Ανάπτυξη ρομποτικού βραχίονα ελεγχόμενου μέσω μικροελεγκτή

Λαζαρίδης, Μιχαήλ

Development of a robotic arm controlled by a microcontroller

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία

Author

Λαζαρίδης, Μιχαήλ

Date

2023-02-01

Advisor

Kaltsas, Grigoris

Μεταπτυχιακή Εργασία (3.427Mb)

Keywords

Δομή ρομποτικών βραχιόνων ; Εντοπισμός αντικειμένων ; Μετακίνηση αντικειμένων ; Ρομποτικός βραχίονας ; Ιστορία ρομποτικών βραχιόνων ; Έλεγχος ρομποτικού βραχίονα ; Ρομποτική όραση ; Raspberry Pi ; Robotic arm

Abstract

H διπλωματική εργασία αυτή είναι αποτέλεσμα μίας γενικότερης προσπάθειας κατανόησης της λειτουργίας των ρομποτικών βραχιόνων και των εφαρμογών τους με αναφορές από τις πρότερες εφευρέσεις έως και σήμερα και ολοκληρώνεται με την υλοποίηση μίας πειραματικής διάταξης ρομποτικού βραχίονα που εκτελεί μία τυπική παραγωγική εργασία όπως αυτή της αναγνώρισης και της ταξινόμησης αντικειμένων στο χώρο. Στα πλαίσια της εργασίας θα πραγματοποιηθεί ιστορική περιγραφή των αρχικών προσπαθειών υλοποίησης ρομποτικών βραχιόνων και τα χρονικά σημεία που έγιναν τα μεγαλύτερα βήματα εξέλιξης της τεχνολογίας τους. Επίσης θα πραγματοποιηθεί περιγραφήτων σημαντικότερων εφαρμογών που έχουν στους διάφορους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας όπως είναι ο στρατιωτικός, ο διαστημικός, ο γεωργικός, ο ιατρικός τομέας αλλά και αυτός της βιομηχανικής παραγωγής που έπαιξε και τον καθοριστικότερο ρόλο στην δημιουργία και εξέλιξη των ρομποτικών βραχιόνων. Εν συνεχεία παρουσιάζονται οι βασικές διαμορφώσεις ρομποτικών βραχιόνων και των τμημάτων που απαρτίζονται. Γίνεται περιγραφή των βασικών συστημάτων τους όπως της κίνησης, της αίσθησης και του ελέγχου τους καθώς και των χαρακτηριστικών μεγεθών που τους καθορίζουν. Ακόμη δίνεται έμφαση στο πεδίο της ρομποτικής όρασης που είναι ταχέως αναπτυσσόμενο και αποτελεί ένα σημαντικό κομμάτι στην ανάπτυξη νέων εφαρμογών. Τέλος υλοποιείται μία πειραματική διάταξη ρομποτικού βραχίονα κάνοντας χρήση του μικροελεγκτή Raspberry Pi και μίας κάμερας όπου επιχειρείται η οπτική αναγνώριση μικρών αντικειμένων με τη χρήση του ελεύθερου λογισμικού OpenCV και ενός αλγορίθμου που αναπτύχθηκε αποκλειστικά για τις ανάγκες της εργασίας και που δίνει τη δυνατότητα μετακίνησης του βραχίονα κατά τρόπο που να συλλέγει αντικείμενα και να τα χωροθετεί.

Abstract

This dissertation is the result of a general effort to understand the operation and applications of robotic arms with historical references from previous inventions to the present day and is resulting to the implementation of a robotic arm experimental device that performs a typical productive task such as that of identifying and sorting objects in space. The work will provide a historical description of the initial efforts to implement robotic arms and the time points that became the biggest steps in the evolution of their technology. There will also be a description of the most important applications in the various fields of human activity, such as the military, space, agriculture, medicine and industrial production, which played the most decisive role in the creation and development of robotic arms. Then the basic configurations of robotic arms and the components that are made are presented. Their basic systems such as movement, sensation and control as well as the characteristic quantities that define them are described. Emphasis is also placed on the field of robotic vision which is rapidly developing and is an important part of developing new applications. Finally, an experimental robotic arm assembly is implemented using the Raspberry Pi microcontroller and a camera where the visual recognition of small objects implemented using the free OpenCV software and an algorithm developed exclusively for the needs of the present thesis and which enables the movement of the arm in a way to collect objects and place them.