Metropolian Virtuoso-robottikäden elektroniikkasuunnittelu ja ohjelmointi

Abstract

Tämän opinnäytetyön aiheena on Metropolian Virtuoso-robottikäden elektroniikkasuunnittelu ja ohjelmointi. Kyseessä on pienikokoinen ja monipuolinen robottikäsi, jota pystytään ohjaamaan sekä USB- että Ethernet-väylien kautta.

Tavoitteena oli saada aikaiseksi mahdollisimman edullinen, alle tuhannen euron hintainen robottikäsi käyttämällä 3D-printattuja osia sekä edullisia moottoreita ja komponentteja. Työn toteutukseen käytettiin Arduino Mega 2560 R3 -kehitysalustaa, Ethernet-shieldiä, sekä itse suunniteltua piirilevyä, joka sisältää moottorinohjaimia DC-moottoreita varten, jänniteregulaattorin, liitännät kehitysalustalle ja moottoreille sekä tarvittavat alasvetovastukset. Moottoreina käytettiin sekä servo- että DC-moottoreita.

Robottikäden ohjelma kirjoitettiin Arduino IDE -ohjelmointiympäristöllä. Ethernet-kommunikaation testaamista varten kirjoitettiin Processing-kielinen apuohjelma, jolla voitiin lähettää robottikädelle komentoja UDP-paketteina.

Työn tuloksena valmistui toimiva ohjelmoinnin opetukseen soveltuva robottikäden prototyyppi. Hintatavoitteeseen päästiin, mutta edullisten moottoreiden ja komponenttien käytöstä syntynyt säästö syntyi toimintatarkkuuden kustannuksella. Sitä voidaan parantaa tulevaisuudessa lisäämällä robottikäden anturointia.

The topic of this final project is the electronics design and programming of Metropolia’s Virtuoso Hand. It is a small and versatile robot hand that can be controlled via USB and Ethernet busses.

The goal of the work was to develop an affordable robot hand that costs less than thousand euros using 3D printed parts and affordable motors and components. The work was carried out using Arduino Mega 2560 R3 development board, Ethernet shield, and a self-made circuit board consisting of motor controllers for DC motors, a voltage regulator, busses for robot’s control signals and all required pull-down resistors. Both servo and DC motors were used.

The robot hand was programmed using Arduino IDE development environment. A small utility program was written with Processing language for testing the Ethernet communication. It made sending commands to the robot hand in UDP packet format possible.

The result of the project was a robot hand prototype that can be used as an aid for teaching programming. The price target was accomplished but the savings made using cheap motors and components were born with the cost of the accuracy of movements. In the future it can be improved by adding more sensors to the robot hand.