Лучшие роботы-манипуляторы напечатанные на 3D-принтере

Когда речь заходит о создании собственного робота-манипулятора, есть из чего выбрать. Посмотрите на лучшие 3D-печатные манипуляторы и наборы для самостоятельной сборки!

Роботы-манипуляторы различаются по назначению, но большинство из них способны выполнять задачи по выбору и перемещению, а некоторые оборудованы для работы с ЧПУ, лазерной гравировки и даже 3D-печати. Роботы-манипуляторы используются в самых разных сферах, от проведения точных операций и выполнения промышленных операций до забавной игрушки для обучения и развлечений.

Среди различных вариантов обзавестись собственным роботизированным манипулятором можно просто купить его или используя 3D-принтер, легко спроектировать и построить его самостоятельно. Такие роботы-конструкторы можно настраивать и модифицировать и при этом они будут экономически эффективными.

Поскольку существуют сотни замечательных проектов и разработок, которые необходимо просеять, выбирая подходящий робот-манипулятор для покупки или печати, мы сузили список до лучших и самых популярных манипуляторов, существующих сегодня. Среди них есть роботы, которые можно купить и роботы, которые можно сделать самостоятельно.

Прежде чем перейти к выбору, давайте рассмотрим несколько важных терминов, которые следует знать.

Типы манипуляторов

Существуют различные типы роботов манипуляторов, но большинство из них работают на одних и тех же общих принципах движения. В отличие от декартовых машин, таких как 3D-принтеры, робот-манипулятор использует полярную систему координат для перемещения и имеют рабочую зону в форме дуги. Робот-манипулятор уникален тем, что его площадь не ограничивает их движения и он занимает очень мало места по сравнению с другими машинами с аналогичной функциональностью.

На изображении выше мы можем видеть различные области действия робота-манипулятора. Максимальная зона действия робота — это область, которую он может преодолеть. Ограниченная область — это область, в которой робот может работать и она ограничена количеством, диапазоном и типом (линейным или угловым) шарниров. Наконец, рабочая зона — это зона, в которой робот будет работать и она может быть ограничена, например, концевым выключателем.

Помимо декартовых роботов манипуляторов, существует еще несколько конфигураций манипуляторов, например цилиндрические, сферические, шарнирные манипуляторы с избирательным подчинением (SCARA) и дельта (параллельные) роботы.

Роботизированные манипуляторы обычно обозначаются степенями свободы (DOF). Этот термин обозначает количество вращательных сочленений или осей на конкретном манипуляторе; например манипулятор с 4-DOF может вращаться на четырех отдельных шарнирах. Чем больше DOF, тем больше диапазон возможных движений.

Самодельные роботы-манипуляторы

Эти первые проекты — полностью самодельные и все они требуют наличия 3D-принтера для изготовления некоторых компонентов. Если у вас нет собственного принтера, воспользуйтесь услугами сервисов 3D-печати, чтобы получить необходимые детали прямо к двери!

Eezybotarm Mk2

Eezybotarm Mk2 является образцовым примером 4-DOF манипулятора, полностью напечатанного на 3D-принтере и оснащённого отличной инструкцией по сборке. Этот робот-манипулятор неоднократно побеждал в конкурсах и, вероятно, является одним из самых простых в сборке. Также в разработке находится Mk3.

Цель этого проекта — дать возможность человеку поиграть с различными методами управления. Вы можете использовать компьютер, чтобы управлять этим роботом-манипулятором для выполнения различных действий, а последовательность положений сервоприводов может быть сохранена для последующего воспроизведения, либо один раз, либо в цикле. Для этого даже не нужен компьютер: вы можете запрограммировать его на воспроизведение при нажатии кнопки.

Этот проект предназначен для обучения, и, поскольку на Thingiverse представлено более 127 моделей и 50 ремиксов, он показывает, что его можно копировать и настраивать. Отличный проект для начала работы над сочетанием робототехники и 3D-печати.

• DOF: 4
• Сложность: Легкая
• Страницы проекта: Eezyrobots, Thingiverse, Instructables

MeArm

MeArm — одна из самых популярных конструкций роботизированных манипуляторов и не зря. Он сделан из простых деталей, которые можно вырезать лазером или напечатать на 3D-принтере и имеет надежную, но простую конструкцию 4-DOF. С момента первого выпуска проекта группа, стоящая за разработкой MeArm, постоянно выпускает обновления, последнее из которых — версия 3.0.

Эта популярная конструкция имеет 18 моделей и 13 ремиксов на Thingiverse, а также 24 общих проекта на Instructables — все они подчеркивают ее воспроизводимость. Управляемый четырьмя сервоприводами и Arduino Uno, Raspberry Pi или пользовательской печатной платой, поддерживающей контроллер BBC Micro:bit, этот манипулятор доступен в нескольких различных цветах в виде набора — или вы можете собрать его сами. На своем GitHub компания MeArm также разместила репозиторий со стабильным кодом, поддерживающим множество языков и платформ.

• DOF: 6
• Сложность: Легкая
• Страницы проекта: Aliexpress, GitHub, Instructables, Hackaday, Thingiverse

Kauda

Робот-манипулятор Kauda имеет простую конструкцию и интуитивно понятную документацию. Компоненты полностью открыты, а детали можно распечатать на 3D принтере, что делает его доступным. В результате он входит в число лучших проектов по робототехнике для начинающих.

Этот 5-DOF манипулятор содержит три шаговых двигателя и два серводвигателя. В сочетании с контроллером Arduino он позволяет добиться быстрых и контролируемых движений. Основание робота спроектировано таким образом, чтобы в него помещалась Arduino Mega со шилдом ЧПУ. Вы можете сделать проект более интересным, используя некоторые дополнительные компоненты, такие как оптопара, светодиоды и сигнальная лампа 12 В. С момента своего первого выпуска производитель изменил дизайн захвата, чтобы он поддерживал распространенные сервоприводы SG90 и обновленные конструкции доступны на их сайте.

На сайте разработчика можно найти обновленный вариант захвата с дополнительными примечаниями к конструкции, но информации на Instructables (плюс несколько советов из раздела «Комментарии») может быть достаточно для воссоздания первоначальной версии этого роботизированного манипулятора.

• DOF: 5
• Сложность: Средняя
• Страницы проекта: Instructables (предыдущая версия), DIY Tech

Arduino Robot Arm

Этот проект идеально подходит для тех, кто хочет управлять манипулятором по беспроводной связи через приложение. Используя специальное приложение для Android, которое можно найти в руководстве, можно управлять и программировать этого робота с питанием от Arduino с экрана вашего телефона.

Это приложение для Android было создано с помощью MIT App Inventor. Ползунки в приложении помогают перемещать сервоприводы на шарнирах роботизированной руки. Отдельный ползунок регулирует скорость движений робота. Наконец, можно включить кнопку «Сохранить», которая позволяет записывать положение манипулятора и воспроизводить его для выполнения заданных действий.

• DOF: 5
• Сложность: Средняя
• Страницы проекта: How To Mechatronics

Build Some Stuff

Build Some Stuff от Kelton на YouTube — еще один отличный простой робот-манипулятор. В нем 26 деталей для 3D-печати и автор рекомендует использовать PLA с опорами и высотой слоя 0,2 мм. Процент заполнения, конечно остается на ваше усмотрение. В дополнение к напечатанным деталям вам понадобится источник, плата управления ШИМ и другое оборудование.

После того как вы соберете все необходимые компоненты, эта сборка будет подкреплена подробной серией видеороликов на YouTube в которых подробно рассказывается о сборке и использовании робота. В видео автор также приводит полезные пояснения к коду, чтобы вы могли скопировать этот код или написать свой собственный для управления манипулятором.

• DOF: 4
• Сложность: Средняя
• Страницы проекта: YouTube, Thingiverse

BCN3D Moveo

BCN3D Moveo — это впечатляющий 4-DOF манипулятор, управляемый с помощью Arduino. Он полностью напечатан на 3D-принтере и имеет открытый исходный код. Он был протестирован в качестве образовательного инструмента, и многие из них уже работают в школах.

Благодаря открытому исходному коду он не ограничен своим назначением и может быть модифицирован для выполнения самых разных задач любым человеком — от самодельщика до специалиста по робототехнике. А благодаря 11 моделям и 15 ремиксам этот робот-манипулятор можно легко повторить и настроить.

• DOF: 4
• Сложность: Высокая
• Страницы проекта: GitHub, Thingiverse

Thor

Основной целью этого проекта было создание робота, которого можно было бы использовать в школах и колледжах для обучения студентов робототехнике. Разработанная авторами Hackaday — AngelLM, Dan Royer и dannyvandenheuvel — манипулятор имеет открытый исходный код и доступен для 3D-печати.

Это 6-DOF манипулятор, способный выдерживать максимальную нагрузку 750 г. Он имеет уникальную конструкцию, обеспечивающую большую гибкость. В качестве основной платы управления роботом выступает Arduino Mega. Кроме того, разработчики создали щит для шаговых двигателей. Большинство аппаратных компонентов, используемых в этом проекте, можно найти в самодельном 3D-принтере.

• DOF: 6
• Сложность: Высокая
• Страницы проекта: Hackaday, GitHub, Thingiverse