低コストのロボットアーム

 (github.com/AlexanderKoch-Koch)
2 ポイント 投稿者 GN⁺ 2024-04-03 | 1件のコメント | WhatsAppで共有

$250のロボットアーム

  • このリポジトリには、約$250で作れる低コストのロボットアームを構築して制御するためのファイルが含まれている。
  • 2本目のロボットアーム（リーダーアーム）を作成して、もう一方のアーム（フォロワーアーム）を制御することもできる。
  • リーダーアームの設計はGELLOプロジェクトに着想を得ているが、よりシンプルに作られている。
  • これらのロボットアームはロボット学習に適している。
  • 2本のロボットアームは服をたたむ用途にも使える。
  • ロボットアームはDynamixel XL430とXL330サーボモーターを使用する。
  • XL430モーターはほぼ2倍の強さがあり、最初の2つの関節に使われる。
  • XL330モーターは非力だが、それぞれ18gしかないため、アームを非常に軽く高速にできる。
  • Dynamixelはサーボモーターをコンピューターに接続するためのU2D2アダプターを販売しているが、高価でレイテンシも非常に大きい。
  • このロボットアームは、より安価なアダプターボードを使って作られている。
  • ロボットアームはDynamixel SDKで制御できる: pip install dynamixel-sdk

フォロワーアーム

必要な材料

  • 2x Dynamixel xl430-w250, $100
  • 4x Dynamixel xl330-m288, $96
  • XL330アイドラーホイール, $10
  • XL430アイドラーホイール, $7
  • シリアルバスサーボドライバーボード, $10
  • 降圧コンバーター, $4
  • 12V電源, $12
  • テーブルクランプ, $6
  • 配線, $7
  • Robotis Shopでは通常10%割引コードを利用できる。
  • グリッパーにグリップテープを追加すると役立つことがある。
  • サーボドライバーボードをコンピューターに接続するためのUSB-Cケーブルが必要。

組み立て

  • 組み立て動画リンク: https://youtu.be/RckrXOEoWrk
  • すべての部品は3Dプリンターで印刷する。STLファイルは hardware/follower/stl にある。
  • 部品は印刷しやすいように設計されている。グリッパーの可動部分だけサポート材が必要。
  • ベースなしでアームを組み立てる。サーボがCADと同じ位置に固定されていることを確認する。
  • 降圧コンバーターに配線をはんだ付けする。入力はメスコネクターへ、出力はオスコネクターへ接続する。
  • 降圧コンバーターとサーボドライバーボードをベースにネジ止めする。
  • ベースをアームにネジ止めする。
  • ドライバーボードのD、V、Gポートを肩の回転サーボに接続する。
  • 肩の回転サーボを肩のリフトサーボに接続する。
  • 降圧コンバーターの入力をドライバーボードのVおよびGポートに接続する。
  • 降圧コンバーターの出力と、ドライバーボードの残りのDポートを肘サーボに接続する。
  • ドライバーボードを電源に接続する。
  • ドライバーボードをコンピューターに接続する（LinuxとmacOSで動作するはず）。
  • デバイス名を確認する（例: /dev/tty.usbmodem57380045631） ls /dev/tty.*
  • Dynamixel Wizardでデバイスをスキャンする。
  • XL330サーボに接続して入力電圧を確認する。降圧コンバーターのネジを調整して入力電圧が5Vになるようにする。
  • 肩サーボのサーボIDを1に、グリッパーサーボのサーボIDを5に設定する。
  • すべてのサーボのボーレートを1Mに設定する。

リーダーアーム

必要な材料

  • 6x Dynamixel xl330-w077, $144
  • シリアルバスサーボドライバーボード, $10
  • 5v電源, $6
  • テーブルクランプ, $6
  • XL330フレーム, $7
  • リーダーアームの組み立ては、すべてのモーターが5vを使うためより簡単。
  • グリッパーはハンドルとトリガーに置き換えられている。
  • 使用中はトリガーに小さなトルクをかけて、デフォルトで開くようにできる。
  • GELLOデザインはこの目的のためにスプリングを使っているが、組み立てははるかに難しい。
  • teleoperation.py スクリプトを使ってアームをテストできる。ただし、デバイス名を調整する必要があるかもしれない。

GN⁺の意見

  • このロボットアームプロジェクトは、ロボティクスやDIYコミュニティにとって非常に興味深い資料になり得る。低コストで高度な機能を持つロボットアームを自作し、プログラミングする体験は、学習とイノベーションに大きく役立つ。
  • ロボットアームの組み立てとプログラミングの過程は、初級ソフトウェアエンジニアに機械工学とソフトウェアの統合的な理解を提供し得る。これは、現実世界の問題を解決するために必要な学際的アプローチを学ぶうえで有用。
  • このプロジェクトのオープンソースという性質は、ユーザーが自由にコードを修正・改善できるようにし、継続的なコミュニティ主導の改善を可能にする。
  • ただし、このようなプロジェクトは一般ユーザーにはやや難しい場合があり、特にハードウェアの組み立てやソフトウェア設定に不慣れな場合はなおさらである。したがって、ユーザーフレンドリーな説明書やオンライン支援コミュニティの存在が重要。
  • この技術を導入する際には、精度、耐久性、安全性などを考慮する必要があり、商用ロボットアームと比較した場合の性能上の制約も認識しておくべき。

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1件のコメント

 
GN⁺ 2024-04-03
Hacker Newsのコメント

  • ガラス吹きをしている友人のために、アーム型のロボットを作っている。手作業で操作する面取り機を使う代わりに、ロボットを使って面取りしたガラスペンダントを作ることを検討している。

    • 反復精度が難しい部分だ。厳密な公差が必要で、ロボットアームの各関節は基部から遠ざかるほど不正確さが増す。たとえば、基部に1mmの遊びがあると、20cm離れたアーム先端では4mmの遊びになり、その先のアームではさらに大きくなる。
    • 面取り作業には、一般的なサーボモーターよりはるかに細かい分解能が必要だ。ギアを取り付けるのも難しく、関節を締めるにはバックラッシュが必要だが、動かすときに摩擦が大きくなりすぎないよう調整しなければならない。ウォームギアは遅すぎて剛性も高すぎるため不向きだ。そのため、ロボットアームのギアとしてはサイクロイドギアが最適だ。また、ガラスの扱いは不安定なので、継続的なフィードバックを備えた本物のサーボモーターが必要だ。
    • 製作コストは1,000〜2,000ドルを見込んでいる。その大半はギアボックスにかかる。

  • まだ安価で高品質、しかもある程度標準化されたロボットアームを大量生産している会社がないことに驚いている。3DプリンターやCNC工作機械のように、消費者やアマチュア向け価格帯に入ったものは多いが、ロボットアームはまだあまり開拓されていない分野に見える。ArduinoやRaspberry Piのような可能性はあるが、そこまで広く知られた名前やエコシステムはまだ聞いたことがない。

  • もっと野心的でないものから始めてはどうかと提案している。たとえば、人についてきて荷物を運び、障害物を避けられる低コストのロボットプラットフォームだ。アームはなくても構わず、荷物の積み下ろしには自分の腕を使える。

    • 足をけがして松葉杖を使っていたとき、物を運ぶことが突然問題になった。移動が制限されている人は多いし、そのほかにもよく物をなくすことがあるので、こうしたロボットは役に立つかもしれない。
    • AliExpressにはおもちゃのロボット車体がたくさんあるが、実用的と言えるサイズではない（最大の面が20cm未満）。

  • ロボットがどれくらいの重さを持ち上げられるのか気になっている。

    • 自宅ジムで運動するとき、顔に風を送るためにファンを動かしたいのだが、そのファンが数ポンドある。
    • 代案として、このようなプロジェクトに適したハードウェアモーターの提案もある。

  • ロボットアームに熱中している技術愛好家だ。ただ、ほかの人たちがロボットアームを実用的な家庭用途としてどう使っているのか気になっている。良いプロジェクトがあるときのほうが、いじるのはもっと楽しい。

  • この話題に興味があるなら、DIYではない完成品も勧めている。

    • 価格に対して驚くほど品質が高い製品を持っている。

  • 作りたいもの：回転可能なテーブル上の円形ディスクベースで、スマートフォンをまっすぐ保持できる機構を備える。スタンド自体には4つの小型単一指向性マイクがあり、人の声の周波数帯をフィルタした後、どの方向から音が来ているかを判定する。それに応じてスマートフォンがその方向を向くように回転する（継続的に）。

    • 家族とよくするビデオ通話での利用を想定している。食卓の周りに家族が座っているので、スマートフォンを置くのにちょうどよい場所がない。この自動回転スタンドを使えば、話している人のほうへスマートフォンが自動で回転する。
    • 音声処理コードは書けるが、ハードウェアをどう始めればいいのかまったく分からない。アイデアを盗んでも構わないが、どう作るのか共有してほしいと頼んでいる。こういうものが存在してほしいし、面白いプロジェクトとして自作する方法を知りたがっている。

  • Thor 3Dプリントアームを作っていたが、このプロジェクトのほうがずっと良さそうに見える。方向転換することになりそうだ。

    • 余談：このサーボモーターはゲームチェンジャーだ。

  • 長年のDynamixelユーザーとして、U2D2アダプターが他の選択肢に比べて高価だという点には同意する。しかし、「レイテンシが非常に高い」という主張については定量的な根拠がほしい。さまざまなプラットフォームで、低レイテンシ（約1ms）の確実な選択肢として常に見つかっている。

  • Sainsmartのロボットアームを購入した。安価で6自由度あり、ロボットプログラミングの練習に使っている.