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So erwecken Sie den MeArm Roboterarm zum Leben

Nachdem ich das neue MeArm Roboter-Deluxe-Kit von Mime Industries entdeckt hatte, kam ich auf die Idee, den Roboterarm so wie er geliefert wird aufzubauen und auszuprobieren. Ich wollte sehen, wie die Einzelteile zusammenwirken und was der kleine Arm leisten kann. Da er auf dem Open Source-Prinzip beruht, ist er ideal für die Verwendung in eigenen Projekten geeignet. Das Maker Kit ist auch in einem Format verfügbar, in dem ein eigener Controller zur Steuerung verwendet werden kann, z. B. Arduino, Raspberry Pi, Beaglebone oder andere. Das eigentliche Design des Arms selbst kann ebenfalls an die eigenen Wünsche angepasst werden. Einige der Einzelteile können dazu aus entsprechendem Plattenmaterial ausgeschnitten werden. 

Das Kit wird mit allen Artikeln geliefert, die für den Aufbau eines kompletten Roboterarms in Kombination mit einer MeBrain-Controller-Platine erforderlich sind. Die einzigen zusätzlich benötigten Teile waren ein kleiner Kreuzschlitzschraubendreher zum Anziehen der Befestigungsschrauben des Servohorns und vier AA-Batterien. Ich habe in diesem Fall RS Pro Alkali-Batterien (744-2199) verwendet.

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Die Montage beginnt

Auspacken des Kartons: Auf dem Foto sind alle im Kit enthaltenen Komponenten zu sehen.

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  • Es sind vier Servomotoren mit verschiedenen Servoarmen sowie die dafür erforderlichen Befestigungselemente enthalten.
  • Die mitgelieferte Arduino-kompatible MeBrain-Controller-Platine ist für die Verwendung mit dem Arm vorprogrammiert.
  • Alle für die Montage erforderlichen Befestigungselemente sind enthalten.
  • Batteriefach mit Zuleitung zum Einstecken in den Controller
  • Anschlussleitungen
  • Zwei Tasten für die Verwendung in Verbindung mit dem Joystick-Controller 
  • Die Acrylteile sind vorgeschnitten und werden auf vier Platten geliefert. Außerdem ist ein Unterteil für den Joystick-Controller enthalten.

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Bevor mit der Montage begonnen wird, muss unbedingt die Kunststofffolie von den Acrylteilen entfernt werden, da andernfalls nach der Montage die Gelenke blockiert werden.

Es ist darauf zu achten, dass die Schrauben bei dauerhafter Befestigung nicht zu stark angezogen werden, da die Schrauben beim Eindrehen Gewinde in die Acrylteile schneiden, sodass sie relativ leicht überdreht werden können. Die beweglichen Befestigungselemente, die die Bewegung zwischen Gestänge, Arm und Zahnraddrehgelenken usw. ausführen, dürfen nicht zu straff angezogen werden, damit die Rotation nicht eingeschränkt wird. Bei zu hohem Anzugsmoment können die Bewegungen nicht korrekt ausgeführt werden und die Servomotoren werden zu stark belastet. 

In diesem Artikel wird auf zwei Montageanleitungen verwiesen.  

Die Anleitung zur Verwendung von MeArm mit Arduino enthält wertvolle Informationen mit Skizzen und bietet Hilfestellung bei der Montage.

Die MeArm Robotermontageanleitung ist eher visuell orientiert. Die entsprechenden Links sind am Ende dieses Artikels zu finden.

Zuerst der Joystick-Controller 

Die Joystick-Controller-Platine sollte von der Hauptplatine des Arduino-Controllers abgenommen werden. Sie wird mit vier 6-mm-Schrauben auf der an die Form des Controllers angepassten Acrylplatte befestigt. Die Schrauben werden durch die vorhandenen Bohrungen gesteckt und in die Acrylplatte eingeschraubt. Anschließend wird wie auf den Bildern gezeigt über den mitgelieferten zehnadrigen Flachbandkabelsatz die Verbindung mit der Arduino-Controller-Platine hergestellt.

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Es ist sinnvoll, die jeweiligen Servomotorpositionen zu markieren. Dadurch können die Servomotoren von der Controller-Platine aus kalibriert und auch auf korrekte Funktion überprüft werden, wenn die einzelnen Unterbaugruppen montiert sind. So wird sichergestellt, dass die Arme nicht durch fest installierte Teile behindert werden. In dieser Phase ist die Einstellung der Aktuatorpositionen noch problemlos möglich. Anschließend kann dann die Montage endgültig abgeschlossen werden.

Controller-Anschluss

Motorposition

Vorgang

M

Mitte

Armdrehung

L

Links

Nach oben/Nach unten

R

Rechts

Vorwärts/Rückwärts

C

Zange/Greifer

Öffnen/Schließen


Hinweis: Da die Farben der Servoleitungen bei unserem Kit nicht mit den Controller-Markierungen übereinstimmten, ist nachfolgend der korrekte Anschluss für den Bedarfsfall angegeben:

Servoleitungsfarben

Servoleitungen

Platine

PWM-Signal

Orange

Gelb

+6 V

Rot

Rot

GND

Braun

Schwarz

 

Die Kalibrierung des Motors erfolgt durch Herstellen einer Verbindung mit der Controller-Platine und Anlegen der Stromversorgung. Die Motoren bewegen sich dann in die entsprechenden Positionen, sodass eine Markierung auf der Welle angebracht werden kann. Die entsprechenden Servoaktuatoren und Arme können entsprechend der in der Anleitung angegebenen Orientierung positioniert werden.

Aufbau des Unterteils

Den Servomotor einschließlich der Leitung durch den Ausschnitt des mittleren Servokragens 3 stecken. Die Servodrehplatte 2 mit zwei 8-mm-Schrauben an der Baugruppe befestigen. Informationen zur Verwendung des MeArms mit Arduino können den Skizzen in der Anleitung entnommen werden.

Vier 20-mm-Schrauben von der Unterseite durch das Armunterteil 1 schieben. Auf alle Schrauben eine Mutter schrauben und leicht anziehen. Anschließend die Schrauben in die Servoplatte 2 einschrauben (der Servomotor muss dabei nach unten zeigen). Die Schrauben dabei nur bündig in die Servoplatte einschrauben und anschließend die Muttern bis zum Armunterteil aufschrauben und sichern.

Aufbau des linken Servomotors

Den linken Armservomotor im Servokragen 5 positionieren und die Leitungen durch den Ausschnitt führen. Den Servosteckverbinder und die lose Leitung durch die rechteckige Öffnung im Kragen führen. Mit zwei 8-mm-Schrauben an der Servoplatte 4 des linken Arms befestigen.

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Mit zwei der im Servomotorbeutel enthaltenen selbstschneidenden Schrauben einen schwarzen Doppel-Servoaktuator am langen Servoarm 6 befestigen. Die Schrauben fest, aber nicht zu fest anziehen. Anschließend diese Baugruppe bei etwa 9 Uhr am linken Servomotor positionieren. Mit dem Servo-Controller-Joystick kann die Baugruppe auf korrekte Funktion und daraufhin überprüft werden, dass sie nicht von anderen Komponenten wie dem Unterteil behindert wird. Jetzt kann die im Servomotorbeutel enthaltene Maschinenschraube eingesetzt und mit einem kleinen Kreuzschlitzschraubendreher festgezogen werden.

 

Aufbau des rechten Servomotors

Den rechten Servomotor auf die gleiche Weise wie den linken Servomotor mit dem Kragen 5, zwei 8-mm-Schrauben und der Servoplatte 12 des rechten Arms montieren. Einen schwarzen Doppel-Servoaktuator am Unterteilgelenk 13 des rechten Servoarms befestigen. Die Baugruppe bei etwa 12 Uhr am rechten Servomotor befestigen und mit der entsprechenden Maschinenschraube sichern. Auch hier kann die Funktion mit dem Controller überprüft werden. Das Parallelgestänge 17 mit einer 6-mm-Schraube an der Halterung an der Oberseite der Servoplatte 12 des rechten Arms befestigen. Auf freie Beweglichkeit achten.

Aufbau der Zwischenplatte

Das Gelenk 10 des linken Armunterteils und den kurzen Arm 9 mit einer 10-mm-Schraube an der linken Armhalterung 8 befestigen. Auf freie Beweglichkeit dieser Baugruppe achten.

Aufbau der Armbodenplatte 14

Mit zwei der im Servomotorbeutel enthaltenen selbstschneidenden Schrauben einen schwarzen Doppel-Servoaktuator an der Armbodenplatte befestigen.

Diese fünf Unterbaugruppen sind im nachfolgenden Bild dargestellt (im Uhrzeigersinn von oben links):

Bild: Befestigungselemente und Schraubengrößen-Orientierungshilfe, linke Servomotorbaugruppe, Zwischenplattenbaugruppe, Armbodenplattenbaugruppe (der hier gezeigte befestigte Servomotor diente nur zum Testen des Sitzes mit dem Zangenservomotor, diese Bodenplatte wird später auf dem bereits an der Drehplatte befestigten mittleren Servomotor montiert), rechte Servomotorbaugruppe, Unterteilbaugruppe.

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Armbodenbaugruppe

Jetzt wird die linke Servomotorbaugruppe mit der Traverse des vorderen Arms, der Zwischenplattenbaugruppe, der Armbodenplatte und der Traverse des hinteren Armunterteils kombiniert.

Zuerst die Traverse des vorderen Armunterteils mit einer 12-mm-Schraube und einer entsprechenden Mutter an der Baugruppe der Servomotorplatte 4 des linken Arms befestigen. Der versetzte Ausschnitt in der Traverse sollte sich etwas dichter an der linken Servoplattenbaugruppe befinden. Die Montage der Bodenbaugruppe wird erleichtert, wenn diese Schrauben- und Mutternbaugruppen des Unterteils nicht vollständig festgezogen werden. Das endgültige Festziehen kann erfolgen, wenn die gesamte Einheit komplett montiert ist.

Die Zwischenplattenbaugruppe 8 jetzt vorsichtig so positionieren, dass die Schlitze aufeinander ausgerichtet sind. Eine 12-mm-Schraube durch den Servoarm 6 und anschließend durch das Parallelgestänge 17 führen, einen Abstandshalter 20 einsetzen und die Schraube in den kurzen Arm 9 einschrauben (befindet sich bereits an der Zwischenplattenbaugruppe). Danach fiel mir auf, dass der Servoarm zum Servomotor leicht versetzt war. Ich tauschte den Abstandshalter daher gegen ein paar kleinere Unterlegscheiben aus, sodass der Versatz etwa halb so groß wie der ursprüngliche Versatz war. Damit war der Arm optimal auf den Motor ausgerichtet.     

Die Armbodenplatte 14 schräg in die Servoplatte des linken Arms einsetzen und auf die Selektorreiter an der Zwischenplatte hebeln. Dies wird erleichtert, wenn die oben verwendete 12-mm-Schraubbefestigung noch nicht festgezogen ist.

Jetzt kann die Traverse 11 des hinteren Armunterteils eingebaut werden. Sie arretiert die Zwischenplattenbaugruppe und wird mit einer weiteren 12-mm-Schraube und einer entsprechenden Mutter befestigt.

In der nächsten Phase werden die linke und die rechte Baugruppe zusammengesetzt. Zuerst den Hauptarm-Quersteg 15 mit einer 12-mm-Schraube und einer entsprechenden Mutter am Gelenk 10 des linken Armunterteils befestigen. Um die Arme zusammenzubringen, diesen Quersteg am Gelenk 13 des rechten Armunterteils befestigen. Dazu auch hier eine 12-mm-Schraube und eine entsprechende Mutter verwenden.

Schließlich kann die Baugruppe der Servomotorplatte 12 des rechten Arms nach sorgfältiger Anpassung mit der Armbodenplatte 14 und den Traversen 7 und 11 des vorderen und hinteren Armunterteils ausgerichtet und befestigt werden. Wenn die vorhandenen 12-mm-Befestigungselemente noch nicht festgezogen sind, wird dieser Arbeitsschritt erleichtert. Zuletzt die rechte Servoplatte mit zwei 12-mm-Schrauben und entsprechenden Muttern befestigen. Jetzt können alle Befestigungselemente festgezogen werden, und die untere Baugruppe ist damit vollständig. Die 12-mm-Schraube mit Mutter ließ sich am besten montieren, indem zuerst die Schraube eingesetzt und anschließend die Mutter in den Schlitz in den Traversen eingesetzt und mit Daumen und Zeigefinger gehalten wurde. Anschließend kann die Schraube mit der anderen Hand ausgerichtet und festgedreht werden.

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Diese Baugruppe kann jetzt am mittleren Servomotor der Unterteilbaugruppe befestigt werden.

Der Servomotor sollte bereits durch Anschließen an die Controller-Platine und Anlegen der Stromversorgung kalibriert worden sein. Die Baugruppe auf etwa 12 Uhr ausrichten, wobei die Beschriftung des MeArm-Unterteils korrekt nach oben zeigen muss. Die Baugruppe mit einem kleinen Kreuzschlitzschraubendreher und einer mit dem Motor mitgelieferten Maschinenschraube am Servomotor befestigen. Jetzt kann der Controller eingeschaltet und die korrekte Funktion in Verbindung mit dem Joystick überprüft werden. In dieser Phase können geringfügige Anpassungen problemlos vorgenommen werden.

Anschließend das Ende des linken längeren Handgelenks 16 so dicht wie möglich an der mittleren Bohrung des Parallelgestänges 17 befestigen, das bereits an der Unterteilbaugruppe befestigt ist. Die außermittige Bohrung beidseitig mit 6-mm-Schrauben am Oberteil des Gelenks 10 des linken Armunterteils befestigen.

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Auf der rechten Seite das rechte Handgelenk mit einer 10-mm-Schraube mit dem Parallelgestängeverbindungsteil 19 verbinden. Das Parallelgestänge 17 von der rechten Servoplatte mit einer 10-mm-Schraube und dem Abstandshalter 20 befestigen. Ein neues Parallelgestänge-Verbindungsteil 17 mit einer 6-mm-Schraube am Parallelgestänge-Verbindungsteil 19 befestigen.

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Das Bild zeigt die Montage des Parallelgestänge-Verbindungsteils.

Montage der Greifzangeneinheit

Den Klemmoberteil-Servokragen 21 über den Servomotor schieben.

Die Befestigung 23 für das rechte Handgelenk und die Befestigung 22 für das linke Handgelenk vorsichtig an den Seiten des Servomotors positionieren und die Klemmenunterteil-Servohalterung 24 über diesen und dem Servomotor positionieren.

Anschließend die Baugruppe durch Einschrauben von vier 8-mm-Schrauben in die Klemmunterteil-Servohalterung einspannen.

Den linken Greifer 28 mit einer 8-mm-Schraube an der Greiferplatte 25 befestigen. Außerdem eine 12-mm-Schraube für die Befestigung dieser Einheit einschrauben, aber noch nicht festziehen.

Den einzelnen Servoaktuatorarm mit einer einzelnen selbstschneidenden Schraube (aus dem Servobefestigungspack) im Langloch am oberen Servozahnrad 30 befestigen.

Die Baugruppe am kalibrierten Zangenservomotor befestigen. Der Servoarm sollte sich dabei in der 6-Uhr-Position, der Greifer in der 12-Uhr-Position befinden. (Nach der Montage kann die Überprüfung der Greiferfunktion mit dem Controller und die Anpassung der Positionen für die optimale Greiferbewegung problemlos vorgenommen werden).

Das untere Servozahnrad 29 mit 6-mm-Schrauben befestigen.

Anschließend das Greiferzahnrad 26 mit einer 8-mm-Schraube von der Unterseite befestigen. Außerdem die bereits früher eingesetzte 12-mm-Schraube einschrauben.

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Die Backen sollten bei Verzahnung mit dem Zahnrad des kalibrierten Servomotors auf einen Öffnungswinkel von 90 Grad eingestellt werden.

Bevor die verschiedenen Schraubverbindungen der Einheit festgezogen werden, sollte zunächst die Funktion mit dem Controller überprüft werden. Zur Funktionsoptimierung habe ich einige Anpassungen bei der Positionierung am Servomotor vorgenommen.

Jetzt kann die fertige Greifbaugruppe mit der Armeinheit verbunden werden.

Zuerst den Greifer mit einer 8-mm-Schraube über die Befestigung 23 für das rechte Handgelenk am rechten Handgelenk 31 befestigen. (Die genaue Positionierung ist auf den Zeichnungen in der Montageanleitung angegeben.)

Anschließend das Parallelgestänge 17 mit einer 8-mm-Schraube am oberen Punkt der Befestigung 23 für das rechte Handgelenk befestigen. Dabei zur korrekten Armausrichtung einen Abstandshalter 20 einbauen.

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Zuletzt das linke Handgelenk 16 mit einer 8-mm-Schraube an der Befestigung 22 für das linke Handgelenk befestigen.

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Anschließend das mitgelieferte Verlängerungskabel anschließen, um den Weg bis zur Arduino-Controller-Platine zu überbrücken. Dabei auf den richtigen Anschluss achten.

Jetzt kann die Arduino-Controller-Platine unter Verwendung der vier Montagebohrungen und Distanzmuttern an der Unterteilplatte 1 befestigt werden.

Anschließend können alle Servokabel an die Arduino-Controller-Platine angeschlossen werden.

Jetzt kann die Inbetriebnahme erfolgen.

Nach dem Einschalten werden die Servomotoren zu den kalibrierten Punkten bewegt. Anschließend lässt sich der Arm mit den Joystick-Controllern frei bewegen.

Mit dem rechten Bedienelement können Bewegungen nach oben und unten sowie das Öffnen und Schließen der Zange gesteuert werden. Mit dem linken Bedienelement sind Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen sowie Rotation im und gegen den Uhrzeigersinn möglich.

Mit ein wenig Übung fiel es nicht schwer, verschiedene Gegenstände aufzunehmen und an einen anderen Ort zu transportieren. Mit den Joysticks ging die Einarbeitung schnell und einfach vonstatten.

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Insgesamt eine beeindruckende Leistung eines angenehm kompakten Roboterarms. Der Controller kann so programmiert werden, dass er nach Bedarf bestimmte Bewegungen ausführt. Auch die Integration in benutzerdefinierte Designs und Projekte ist möglich.

Narrowboat support services including maintenance, route planning, navigation and providing web content.
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