2014年11月10日 星期一

DIY : 袖珍版機械手臂 MeArm

小時候看到挖土機、推土機、吊車......,總會看半响,對於機器人更是幻想著能自己打造一個。去年在光華商場買電子零件時,順便買了步進馬達及伺服馬達,研究過幾天便沒再碰,前一陣子看到 meArm.Joystick 和 MeArm ,又搧起了玩機械手臂的火,立馬在網路訂了八顆伺服馬達(SG90, 一顆 50元)和一組需自己焊接的雙搖桿套件(120元)。

由於沒有雷射切割機,更沒有機器可以 3D列印 MeArm 的零件,搖桿拿到以後,便跑去美術社買了 2mm 的牛皮紙硬紙板、美國卡紙和巴爾沙木(飛機木), MeArm 的「手作版」開工!



一開始,先以複寫紙套描 MeArm V0.4 的零件圖在硬紙板上,然後傻傻的以大美工刀(其實小美工刀比較好切)在靭性十足的牛皮紙厚紙皮一刀刀的劃,費了好大的勁才「挖下」第一個零件。拿出大剪刀快速剪下第二個零件後,深深體會到「工欲善其事,必先利其器」說的真是有道理啊!就這麼又剪又切的,花了近一個星期,完成了我的第一臺 MeArm V0.4 :「紙老虎」。

第一臺 MeArm V0.4 : 紙老虎

在沒用電鑽鑽孔,沒用螺絲串接各零件的狀況下,它可真的如同我家老婆大人說的,大概只能放著看看而已。當 servos 動起來時,搖搖又擺擺,姿態風情萬種,但要它威武的將東西舉起,可是得費好大的勁「作弊」才行!

為了讓一號機紙老虎可以「重振雄風」,去10元商店買了冰棒和較寬一點的壓舌板,經過一星期的切~切~切~,手臂的部份改以木頭來製作,完成了二號機:


有了木結構的加強,二號機的機身穩定許多。底下是小朋友操作的影片:



不過,冰棒棍、壓舌板和飛機木雖然可以用美工刀來切割,它們易裂的特性可是十足的考驗著製作者的耐性。木頭一再的裂開,尤其在以小剪刀(找不到電鑽)進行最後的鑽孔步驟失敗時最令人氣惱。為了修補裂開的木片,三秒膠派上用場了,它除了黏接斷裂處,也讓木片或是厚紙板擁有壓克力的硬度,之後的作品開始大量的使用三秒膠。

兩個星期過去,終於找到放置在角落的電鑽,以電鑽加上三秒膠,為冰棒棍、壓舌板和飛機木的加工提供更好的組合條件,全新的木頭三號機完成了。

木頭為主體的三號機
三號機(前)與二號機(後)
三號機機身使用的主要材料如下:

  • 冰棒棍:手臂。
  • 飛機木:機身側邊、爪子底座及圓形墊片。
  • 牛皮紙硬紙板:爪子、機身底座。
  • 竹筷子:機身底座柱子。
  • M3 螺絲。
  • 三秒膠。

三秒膠在二號機及三號機發揮了良好的功效,我把已棄置一旁的紙老虎機身零件,一項項的拆開,並在表面一一塗上三秒膠,紙身體「壓克力」皮膚也有不錯的表現哦!


被三秒膠上了身的紙老虎變得黝黑,也變得強壯。看看它和三號機放在一起,一黑一白的英姿:


比較起來,以牛皮紙硬紙板,輔以三秒膠增強來施作,會比只能用美工刀操作的木頭容易多了,想以純手工打造 MeArm ,會是不錯的方案。

在以硬紙板或是木頭來手作 MeArm ,個人遇到以下兩個問題:

  • 連接處不夠滑順。
  • 底座因手臂的重量而前傾,甚至卡住無法旋轉。

連接處磨擦力過大的問題,如果塗過三秒膠,以美工刀秒微刮平後,再貼上「鐵氟龍」膠帶可以讓連接處變得很滑順。

底座前傾的部份,我試了底下兩種方案:

第一種方法是以 2mm 硬紙板環疊三層墊高底部,並貼上鐵氟龍膠帶讓它可以更滑順。

硬紙板環加鐵氟龍膠帶來支撐底座
貼上鐵氟龍的硬紙板紙環墊片

方案二則是在底部加上珠盤,除了可以墊高、支撐,還能利用金屬珠珠來減少旋轉時的磨擦力。

以汰換下來的自行車頭碗珠盤來支撐底座
加上珠盤後的旋轉影片:



另外,比較一下雙搖桿的兩張照片:
以一堆杜邦端子加麵包板串連伺服馬達、雙搖桿和 Arduino
用洞洞板整合雙搖桿和Arduino Pro Mini
MeArm 在製作時有什麼秘訣?哈~照人家的設計圖切(剪)準一點吧!手、眼都得耐「酸」。不過,像我的材料比原來設計圖中薄,適度加墊片以符合手臂原來的厚度及相對應的位置,應該可以讓整體造型更正,讓操作平順,手臂更加有力。

下回再來看看雙搖桿的製作及如何搭配的 Arduino 程式


[補記]

2014.11.17 木製 MeArm V0.4 四號機:
使用材料: 冰棒棍、壓舌板、飛機木(爪子、爪子基座、底座)、牛皮紙硬紙板(爪子馬達固定)。

MeArm 四號機
小朋友操作四號機的影片:



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18 則留言:

  1. 請問這要怎麼做 希望有個教學片 看了有許多這幾篇有關arduino自走車
    讓我想動手做做看 目前剛好在做專題 我是剛剛別篇有問怎製作的人

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    1. 您好:
      本文最前面的 "meArm.Joystick" 和 "MeArm" 您按了, 看了嗎? 參考資料都列在文中了。如果您有雷切機或3DP, 可以自己切或印。當然也可以像我一樣用木頭一刀刀切, 不過要有心理準備, 耗時費力, 只賺到好玩。

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  2. 感謝你的回答前面部分少看了也去找了一下好像都沒賣了 目前正在考慮怎麼做
    您所說的裝備我都沒有 (目前是高職生)

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  3. 你好 材料全部有什麼和用到的地方能更詳嗎 (本人有點看不懂一些地方)
    跟之前同個人

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  4. 請問,那個零件圖的長寬是多少?

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    1. 我印在一張A4的紙上,如文章中的照片那樣。

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    2. 謝謝您!那個,珠盤要上潤滑油嗎?

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    3. 您好:
      抺上潤滑的牛油當然效果會更好, 不過, 因為機體輕, 其實沒什麼差.

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  5. 非常棒的文章,最近也想來動手幫孩子做一個看看。
    不想買現成的套件,準備學您印圖下來純手工裁一份。
    程式的部分也寫得相當到位,真是想給您按100分讚!!

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    1. Sean 您好:
      謝謝您的讚!
      哈~個人覺得,完全手作雖然花時間,成就感和花的時間一樣多!而且東西也比較有溫度。很高興知道有同好,歡迎分享您的作品哦~~

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  6. 在找機械手臂看到您的文章,感覺作出來十分有成就感!
    雖然Arduino的部分才剛接觸希望有朝一日能做出這麼棒的作品。

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  7. 您好,我是高一的學生,因為生物科技課作業的需要,希望能參考您的作品,不知道您願不願意分享組裝方式,或是有說明書?如果可以,我方便直接跟您聯絡嗎?麻煩您了,謝謝

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  8. 姿影同學您好:
    我都自己玩的, 組裝並不難, 因此並沒有紀錄組裝方式。網路上其實有很多介紹文的, 底下這個網站有很多 DIY 的介紹, 幫你找了篇 meArm 0.4 版的, 可以參考看看:
    http://www.instructables.com/id/Pocket-Sized-Robot-Arm-meArm-V04/

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  9. 雄哥好,此篇沒有寫到如何將手臂的動作記憶起來,請問要怎麼將手臂的位置記憶起來呢?謝謝

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  10. 不好意思雄哥,你的程式碼是自己打的嗎

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    1. 您好:
      對啊~用自己電腦的鍵盤打出來呀~~ ^_^

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