Düşük Maliyetli Robot Kol

 (github.com/AlexanderKoch-Koch)
2 puan yazan GN⁺ 2024-04-03 | 1 yorum | WhatsApp'ta paylaş
  • Low-Cost Robot Arm deposu, yaklaşık $250 maliyetle yapılabilen ve kontrol edilebilen bir robot kol için dosyalar sunuyor; ayrı bir leader arm eklenirse toplam yaklaşık $430’lık bir kurulumla follower arm çalıştırılabiliyor
  • follower arm, Dynamixel XL430 ve XL330 servoları birlikte kullanıyor; XL430 ilk iki eklemde kullanılırken, 18 g ağırlığındaki hafif XL330 kolu hafif ve hızlı yapmak için kullanılıyor
  • Dynamixel’in U2D2 adapter’ı pahalı ve gecikmesi yüksek olduğundan, bu kurulum daha ucuz Waveshare Serial Bus Servo Driver Board’u kullanıyor ve Dynamixel SDK ile kontrol edilebiliyor
  • Yapım için 3D baskı, her motorun baudrate 1M olarak ayarlanması, servo ID atanması ve voltaj düşürücünün ayarlanması gerekiyor; XL330 giriş voltajı Dynamixel Wizard’da kontrol edilerek 5V’a ayarlanıyor
  • leader arm yalnızca 5V motorlar kullandığı için montajı daha basit; teleoperation.py ile iki kol test edilebiliyor, simulation.py ile temel MuJoCo simülasyon ortamı çalıştırılabiliyor

Proje Özeti

  • Low-Cost Robot Arm deposu, düşük maliyetli bir robot kol yapmak ve kontrol etmek için dosyalar içeriyor
  • Temel follower arm maliyeti yaklaşık $250; leader arm eklendiğinde yaklaşık $180 daha eklenerek toplam $430’lık bir kurulum oluyor
  • Tüm parçaları tek paket halinde almak için bekleme listesi https://tau-robotics.com/robots adresinde sunuluyor
  • leader arm tasarımı GELLO project’ten ilham alıyor, ancak daha kolay üretilebilmesi için basitleştirilmiş
  • Bu robot kol robot learning için uygun; iki adet kullanıldığında kıyafet katlama da mümkün

Servo ve Kontrol Yöntemi

  • follower arm, Dynamixel XL430 ve Dynamixel XL330 servo motorlarını kullanıyor
    • XL430, XL330’dan neredeyse iki kat daha güçlü ve ilk iki eklemde kullanılıyor
    • XL330 daha zayıf olsa da her biri 18 g olduğu için kolu hafif ve hızlı hale getiriyor
  • Dynamixel, servoları bilgisayara bağlamak için U2D2 adapter satıyor; ancak bu kurulum maliyet ve gecikme sorunları nedeniyle daha ucuz bir adaptör kartı kullanıyor
  • Robot kol Dynamixel SDK ile kontrol edilebiliyor
    • Kurulum komutu: pip install dynamixel-sdk

Follower Arm Yapılandırması

  • follower arm’in toplam parça maliyeti $258 olarak listelenmiş
  • Başlıca parçalar şöyle
    • 2x Dynamixel XL430-W250: $100
    • 4x Dynamixel XL330-M288: $96
    • XL330 Idler Wheel: $10
    • XL430 Idler Wheel: $7
    • Waveshare Serial Bus Servo Driver Board: $10
    • Voltage Reducer: $10
    • 12V Power Supply: $12
    • Table Clamp: $6
    • Wires: $7
  • Robotis mağazasında genellikle %10 indirim kodu bulunuyor
  • Gripper’a grip tape eklemek faydalı olabilir
  • servo driver board’u bilgisayara bağlamak için USB-C kablosu gerekiyor

Follower Arm Montaj Akışı

  • Montaj videosu https://youtu.be/RckrXOEoWrk adresinde sunuluyor
  • Tüm parçalar 3D yazıcı ile basılıyor
    • STL dosyaları hardware/follower/stl içinde bulunuyor
    • Parçalar kolay basılacak şekilde tasarlanmış; yalnızca gripper’ın hareketli parçası support gerektiriyor
  • Motor tarama adımları şöyle
    • driver board bilgisayara bağlanır; Linux ve MacOS’ta çalışması gerekir
    • MacOS örneğindeki gibi ls /dev/tty.* ile cihaz adı kontrol edilir
    • Dynamixel Wizard ile her motor ayrı ayrı taranır
    • Tüm motorların baudrate değeri 1M olarak ayarlanır
    • servo ID’leri omuzdan gripper’a kadar 1’den 5’e ayarlanır; elbow-to-wrist extension kullanılıyorsa 6’ya kadar ayarlanır
  • Montaj aşamasında servolar CAD’deki konumlarla aynı şekilde sabitlenir ve servo horn vidalanırken varsayılan konumda olmalıdır
  • Güç yapılandırmasında voltage reducer’a lehim yapılır, driver board’a ve base’e sabitlendikten sonra bağlantılar yapılır
    • voltage reducer girişi driver board’un V ve G portlarına bağlanır
    • Çıkış ve driver board’un kalan D portu elbow servo’ya bağlanır
    • XL330 servo’ya bağladıktan sonra Dynamixel Wizard’da giriş voltajı kontrol edilir ve voltage reducer üzerindeki vida ayarlanarak 5V’a getirilir

Leader Arm ve Simülasyon

  • leader arm’in toplam parça maliyeti $183
  • Başlıca parçalar şöyle
    • 6x Dynamixel XL330-M077: $144
    • XL330 Frame: $7
    • XL330 Idler Wheel: $10
    • Waveshare Serial Bus Servo Driver Board: $10
    • 5V Power Supply: $6
    • Table Clamp: $6
  • leader arm’de tüm motorlar 5V kullandığı için montaj daha basit
  • Gripper, handle ve trigger ile değiştiriliyor
  • Kullanım sırasında trigger’a küçük bir torque uygulanırsa varsayılan olarak açık kalması sağlanabiliyor
    • GELLO tasarımı bunun için spring kullanıyor, ancak montajı çok daha zor
  • teleoperation.py betiğiyle kollar test edilebiliyor
    • Ancak cihaz adının ayarlanması gerekebilir
  • simulation.py çalıştırıldığında temel MuJoCo simülasyon ortamı kullanılabiliyor

İlgili okumalar

1 yorum

 
GN⁺ 2024-04-03
Hacker News yorumları

  • Benzer boyutta bir robot kol yapmaya başladım. Cam sanatçısı olan eski bir arkadaşım var; bunu çok yüzlü işlenmiş cam kolyeler yapmak için kullanmayı düşünüyorum.
    Arkadaşımda çok yüzlü işleme makinesi var ama manuel.
    Zor kısım tekrarlanabilir hassasiyet. Toleransların sıkı olması gerekiyor ve kolun her eklemi, tabandan uzaklaştıkça hatayı büyütüyor. Taban 1 mm oynarsa 20 cm'lik kolun ucunda 4 mm oynama olur; ondan sonraki kol kısmında daha da artar.
    Çok yüzlü işleme için, redüktörsüz bir servodan çok daha ince çözünürlüğe ihtiyaç var. Redüksiyon zor bir konu: eklemi sağlam tutmak için backlash'in az olması gerekir, ama hareket ederken sürtünmeyi artıracak kadar da olmamalı. Sonsuz dişliler yavaş ve aşırı rijit oldukları için pek iyi değil; kol içindeki dişliler için sikloidal redüktör en iyi seçenek gibi görünüyor. Camı kavramak epey riskli olduğundan, bir miktar geri bildirime sahip gerçek bir servo da gerekiyor.
    Yapım maliyetini 1-2 bin dolar civarında tahmin ettim; bunun çoğu redüktör maliyeti.

    • Endüstriyel robotların şaşırtıcı yönlerinden biri, durur haldeyken ne kadar rijit oldukları. Hız ve yük arttığında fren sistemi de zor bir meseleye dönüşüyor.
      Donanımı bir şekilde çalışır hale getirdikten sonra bile, kinematik çözücüyü düzgün çalıştırmak devasa bir zorluk. Çok sayıda istisna durumu var, gerçek zamanlı geri bildirimi işlemeniz gerekiyor, ayrıca kullanılabilirlik ile güvenilirlik arasında denge kurmanız gerekiyor. Robot şirketlerinin yüksek ücret aldığı nokta burası ve bunu hak ediyorlar.
      Robot kol yapmak yerine daha basit bir hareket yapısıyla bunun yerini alabiliyorsanız, öyle yapmak daha iyi. Yine de bunu yaparsanız gerçekten etkileyici olur.
    • Geçmişte benzer bir proje yaptım; birkaç bin dolar aralığında performans sınırlarını zorlayan bir robot koldü. Stepper motorlar ve backlash'i yeterince düşük redüktörlerle oldukça iyi sonuçlar aldık.
      Referans olarak, insan kolunu bir ölçüde modellemeye çalışan bir tasarımdı; yaklaşık 80 cm erişimde, 2,5 kg yükle yaklaşık 1 mm tekrarlanabilir hassasiyete ulaştı.
      Daha somut olarak, uç efektör yük gereksinimlerine göre NEMA34, 24 ve 17'yi karışık kullanabilirsiniz. Öndeki eklemlerde daha büyük motorlar kullanılır. Bütçe varsa sikloidal veya harmonik redüktör kullanabilirsiniz; yoksa her aktüatör (motor+sürücü+redüktör+mil kaplini), tedarikçiye ve gereksinimlere bağlı olarak kabaca 100-200 dolar civarında olur. Kapalı çevrim sistem yaklaşık 50 dolar daha ekler. Fiyat açısından hiç fena değil. Taban ekleminde yükü daha iyi dağıtan geniş, silindirik bir redüktör gerekir.
      Bir atölyeyle çalışabiliyorsanız oldukça yüksek kalitede yapılabileceğini düşünüyorum. Tasarım referansı olarak bazı örnekler aşağıda; bazıları, bir hobi yapımcısı olarak benim yapabildiğimden bile daha iyi görünüyor.
      https://www.youtube.com/watch?v=7z6rZdYHYfc Bu harika. Daha küçük ve hafif bir versiyonu yavaş hareket ettirirseniz taban sallanması daha da azalır.
      https://www.youtube.com/shorts/II8gdIXPgaE Asıl gönderiye daha çok benziyor.
      https://www.youtube.com/shorts/_x7P9eZCkVM
      https://www.youtube.com/watch?v=g9AfhqOd-_I Gördüklerim içinde en profesyonel olanı; bu parça listesinin de neredeyse kesin olarak 3 bin doların altında, Çin'de ise muhtemelen 1 bin doların altında olacağını düşünüyorum. O kadar havalı ki bu şirkete daha küçük bir model satıp satmadıklarını sormak için e-posta göndermeyi düşünüyorum.
      https://www.youtube.com/watch?v=iB2NAgfVjIs Chris Annin de mutlaka izlemeye değer. Bence düşük maliyetli açık kaynak stepper motor robotları en iyi yapan Amerikalı robotikçilerden biri.
    • Bunu pahalı donanım yerine yazılımla çözmek mümkün olamaz mı?
      Önceden düşündüğüm fikir şuydu: büyük hareketleri ucuz ve “sallantılı” parçalardan yapılmış bir kol yapsın, uca ise hareket aralığı küçük ama çok hassas kontrol edilebilen bir stage eklensin.
      Son olarak, aracın gerçek konumunun hedef konumdan ne kadar saptığını çok hassas biçimde izleyen bir yöntem eklenir. Örneğin araca takılmış bir kamera olabilir.
      Böylece yazılım geri bildirim döngüsü aracın sapmasını izler ve uçtaki “düzeltme” stage'iyle bunu telafi edebilir.
      Ancak pratikte işe yarar mı bilmiyorum. “Telafi” için gereken süre de sorun. Al-bırak gibi, yolun sonunda hedef konuma varmanın yeterli olduğu durumlarla; aşındırma veya kaynak gibi tüm yol boyunca maksimum sapmanın altında kalmanız gereken durumlar farklı.
    • Bunu sık sık düşünüyorum ama zaman ayıramıyorum. Nvidia Omniverse içinde bir kol oluşturup ucuz, yüksek çözünürlüklü mesafe/açı sensörleri gibi geri bildirimler ekledikten sonra, bunu düzelten bir makine öğrenimi modeli eğitmek mümkün olmaz mı?
    • Donanımı pek bilmiyorum, daha çok yazılım tarafındayım; bu yüzden tamamen yanılıyor olabilirim.
      Böyle bir durumda stepper motoru sikloidal redüktörle büyük oranda düşürerek kullanmak nasıl olurdu? Kafamda, konumu çok kontrol edilebilir ve tekrarlanabilir hale getirir; backlash'i de büyük ölçüde redüktör halleder gibi geliyor.
      Yanılıyorsam öğrenmek isterim. Dediğim gibi, donanıma adım atmaya çalışan bir yazılımcıyım.

  • Ucuz, kaliteli ve bir ölçüde standartlaşmış robot kolları seri üreten belirgin bir şirketin hâlâ olmaması şaşırtıcı. 3D yazıcılar ya da CNC makineleri gibi şeyler tüketici/amatör fiyat seviyelerine indi, ama bu alan hâlâ pek keşfedilmemiş gibi görünüyor
    Arduino ya da Raspberry Pi düzeyinde bir potansiyeli var gibi, fakat o ölçüde bilinen bir isim ya da ekosistem henüz duymadım

    • Bir süre robot kol geliştiren bir startup’ta çalıştım. Öğrendiğim şey şu oldu: Makul bir API’si olan ve bedava verilen bir robot kolu birine verseniz bile pek işe yaramıyor. Çünkü zor olan kısım işe yarar otomasyon oluşturmak
      Çoğu kişi birkaç saat oynayıp rafa kaldırıyor
      Her kullanım senaryosu tamamen farklı ve iş yükü de büyük. Bir şeyi çalışır hâle getirseniz bile, masayı yanlışlıkla sarsarsanız ya da kol bir şeye çarparsa tüm koordinatlar bozuluyor ve baştan başlamak gerekiyor
      Gerçek mekanik yapı da gerçekten karmaşık. 50 cm erişim mesafesinde anlamlı bir yük kaldırmak için taban ekleminde çok yüksek tork gerekiyor ve aynı zamanda çok yüksek hassasiyet de gerekiyor. Bunun için pahalı dişliler ve motorlar lazım; bunların hiçbiri ucuz değil
      Güvenlik sorunu da var. İşe yarar bir yük kaldıran kol epey ağırdır ve o kadar kütle savruluyorsa güvenlik sistemleri gerekir. Bu da ucuz değil
      Biraz donanımın no-code versiyonu gibi. Robot kol programlama doğası gereği zor olduğu için kolay kullanılabilen bir robot kol yapmak zor. Bunu değiştirebilecek tek şeyin gerçekten iyi bir yapay zeka olduğunu düşünüyorum
    • Standart bir hobi tipi robot kol olmamasının bir nedeni var
      İnsanlar “gerçek” bir robot koldan daha ucuza kendileri yapabileceklerini düşünüyor, ama sallanma ve tekrarlanabilirlik hassasiyetini hesaba katmıyorlar
      HN’de RC servo ile yapılmış robot kol tasarımı paylaşan kişiye saygı duyuyorum, ama tekrarlanabilirlik hassasiyeti ölçümlerini görmek isterim. Bir hafta boyunca her gün aynı deseni kâğıda çizdirsin ve 7 çizginin ne kadar üst üste geldiğini göstersin demek istiyorum. Böyle bir şeyi çizebileceğinden bile şüpheliyim. Kâğıdı yırtabilir ya da kâğıdı yırtacak gücü bile olmadan takılıp kalabilir
      Dayanağım şu: 1980’lerden beri hobi robotları yaptım, 1990’larda yüksek lisans tezim de dahil olmak üzere robotlar üzerine araştırma yaptım ve son 10 yılın büyük kısmını robotik öğreterek geçirdim
    • Bu başlıktaki ve “robot kol için işe yarar bir kullanım bulan oldu mu?” şeklindeki çeşitli sorulara verilen yanıtları gözden geçirince böyle bir şirketin neden olmadığını anlayabilirsiniz. Basitçe tüketici seviyesinde bir pazar yok
    • Böyle ürünler aslında var, fakat günümüzde genel amaçlı robotlarda erişim mesafesi yaklaşık 1,2 m ise “ucuz” yaklaşık 10 bin euro demek. Bu paraya kaliteli bir makine ve yazılım alıyorsunuz
      Çok iyi kinematik yazılımı olmayan bir robotun neredeyse kullanılamaz düzeyde olması da önemli. Kolun yanı sıra gücü ve komutları gerçek zamanlı olarak kararlı biçimde ileten bir kontrol kutusu da gerekir; bu da maliyete ciddi biçimde eklenir
    • Önce kendinize hangi problemi çözmeye çalıştığınızı sormalısınız
      Bunu tanımladığınızda, neredeyse her durumda 6 serbestlik dereceli robot koldan çok daha basit ve ucuz bir çözüm olduğunu hızla görürsünüz
      Gerçekten böyle bir robot kolun şart olduğu durumlarda ise tüm unsurlar hesaba katıldığında 10 bin–20 bin dolar oldukça ucuz sayılır

  • Hırsı biraz azaltıp, insanı takip eden, eşya taşıyan ve engellerden kaçınan düşük maliyetli bir robot platformuyla başlamak nasıl olur? Kol olmasa da olur; eşyayı yükleyip indirmeyi kendi kolumla yapabilirim
    Bacağımı incitip koltuk değneği kullandığımda, eşya taşımak bir anda sorun hâline gelmişti. Hareket etmekte zorlanan çok kişi var. Böyle bir durum olmasa bile eşyaları sık sık yanlış yerlere koyuyorum; bu tür şeylerde de yardımcı olabilir
    AliExpress’te çok sayıda oyuncak robot alt platformu var, ama en büyük boyutu 20 cm’den küçük olduğu için pratik kullanım için fazla küçük

  • Kimsenin bunu işaret etmemiş olması şaşırtıcı
    https://github.com/peng-zhihui/Dummy-Robot
    Ancak okuması biraz zor olabilir

  • Bir meraklı olarak insanın ağzını sulandırıyor ama gerçekten evde işe yarayacak bir robot kol kullanım alanı bulan var mı? Hacklemek, iyi bir proje olduğunda her zaman daha eğlenceli

    • Paskalya’daki uzun hafta sonunun ardından çocukların geride bıraktığı dev Lego yığınını toplayıp ayırmak için kullanmak isterim. Parça veritabanı derleminin kalitesi yüksek olduğundan tanımlama çok zor görünmüyor
      Çok hızlı olması da gerekmiyor. Gece boyunca çalıştırmak yeterli
      İdeal sıralama algoritması üzerine de birinin ilginç bir makale yazmış olabileceğini düşünüyorum. Örneğin büyükten küçüğe mi gitmeli, yoksa sadece en yakındaki parçayı alıp taşımak mı gibi. Kişisel olarak, temel setlere göre ayırdıktan sonra tepsileri lütfen eski çekmecelerine geri koymasını isterdim
    • Pratik olmayan bir kullanım olarak, çoklu monitör kurulumunda bazı monitör kollarını robot kollarla değiştirmek var. Böylece birkaç yerleşim arasında hızlıca geçiş yapılabilir
      Bir diğeri de mutfakta makarnayı karıştıran bir kol
    • Pek yok. Masamın üzerinde bir UArm var; buna epey benziyor ama daha ucuz servolar kullanıyor. Hassasiyeti o kadar düşük ki neredeyse hiçbir yerde kullanamadım
      3D fareyle bir kuvvet geri besleme sensörü de yapıp taktım. Fikir iyiydi ama o kullanım için yeterince rijit değildi
    • Bu başlıkta geçici bir engel yaşamış bir okur, pratik kullanım fikri paylaşmıştı
      https://news.ycombinator.com/item?id=39903953
    • Roboexotica, böyle birkaç kolla bir üretim hattı kurun diye bağırıyor
      http://roboexotica.at/

  • Bu ilginizi çektiyse şunu da sevebilirsiniz. DIY değil, bitmiş ürün olarak geliyor
    https://www.waveshare.com/roarm-m2-s.htm
    Bir tane var bende; fiyat aralığı düşünüldüğünde yapım kalitesi gerçekten etkileyici

    • Bir ara ciddi ciddi satın almayı düşündüğüm 5 serbestlik dereceli sürümü de var. Ancak ROS 2 entegrasyonunun iyi olup olmadığını anlamak gerçekten zor: https://www.waveshare.com/product/robotics/roarm-m1.htm
      6 serbestlik dereceli bir sürüm olmaması gerçekten üzücü. Kolun çevresindeki yarıçap içinde bir şeyi düzgünce kavramak için buna ihtiyaç var
    • Hiç ihtiyacım yok ama masamın üzerinde kesinlikle bir tane olsun istediğim türden bir şey
    • Amazon gibi yerlerde de bundan var mı?
    • Yazılım desteği nasıl?

  • Bunun ne kadar ağır bir şeyi kaldırabildiğini bilen var mı?
    Ev spor salonunda egzersiz yaparken, göz takibiyle bir vantilatörü kontrol edip havanın yüzüme gelmesini istiyorum; vantilatör birkaç pound ağırlığında
    Alternatif olarak böyle bir projede kullanılacak donanım motoru önerileri de merak ediyorum

    • Bu robotların çoğu servo motor kullanıyor. Çevik hareketler mümkün ama bu, herhangi bir konumu korumak için sürekli tutma torku gerektiği anlamına geliyor; yük sınırlı oluyor ve çok güç de boşa harcanıyor
      Ağır bir vantilatör söz konusuysa, hareket eden havanın tepki kuvvetini de unutmamak gerek. Kola takmak yerine bir rulman üzerine koyup motorla sadece döndürmek daha iyi olur. Böylece motor sürekli yerçekimiyle savaşmak zorunda kalmaz
      Burada bağlantısı verilen robot kol Dynamixel servolar kullanıyor; bunlardan yalnızca biriyle döner bir taban üzerindeki vantilatörü çevirmek de mümkün. Çok daha ucuz ve daha az karmaşık
    • Ağırlığın çoğunu koldan alsanız nasıl olur? Tabana monte edilmiş bir vantilatör ya da kompresör kullanıp, kolla sadece kanalı bağlamak. Böylece ağır motor yerine yalnızca kanalı hareket ettirmek gerekir

  • Thor 3D baskı kolu yapıyordum ama bu proje çok daha iyi görünüyor. Yön değiştirmem gerekecek
    Ayrıca, bu servolar oyunun kurallarını değiştiriyor

    • Bu servolar SG90’dan daha mı iyi?

  • Eski bir Dynamixel kullanıcısı olarak, U2D2 adaptörünün diğer seçeneklere kıyasla pahalı olduğuna katılıyorum. Ancak “gecikme çok yüksek” iddiası için bir miktar nicelendirme gerekiyor gibi
    Birçok platformda her zaman düşük gecikme, yaklaşık 1 ms civarı bekleyebileceğiniz güvenilir bir seçenek olduğunu düşünmüştüm

  • 3 servoyu bir araya getirip robot yaptığını iddia etmeyi artık bıraksak keşke :D
    Servo hareketleri epey takılmalı olduğu için bu “robotun” çalışırken gösterildiği bir video yok

    • Robotun hareket ettiği video burada: https://twitter.com/alexkoch_ai. Bu robot kol tasarımının avantajı çok hafif olması
      XL330 motorların her biri yalnızca 18 g. Bu yüzden uzaktan kullanım ve robot öğrenmesi için çok uygun
    • Robotikle daha derin uğraşmış biri olarak bu hissi tamamen anlıyorum. Yine de temel şeylerin paylaşılmasını teşvik etmenin iyi olduğunu düşünüyorum. Bu başlıkta da birçok yeni başlayan kişi ilgi duyup daha derine inebilir
      İyi kontrol algoritmaları kullanıldığında düşük maliyetli servo tabanlı robot kolların ne kadar akıcı hareket ettirilebileceğini merak ediyorum