Robotické rameno SCARA

Abstract

Cílem práce bylo navrhnout a zrealizovat SCARA robotické rameno se třemi stupni volnosti. Omezením byl požadavek na nízkou výrobní cenu. Zrealizované rameno má dosah 305 mm v horizontální rovině a rozsah vertikálního posunu 150 mm. Rameno je převážně tvořeno hliníkovými díly doplněnými o díly tvořené aditivními technologiemi. V rámci práce byl vytvořen mechanický návrh robota a návrh řídicí elektroniky. Dále byl vytvořen řídicí firmware robota pro mikroprocesor STM32 F446RE v jazyce C++ a řídicí software pro PC v jazyce Python. V rámci firmwaru byl zrealizován regulační algoritmus založený na kaskádním řízení rychlosti a polohy rotačních kloubů, ve kterém je řízení rychlosti realizováno pomocí inkrementujících požadavků na polohu hřídele motoru. Firmware obsahuje i implementaci řízení a kalibrace krokového motoru, který zajišťuje pohyb ve vertikálním směru. I přes velkou vůli v převodech u rotačních kloubů se úspěšně podařilo regulovat pohyb robota i v rámci požadované trajektorie. Software obsahuje implementaci grafického uživatelského rozhraní, které slouží pro ovládání robota uživatelem. Grafické uživatelské rozhraní dále umožňuje vizualizaci přijímaných dat. Kromě toho je v softwaru implementován algoritmus výpočtu inverzní kinematiky a dopředné kinematiky.

The aim of this work was to design and implement a SCARA robotic arm with three degrees of freedom. The work is constrained by need for a low implementation cost. The realized arm has a reach of 305 mm in the horizontal plane and a range of vertical displacement of 150 mm. Arm is mainly composed of aluminum parts supplemented by parts formed by additive technologies. The work included the mechanical design of the robot and the design of the control electronics. Furthermore, the robot control firmware for the STM32 F446RE microprocessor was written in C++ and the control software for PC was written in Python. Within the firmware, a control algorithm based on cascade control of the speed and position of the rotary joints was implemented, in which the speed control is realized by incrementing commanded position of the motor shaft. The firmware also includes the implementation of the control and calibration of the stepper motor, which provides motion in the vertical direction. In spite of the large backlash in gearboxes at the rotary joints, the robot motion was successfully controlled even within the desired trajectory. The software includes the implementation of a graphical user interface that is used by the user to control the robot. The graphical user interface also allows visualization of the received data. In addition, the software implements an algorithm to calculate inverse kinematics and forward kinematics.