhuma ideia de como começar no hardware. Pode até roubar a ideia, mas peço que compartilhe como fazer. Quero que isso exista e gostaria de saber como construir como um projeto divertido.

• Eu estava construindo o braço Thor impresso em 3D, mas este projeto parece muito melhor. Acho que vou mudar de direção.

  • À parte: esses servomotores são um divisor de águas.

• Como usuário de Dynamixel há muito tempo, concordo que o adaptador U2D2 é caro em comparação com outras opções. Mas gostaria de ver alguma base quantitativa para a afirmação de que “a latência é muito alta”. Sempre achei que fosse uma escolha segura para baixa latência (~1 ms) em várias plataformas.

• Comprei um braço robótico da Sainsmart. É barato e tem 6 graus de liberdade, então uso para praticar programação de robôs.