Aufbau eines aufzeichnungsfähigen Papp-Roboterarms – Einfaches DIY mit Arduino & Servos

Komponenten und Zubehör

Benötigte Werkzeuge und Maschinen

• Heißklebepistole

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• Arduino IDE
• Python

Über dieses Projekt

Dies ist ein einfacher Roboterarm, der Positionen aufzeichnen und wiedergeben kann. Er besteht aus leicht verfügbaren Materialien wie Pappe und Heißkleber, was den Bau sehr einfach macht.

Du steuerst den Arm über eine grafische Oberfläche am Computer, die Daten an den Arduino sendet, der den Arm steuert. Es gibt Schieberegler für jeden Servo sowie Buttons zum Aufzeichnen und Wiedergeben von Positionen. Du kannst Aufnahmen auch speichern und später laden.

Anleitung

1. Lade die Papp-Schablone im Bereich „Custom Parts and Enclosures“ herunter und drucke sie aus. Schneide die Papp-Teile entsprechend aus.
2. Bau den Arm mithilfe des Videos (ab 0:22) zusammen.
3. Baue die Schaltung gemäß dem Schaltplan am Ende der Seite auf.
4. Lade den „Robot Arm Arduino Code“ herunter und spiele ihn auf den Arduino hoch.
5. Lade den „Python User Interface“-Code herunter. Du benötigst Python (https://www.python.org/) und die PySerial-Bibliothek (pip install pyserial).
6. Verbinde den Arm, starte das Python-Skript und gib den COM-Port des Arduino ein (im Windows-Geräte-Manager zu finden). Jetzt ist der Arm einsatzbereit!

Tipp: Falls es nicht funktioniert, erhöhe den Wert time.sleep(0.15) in Zeile 20 des Python-Codes auf 0,2 oder 0,3.

Code

Python-Benutzeroberfläche (Python)

from tkinter import *
from tkinter import filedialog
import serial
import time

port_opened = False

def set_port():
    global port_opened, arduino
    com_port = port_input.get()
    arduino = serial.Serial(com_port, 9600)
    port_opened = True
    print("COM port set to: " + com_port)

def send_positions(position):
    message = "{0:0=3d}".format(position[0]) + "{0:0=3d}".format(position[1]) + \
              "{0:0=3d}".format(position[2]) + "{0:0=3d}".format(position[3]) + \
              "{0:0=3d}".format(position[4]) + "\n"
    arduino.write(str.encode(message))
    print(message, end='')
    time.sleep(0.2)

saved_positions = []

def save_positions():
    saved_positions.append([servo1_slider.get(), servo2_slider.get(), servo3_slider.get(),
                            servo4_slider.get(), servo5_slider.get()])
    print("saved positions: " + str(saved_positions))

def play_positions():
    for position in saved_positions:
        print("playing: " + str(position))
        send_positions(position)
        time.sleep(1)

def clear_all_positions():
    global saved_positions
    saved_positions = []
    print("cleared all positions")

def clear_last_positions():
    global saved_positions
    removed = saved_positions.pop()
    print("removed: " + str(removed))
    print("saved positions: " + str(saved_positions))

def open_file():
    global saved_positions
    filename = filedialog.askopenfilename(initialdir="/", title="Select a File",
                                          filetypes=(("Text files", "*.txt*"), ("all files", "*.*")))
    file = open(filename, "r")
    data = file.read()
    saved_positions = eval(data)
    file.close()
    print("opened: " + filename)

def save_file():
    save_file = filedialog.asksaveasfile(mode='w', defaultextension=".txt")
    save_file.write(str(saved_positions))
    save_file.close()
    print("saved file")

def instructions():
    print("1.) Set the Arduino's COM port and click Enter. This can be found in Device Manager in Windows")
    print("2.) Move the arm's servos using the sliders")
    print("3.) To record a position, click on Record Position")
    print("4.) To replay the recorded positions, click on Replay Positions")
    print("\nTo save what you've recorded, go to File > Save File.")
    print("To open a previously saved file, go to File > Open File.")

window = Tk()
window.title("Robot Arm Controller 2")
window.minsize(355, 300)

port_label = Label(window, text="Set Port:")
port_label.place(x=10, y=10)
port_input = Entry(window)
port_input.place(x=10, y=35)
port_button = Button(window, text="Enter", command=set_port)
port_button.place(x=135, y=32)

servo1_slider = Scale(window, from_=180, to=0)
servo1_slider.place(x=0, y=100)
servo1_label = Label(window, text="Servo 1")
servo1_label.place(x=10, y=80)

servo2_slider = Scale(window, from_=180, to=0)
servo2_slider.place(x=70, y=100)
servo2_label = Label(window, text="Servo 2")
servo2_label.place(x=80, y=80)

servo3_slider = Scale(window, from_=180, to=0)
servo3_slider.place(x=140, y=100)
servo3_label = Label(window, text="Servo 3")
servo3_label.place(x=150, y=80)

servo4_slider = Scale(window, from_=180, to=0)
servo4_slider.place(x=210, y=100)
servo4_label = Label(window, text="Servo 4")
servo4_label.place(x=220, y=80)

servo5_slider = Scale(window, from_=180, to=0)
servo5_slider.place(x=280, y=100)
servo5_label = Label(window, text="Servo 5")
servo5_label.place(x=290, y=80)

save_button = Button(window, text="Record Position", command=save_positions)
save_button.place(x=10, y=220)

clear_button = Button(window, text="Clear Last Position", command=clear_last_positions)
clear_button.place(x=120, y=220)

clear_button = Button(window, text="Clear All Positions", command=clear_all_positions)
clear_button.place(x=120, y=255)

play_button = Button(window, text="Replay Positions", command=play_positions, height=3)
play_button.place(x=250, y=220)

menubar = Menu(window)
filemenu = Menu(menubar, tearoff=0)
filemenu.add_command(label="Open File", command=open_file)
filemenu.add_command(label="Save File", command=save_file)
menubar.add_cascade(label="File", menu=filemenu)

editmenu = Menu(menubar, tearoff=0)
editmenu.add_command(label="Clear last position", command=clear_last_positions)
editmenu.add_command(label="Clear all positions", command=clear_all_positions)
menubar.add_cascade(label="Edit", menu=editmenu)

helpmenu = Menu(menubar, tearoff=0)
helpmenu.add_command(label="How to use (printed in console)", command=instructions)
menubar.add_cascade(label="Help", menu=helpmenu)

window.config(menu=menubar)

while True:
    window.update()
    if port_opened:
        send_positions([servo1_slider.get(), servo2_slider.get(), servo3_slider.get(),
                        servo4_slider.get(), servo5_slider.get()])

Arduino-Code für den Roboterarm (Arduino)

#include <Servo.h>
Servo servo1;
Servo servo2;
Servo servo3;
Servo servo4;
Servo servo5;
int servoPositions[5];

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  servo1.attach(3);
  servo2.attach(5);
  servo3.attach(6);
  servo4.attach(9);
  servo5.attach(10);
}

void loop() {
  while (Serial.available()) {
    String input = Serial.readStringUntil('\n');
    servoPositions[0] = input.substring(0, 3).toInt();
    servoPositions[1] = input.substring(3, 6).toInt();
    servoPositions[2] = input.substring(6, 9).toInt();
    servoPositions[3] = input.substring(9, 12).toInt();
    servoPositions[4] = input.substring(12, 15).toInt();
  }
  servo1.write(servoPositions[0]);
  servo2.write(servoPositions[1]);
  servo3.write(servoPositions[2]);
  servo4.write(servoPositions[3]);
  servo5.write(servoPositions[4]);
  delay(500);
}

Schaltplan

Der Schaltplan ist am Ende der Seite als Bild verfügbar.