Roboterarm mit Circuit Cubes bauen: Schritt für Schritt

Kurze Antwort

Bauen Sie einen Roboterarm von Circuit Cubes, indem Sie mit einer stabilen Basis beginnen und dann ein Getriebegelenk hinzufügen, das vom Cubit Motor Cubeangetrieben wird. Verbinden Sie es mit dem wiederaufladbaren Battery Cubeund endet mit einem ULTRA HELLEN LED-Würfel als Statusleuchte. Testen Sie jede Verbindung von Hand, bevor Sie sie einschalten, und halten Sie jede Kabelstrecke kurz, damit der Arm nicht klemmt. Der gesamte Aufbau dauert etwa eine Stunde und verwendet Teile, die Sie wahrscheinlich bereits besitzen.

Ein Roboterarm ist eines der besten Circuit Cubes Roboterprojekte, weil er echte Mechanik vermittelt: Drehmoment, Drehpunkte und Balance. Im Gegensatz zu einem Auto, das nur rollt, muss ein Arm sein eigenes Gewicht heben, daher zeigt sich jede Entscheidung darüber, wo der Motor platziert und wie das Gelenk abgestützt wird, sofort in der Funktionsfähigkeit.

Diese Anleitung führt Sie durch einen Aufbau in sieben Schritten mit dem Cubit Motor Cube, Battery Cube und ULTRA BRIGHT LED Cube. Sie erstellen eine Basis, ein Schultergelenk, einen Ellbogen, einen Greifer und einen einfachen Steuerschalter. Jeder Schritt enthält den Fehler, der den Aufbau am häufigsten ins Stocken bringt, und einen Kontrollpunkt, den Sie bestätigen sollten, bevor Sie fortfahren.

Was Sie vor dem Start benötigen

Besorgen Sie den Cubit Motor Cube, den Battery Cube und den ULTRA BRIGHT LED Cube sowie die kundenspezifischen Achsen, die mit dem Motor Cube geliefert werden (10 mm und 14 mm). Sie benötigen außerdem eine Grundplatte oder einen schweren Ziegelstein-Sockel, einige Balken für die Armsegmente und eine Möglichkeit, einen einfachen Ein-/Ausschalter zu bauen. Wenn Sie ein Robots Rumble KitDank der zusätzlichen Strukturteile und des zweiten Motors erhalten Sie eine größere Reichweite und einen stärkeren Greifer.

Laden Sie den Battery Cube vor dem Bau auf. Das microUSB-Kabel ist enthalten, und eine volle Ladung liefert etwa 3.7 bis 4.2 Volt Gleichstrom. Wenn die LED oben während des Tests rot blinkt, liegt ein Kurzschluss vor. Stoppen Sie und überprüfen Sie Ihre Verkabelung, bevor Sie fortfahren. Mit einem geladenen Akku zu bauen, stellt sicher, dass jeder Test Ihre Mechanik widerspiegelt und nicht eine schwache Stromquelle.

• Legen Sie alle Würfel und Achsen auf ein Tablett, damit kleine Teile nicht wegrollen.
• Lassen Sie den Battery Cube ausgeschaltet, bis ein Gelenk mechanisch einwandfrei ist.

Planen Sie den Arm, bevor Sie etwas zusammenstecken

Skizzieren Sie den Arm in drei Segmenten: Basis, Oberarm und Unterarm mit Greifer. Entscheiden Sie, welches Gelenk der Cubit Motor Cube antreiben soll. Ein einzelner Motor kann ein Gelenk gut antreiben. Wählen Sie die Schulter für eine Hebe- oder den Ellbogen für eine Greifbewegung. Der Versuch, zwei Gelenke mit einem Motor anzutreiben, führt meist zu einem Arm, der keines von beiden gut kann.

Die Planetengetriebe des Motor Cube reduzieren die Motordrehzahl auf etwa 160 U/min, was langsam genug ist, um einen Arm zu bewegen, ohne ihn wegzuschleudern, aber schnell genug, um nützlich zu sein. Drei Anschlüsse am Motor ermöglichen es, Kabel vom Bluetooth Cube oder Battery Cube aus verschiedenen Winkeln zu verlegen. Planen Sie daher den Kabelweg, bevor Sie um den Motor herum bauen.

• Markieren Sie das angetriebene Gelenk mit einem farbigen Stein, damit Sie es später wiederfinden.
• Lassen Sie mindestens zwei Noppen Abstand um die drei Anschlüsse des Motors.

Schritt 1: Bauen Sie eine Basis, die nicht kippt

Beginnen Sie mit der breitesten und schwersten Basis, die Sie bauen können. Ein Roboterarm erzeugt bei jedem Anheben eine Kippkraft, und eine schmale Basis versagt, bevor der Motor es tut. Verwenden Sie eine große Grundplatte oder stapeln Sie Steine niedrig und breit, und verankern Sie dann den ersten vertikalen Träger in der Mitte dieser Grundfläche statt am Rand.

Häufiger Fehler: Die Basis zuletzt zu bauen. Wenn Sie zuerst den Arm bauen und versuchen, eine Basis darunter zu ergänzen, müssen Sie in der Regel das Schultergelenk neu bauen. Kontrollpunkt: Drücken Sie die leere Basis mit einem Finger seitwärts. Wenn sie leicht rutscht oder kippt, verbreitern Sie sie, bevor Sie etwas darüber anbringen.

• Eine Basis, die doppelt so breit ist wie der Arm lang ist, bleibt stabil an ihrem Platz.
• Gummifüße oder eine strukturierte Oberfläche unter der Basis erhöhen die Griffigkeit.

Schritt 2: Schultergelenk bauen und Motor montieren

Erstellen Sie oben an der Basis einen Drehpunkt mit einer Achse durch zwei Balken und montieren Sie dann den Cubit Motor Cube so, dass seine Abtriebswelle mit diesem Drehpunkt ausgerichtet ist. Der Motor Cube wird mit kundenspezifischen Achsen von 10 mm und 14 mm geliefert; verwenden Sie die längere Achse, wenn das Gelenk mehr als eine Balkenbreite überspannt. Halten Sie den Motorkörper gegen die Basis abgestützt, damit sich nicht das Gehäuse statt des Arms dreht.

Häufiger Fehler: Der Motor hängt ungestützt am Gelenk. Der Motor dreht dann seinen eigenen Körper, statt den Arm zu heben. Prüfpunkt: Drehen Sie den Arm von Hand durch den gesamten Bewegungsbereich, bevor Sie etwas mit Strom versorgen. Er sollte sich leichtgängig bewegen, ohne zu klemmen oder zu wackeln.

• Testen Sie das Gelenk zuerst von Hand; Reibung lässt sich vor der Verkabelung leichter beheben.
• Führen Sie das Motorkabel zur Basis, damit es das Gelenk nicht kreuzt.

Schritt 3: Oberarm und Ellenbogen hinzufügen

Bauen Sie den Oberarm als starren Kasten und nicht als einzelnen Träger. Zwei parallele Träger, die durch Quersteine verbunden sind, widerstehen Verdrehungen weitaus besser als ein einzelner Träger. Diese Steifheit sorgt dafür, dass das Drehmoment des Motors tatsächlich die Last erreicht. Setzen Sie oben einen zweiten Drehpunkt für den Ellenbogen, wiederum mit einer Achse durch zwei Träger.

Häufiger Fehler: Der Oberarm ist zu lang. Jeder zusätzliche Noppen vervielfacht die Belastung des Schultermotors. Beginnen Sie kurz, testen Sie den Hub, und verlängern Sie erst, wenn der Motor problemlos damit umgeht. Prüfpunkt: Heben Sie bei ausgeschaltetem Motor das Ende des Unterarms mit einem Finger an. Wenn sich der Oberarm merklich durchbiegt, fügen Sie vor dem Fortfahren eine Querverstrebung hinzu.

• Halten Sie den Oberarm kürzer als den Unterarm für eine bessere Balance.
• Fügen Sie alle drei oder vier Noppen entlang des Arms eine Querverstrebung hinzu.

Schritt 4: Unterarm und Greifer bauen

Der Unterarm trägt den Greifer, also halten Sie ihn so leicht wie möglich. Verwenden Sie einen einzelnen Träger mit einer Querverstrebung und bauen Sie den Greifer aus zwei gegenüberliegenden Klappen, die sich um ein Objekt schließen. Ein einfacher Zweiklappen-Greifer hält Bausteine, kleine Spielzeuge und Pappbecher gut, ohne dass ein zweiter Motor nötig ist. Wenn Sie das Robots Rumble Kit besitzen, ermöglichen dessen zusätzliche Strukturteile einen stabileren Greiferrahmen.

Häufiger Fehler: Der Greifer ist zu schwer oder zu eng. Ein Greifer, der Kraft zum Öffnen benötigt, behindert die Bewegung des Arms. Kontrollpunkt: Legen Sie einen kleinen Block in den Greifer und heben Sie den Unterarm von Hand an. Der Block sollte fest sitzen, ohne dass der Greifer nachgibt.

• Kleben Sie die Greiferklappen mit einem Gummiband aus, um zusätzlichen Halt zu erhalten.
• Halten Sie den Greifer mittig unter dem Unterarm, damit die Last ausbalanciert bleibt.

Schritt 5: Den Batterie-Cube verkabeln und einen Schalter hinzufügen

Verbinden Sie den Cubit Motor Cube mit dem Batterie-Cube und fügen Sie einen einfachen Schalter in den Stromkreis ein, damit Sie den Arm anhalten können, ohne Kabel zu trennen. Ein Hebel- oder Druckschalterstein eignet sich gut. Halten Sie jede Kabelstrecke kurz und verlegen Sie die Kabel entlang des Arms, anstatt sie in Schlaufen zu legen, die sich am Gelenk verfangen könnten. Die positiven und negativen Anschlüsse des Batterie-Cubes müssen mit den Anschlüssen des Motors übereinstimmen.

Häufiger Fehler: Kabel an einem beweglichen Gelenk kreuzen. Kabel, die sich bei jeder Armbewegung biegen, lösen sich mit der Zeit. Prüfpunkt: Schalten Sie den Battery Cube ein und beobachten Sie den Arm einen vollständigen Zyklus lang. Wenn die LED oben am Battery Cube rot blinkt, liegt ein Kurzschluss vor – schalten Sie ab und prüfen Sie die Verkabelung.

• Lassen Sie eine kleine Service-Schleife des Kabels in der Nähe jedes Gelenks, nicht eine straff gespannte Führung.
• Beschriften Sie den Schalter, damit ein jüngerer Erbauer weiß, wie der Arm gestoppt wird.

Schritt 6: Fügen Sie den LED Cube als Statusleuchte hinzu

Montieren Sie den ULTRA BRIGHT LED Cube oben am Arm oder auf der Basis als Leuchtfeuer. Eine LED ist polaritätsempfindlich, daher fließt Strom nur in eine Richtung. Wenn sie beim Anschließen der Drähte an die Batterie nicht leuchtet, tauschen Sie die Drähte, um die Stromrichtung umzukehren. Der LED Cube ist nur ein Teil eines Stromkreises, daher benötigt er den Battery Cube und einen vollständigen Pfad, um zu funktionieren.

Häufiger Fehler: Annahme, dass eine tote LED eine leere Batterie bedeutet. Versuchen Sie zuerst, die Drähte umzukehren. Kontrollpunkt: Die LED sollte gleichmäßig leuchten, wenn der Arm mit Strom versorgt wird. Wenn sie beim Bewegen des Arms flackert, ist ein Draht an einer Verbindung lose. Verfolgen Sie die Leitung und setzen Sie sie wieder ein.

• Richten Sie die LED nach vorne, damit sie als Suchscheinwerfer für den Greifer fungiert.
• Verwenden Sie die LED als schnelle visuelle Überprüfung, ob der Stromkreis vollständig ist.

Schritt 7: Testen, justieren und verbessern Sie den Arm

Führen Sie den Arm zunächst mit einem leichten Objekt durch Aufnahme-, Heb- und Platzierbewegungen und erhöhen Sie dann das Gewicht schrittweise. Wenn die Schulter stockt, kürzen Sie den Oberarm oder bringen Sie den Motor näher an die Basis. Wenn der Greifer rutscht, fügen Sie Greifmaterial hinzu oder ziehen Sie den Plattenabstand fester an. Kleine mechanische Änderungen beheben oft mehr als elektrische.

Häufiger Fehler: Mehr Leistung hinzufügen, um ein mechanisches Problem zu lösen. Der Battery Cube liefert eine feste Spannung von 3.7 bis 4.2 Volt, daher ist ein blockierter Arm fast immer ein Drehmoment- oder Balanceproblem, kein Spannungsproblem. Kontrollpunkt: Der Arm sollte einen vollständigen Pick-and-Place-Zyklus dreimal hintereinander ohne Blockieren, Kippen oder Fallenlassen des Objekts abschließen.

• Testen Sie zuerst mit leichten Gegenständen, bevor Sie etwas Schweres versuchen.
• Wenn der Arm kippt, verbreitern Sie die Basis, anstatt den Motor zu verlangsamen.

Bauschritte für den Roboterarm auf einen Blick

1. Bauen Sie zuerst die Basis: Bauen Sie die breiteste und schwerste Basis, die möglich ist, und verankern Sie den ersten vertikalen Träger in deren Mitte. Drücken Sie die leere Basis seitlich mit einem Finger, um die Stabilität zu testen. Checkpoint: Wenn die Basis rutscht oder kippt, verbreitern Sie sie, bevor Sie etwas darauf montieren.
2. Schulterdrehpunkt erstellen und Motor montieren: Führen Sie eine Achse durch zwei Balken und montieren Sie den Cubit-Motorwürfel so, dass seine Abtriebswelle mit diesem Drehpunkt ausgerichtet ist. Verwenden Sie eine Achse mit 14 mm, wenn das Gelenk mehr als eine Balkenbreite überspannt. Checkpoint: Drehen Sie den Arm von Hand über den gesamten Bewegungsbereich, ohne Klemmen oder Wackeln.
3. Bauen Sie einen stabilen Oberarm und ein Ellbogengelenk: Verwenden Sie zwei parallele Träger, die durch Kreuzsteine verbunden sind, anstelle eines einzelnen Trägers, und fügen Sie oben eine zweite Drehachse für den Ellbogen hinzu. Halten Sie den Oberarm zunächst kurz. Kontrollpunkt: Heben Sie das Ende des Unterarms mit einem Finger an; wenn der Oberarm nachgibt, fügen Sie eine Querstrebe hinzu.
4. Fügen Sie einen leichten Unterarm und einen Greifer mit zwei Schaufeln hinzu: Halten Sie den Unterarm so leicht wie möglich und bauen Sie zwei gegenüberliegende Schaufeln, die sich um ein Objekt schließen. Zentrieren Sie den Greifer unter dem Unterarm, damit die Last ausbalanciert bleibt. Kontrollpunkt: Ein kleiner Block im Greifer sollte an Ort und Stelle bleiben, wenn Sie den Unterarm von Hand anheben.
5. Verkabeln Sie den Battery Cube und fügen Sie einen Schalter hinzu: Schließen Sie den Motor mit einem Schalter im Stromkreis an den Battery Cube an und verlegen Sie die Drähte entlang des Arms, anstatt sie am Gelenk herumhängen zu lassen. Achten Sie auf die korrekte Polung von Plus und Minus. Kontrollpunkt: Eine blinkende rote LED am Battery Cube bedeutet einen Kurzschluss – schalten Sie aus und überprüfen Sie die Verkabelung.
6. Montieren Sie den ULTRA BRIGHT LED Cube: Platzieren Sie die LED oben am Arm oder auf der Basis als Leuchtfeuer. Leuchtet sie nicht, tauschen Sie die Drähte, da eine LED den Strom nur in eine Richtung fließen lässt. Kontrollpunkt: Ein gleichmäßiges Leuchten bestätigt, dass der Stromkreis geschlossen ist; Flackern deutet auf einen lockeren Draht an einer Verbindungsstelle hin.
7. Testen, optimieren und verbessern: Führen Sie Aufnahme-, Hebe- und Platzierbewegungen zuerst mit einem leichten Objekt durch und erhöhen Sie dann allmählich das Gewicht. Beheben Sie Stillstände, indem Sie den oberen Arm verkürzen oder den Motor näher an die Basis versetzen. Checkpoint: drei saubere Pick-and-Place-Zyklen in Folge ohne Stocken, Kippen oder Fallenlassen.

Teile, die diesen Aufbau zum Funktionieren bringen

• Cubit Motor Cube: Cubit Geared Motors sind kompakt und leistungsstark. Winzige Planetengetriebe reduzieren die hohe Motordrehzahl auf etwa 160 U/min, um Drehmoment auf Zahnräder und Räder zu übertragen. Drei Anschlüsse am Motor bieten maximale Flexibilität für die Verbindung von Kabeln mit dem Bluetooth Cube. Enthält den Cubit Motor Cube und kundenspezifische Achsen in 10 mm und 14 mm. Die 160 U/min-Getriebeübersetzung liefert nutzbares Drehmoment zum Heben eines Arms, anstatt eines Motors, der zu schnell dreht, um kontrolliert zu werden. Die drei Anschlüsse ermöglichen die Kabelführung weg vom beweglichen Gelenk.
• Batterie-Würfel: Der Classic Battery Cube ist die Stromquelle für Ihre Schaltkreise, mit einem Plus- und einem Minuspol. Wenn Sie den Netzschalter einschalten, liefert er etwa 3.7 bis 4.2 Volt Gleichstrom. Wenn die LED oben auf dem Würfel rot blinkt, haben Sie einen Kurzschluss verursacht und sollten die Fehlerursache beheben. Der Akku ist wiederaufladbar und wird mit einem eigenen Micro-USB-Kabel geliefert. Die blinkende rote LED ist die schnellste Kurzschlusswarnung während des Tests, und der wiederaufladbare Akku ermöglicht wiederholte Armtests ohne den Kauf von Einwegbatterien.
• ULTRA HELLE LED-Würfel: Der LED Cube ist ein sehr helles Licht und eignet sich perfekt als Suchscheinwerfer für Ihr Fahrzeug oder als Leuchtfeuer auf Ihrem Leuchtturm. Eine LED ist ein polaritätsempfindliches Bauteil, das heißt, Strom fließt nur in eine Richtung. Wenn die LED beim Anschließen der Drähte an die Batterie nicht aufleuchtet, versuchen Sie, die Drähte umzukehren, um die Stromrichtung zu ändern. Der LED Cube ist nur ein Teil eines Stromkreises. Wenn Sie ihn am Arm montieren, haben Sie eine sofortige visuelle Kontrolle, ob der Stromkreis geschlossen ist. Das Wissen um die Polaritätsempfindlichkeit bewahrt Sie davor, einen vertauschten Draht fälschlicherweise als defektes Teil zu diagnostizieren.

Ein Roboterarm von Circuit Cubes ist eine Mechanikstunde im Gewand eines Spielzeugs. Bauen Sie die Basis breit, halten Sie den Oberarm kurz, testen Sie jedes Gelenk von Hand, bevor Sie es mit Strom versorgen, und betrachten Sie eine blinkende rote LED am Battery Cube als Hinweis, die Verkabelung zu überprüfen. Sobald der Arm einen sauberen Pick-and-Place-Zyklus ausführt, versuchen Sie, die Reichweite zu verlängern oder einen zweiten Motor aus einem Robots Rumble Kit hinzuzufügen, um einen stärkeren Greifer zu erhalten.